迎“寒”而上破“冰”有方

乐活 2024-12-25 14:04 江苏

国网四川超高压公司在四川省西昌市大箐乡开展无人机搭载除冰机器人作业。陈兴旺摄

严冬时节，部分地区遭遇寒潮雨雪天气。晶莹的覆冰给电网安全运行造成威胁，给人民群众生产生活带来较大影响。

国家电网有限公司贯彻落实习近平总书记关于低温雨雪冰冻灾害防范应对工作的重要指示精神，强化科技支撑，持续提高电网防冰抗冰能力，坚决守牢电网安全生命线和民生用电底线。

近日，《亮报》记者走进国网湖南省电力有限公司电网防灾减灾全国重点实验室，探访电网防冰抗冰的科技力量。

主动防冰科学减灾

冬季，低温导致取暖负荷增长，给电力保供带来压力。雨雪冰冻灾害是电网安全稳定运行的“劲敌”。电网冰灾易发区域覆盖我国南方10多个省份，近年来，灾害影响范围逐渐向北方扩展。

频繁出现的雨雪冰冻，容易造成电网线路覆冰，不仅影响电网运行维护工作，还可能引发线路舞动、跳闸等故障，严重时可造成倒塔断线等重大事故。

电网防灾减灾全国重点实验室技术人员在户外试验场开展设备融冰试验。杨莉摄

据世界气象组织预测，未来3个月拉尼娜现象出现可能性超过50%。对我国而言，拉尼娜现象出现的当年冬季，气温容易偏低。2008年，受拉尼娜现象影响，我国南方地区发生了大范围低温雨雪冰冻灾害。

“2008年，我国遭遇特大雨雪冰灾，多个省市受到不同程度低温、雨雪、冰冻灾害影响，输电线路、铁塔不堪重负，倒塔断线不断发生，多条输电线路发生跳闸停电，给人民群众生产生活带来极大不便。”

——中国电科院院士、国网湖南省电力有限公司电网防灾减灾全国重点实验室主任陆佳政

灾害无情，预防为先。近年来，国家电网有限公司全力提升电网防灾减灾能力，创新研发融冰除冰等防灾减灾技术，促进科技成果转化应用，进一步提升防冰抗冰的主动性，保障电网安全运行和可靠供电。

实验室技术人员开展电网覆冰预测技术研究。资料图

11月22日，在国家电网公司设备部组织召开的2024年配电网融冰除冰技术培训会上，国网湖南电力面向公司省、市、县、所四级配电运检人员展示了融冰除冰技术及装备，介绍了融冰除冰工作体系。

湖南省地处洞庭湖南面，东、西、南三面环山，中部、北部低平，以丘陵地形为主，植被茂盛。冷空气自北长驱直入后，易被三面山脉阻隔，在内部堆积，加之位于冷暖气流频繁交汇的纬度带，因此冬季雨雪冰冻天气多发、频发，电网覆冰形势严峻。

针对频繁的冰灾雪灾，国网湖南电力建立了从覆冰预测、覆冰监测到电网融冰的全过程融冰除冰体系，通过技术设备对电网覆冰情况进行预测、监测。当线路实际覆冰达到设计覆冰厚度的60％时，国网湖南电力自主研发的融冰装置可开展线路融冰，动态提升线路的抗冰能力。

“创新降冰魔，温暖满人间”，走进位于湖南省长沙市的国网湖南电力电网防灾减灾全国重点实验室，醒目的10个大字跃入眼帘。多年来，国网湖南电力坚持自主创新，面向电网防冰前沿，取得了一批科研成果，为电网冬季安全稳定运行提供支撑。2005年，国家电网公司在湖南成立电网防冰减灾实验室。陆佳政带领几十位研究人员历经多年奋斗，攻克了电网防冰减灾这道世界性难题，使电网能够从容应对雨雪冰冻天气。

经过多年的发展，实验室于2015年获批成为国家重点实验室，于2023年获批成为电网防灾减灾全国重点实验室。实验室研发的电网覆冰预测系统、系列直流融冰装置等核心技术成果在全国31个省份广泛应用，为国家电网各单位防冰部署和融冰决策提供了有力支撑。

覆冰“神算” 遥算千里

12月12日，在电网防灾减灾全国重点实验室800万亿次/秒超算平台机房，60台黑色机柜微微嗡鸣，624个刀片服务器紧密排列，指示灯规律地闪烁着。该超算平台是电网防灾减灾全国重点实验室开展覆冰预测的“大脑”，承担着覆冰精细化数值预测计算任务。

实验室技术团队开展数据收集工作。资料图

防灾减灾，关键在防。输电线路常跨越高山、峡谷，往往山下晴天、山上大雪，百米内外环境迥异。要想做好防冰灾雪灾工作，微地形覆冰预测是重中之重。

“微地形的‘微’指的是微小的区域。有些特殊地形特别容易覆冰，比如山脉的迎风坡，附近有水的区域，两边高、中间凹的山区等。这些区域比较小，但它的地理和气象特征跟周边环境有很大区别。”

——电网防灾减灾全国重点实验室灾害预测与预警及评估研究室灾害风险分析专责简洲

为解决这一问题，电网防灾减灾全国重点实验室针对数十项预测因子进行分析，开展了数百轮冬季野外探测试验和计算机模拟实验，构建了地形抬升、垭口风增大、高山分水岭等5种典型的电网微地形覆冰模型。

“这些模型相当于数学计算模型，我们在模型里输入当前的气象实况，它就会输出未来1到3天的覆冰厚度、覆冰时间、覆冰情况等信息。”简洲说。

有了电网微地形覆冰模型，电网覆冰预测问题便能迎刃而解。在此基础上，实验室建立了世界首套电网覆冰预测预警系统。

实验室技术团队开展防冻融冰装备性能试验。资料图

微地形区域覆冰预测要精确到30米的范围，与3千米的测算范围相比，30米微地形区域覆冰预测的单维测算精度提升了100倍，而由于空间是三维立体的，实际测算精度提升了100万倍，因此电网覆冰预测预警系统的计算量十分庞大。

为此，电网防灾减灾全国重点实验室建立了800万亿次/秒的超级计算平台。该平台可以进行整个北半球9千米×9千米、全国3千米×3千米、典型微地形区域30米×30米的网格化覆冰预测，为覆冰预测提供强有力的计算支撑。目前，覆冰预测超算平台还在不断升级中，预计今年年底升级完成后算力可达2020万亿次/秒，进一步提升预测的精确性和时效性。

自2013年电网防灾减灾全国重点实验室成立覆冰预测预警中心以来，实验室每年11月都会发布国家电网公司冬季电网覆冰长期预测报告。在防冻融冰警戒期，实验室每天滚动开展电网覆冰中短期预测，提前7天发布电网覆冰预警信息，准确预测易覆冰省份和冬季覆冰形势。近年来，实验室已经成功预测了全国80余次电网覆冰过程，3天以内的预测准确率超过98%。

“有了这个预测系统，各省市公司提前几天就能得到覆冰预测的消息，可以更精准地把融冰装置布置到需要融冰的位置。”陆佳政说。

陆佳政介绍，副热带高压和极涡是影响覆冰情况的两个关键因子。2023年冬季，北极极涡，尤其是东部的极涡较大，造成冷空气一轮轮南下，导致湖南、江西、浙江等地覆冰情况较严重。

实验室技术保障团队在现场开展直流融冰作业。资料图

2023年冬季，全国连续遭受5轮严重雨雪冰冻灾害，湖南省遭遇其中4轮。面对2009年以来灾害程度最强、范围最广、时间最长的雨雪冰冻灾害，国网湖南电力依托电网防灾减灾全国重点实验室提前发布的覆冰预测信息，及时布置了融冰装置，开展了400余次融冰工作，实现电网不垮、县城不黑，最终损失仅为2008年的1.02%。

今年冬季，电网的覆冰情况与去年不同。今年西部极涡较大、东部较小，预计西部、西南、西北等地区更容易出现覆冰，防冰融冰工作的重点将放在新疆、陕西、四川等省份。今年11月25日至27日，我国东北和西北部分地区出现覆冰天气过程，局地出现冻雨、覆冰等情况。电网防灾减灾全国重点实验室提前一周发布预测报告，有序指导抗冰工作开展。

此外，电网防灾减灾全国重点实验室还自主研制了透雾型图像微波覆冰监测装置。该装置应用“红外镜头+高清双光可见光镜头”，监测到的线路冰厚精度可达毫米级，在湖南全省所有“微地形”“微气象”覆冰严重区段应用在线率95.2%，监测准确率90%，为现场处置提供实况信息。

一键“取暖” 加热融冰

急融冰电源车、配网低压扩展式直流融冰装置……电网防灾减灾全国重点实验室的院内停满了各式电网融冰装置，满满的安全感扑面而来。

线路融冰主要靠交流融冰和直流融冰两大类装置。几十年前，交流融冰装置就已经得到了应用，而研制安全可靠的直流融冰装置一直是国内重大技术难题。

“为了保证交流融冰可用，我们会把多条交流线路串联起来，达到为目标线路融冰的目的。但交流融冰每次只能为一两条线路融冰，覆盖范围小，实际操作中工作量也很大。直流融冰则不同，可以使用融冰装置灵活调节，实现对所有线路融冰。”

——电网防灾减灾全国重点实验室防灾措施研究室副主任朱远

直流融冰通过对电力线路施加直流电压，在电力线路末端使线路短路，从而使导线发热，融化线路上的覆冰。相较于交流融冰，直流融冰具有融冰时间短、更节能、系统容量小、操作灵活、效率更高等诸多优势。

电网防灾减灾全国重点实验室坚持科技自立自强，经过反复开展直流融冰理论分析和装置设计，论证了十余种拓扑方案，编制出长达几千页的仿真计算报告后，终于攻克了多绕组谐波抵消、感应电压抑制等诸多难题，研制出了系列电网交直流融冰装备。

“我们融冰的时候要把交流电整流成直流电送到线路上去融冰，这个过程中会产生大的谐波，如果不消除谐波，它就会损坏电气设备。于是我们研究出了谐波互相抵消的新的拓扑结构，这样谐波在产生的过程中就自动消除了。这些融冰装置1小时即可融化数百千米长的线路上的覆冰，有力保障线路安全运行。”朱远说。

技术人员开展电网设备覆冰模拟试验。资料图

截至目前，实验室已研制出特高压导线不停电地线融冰装置、主网融冰装置、配网融冰装置3个系列共15种型号的融冰装置，涵盖10千伏至1000千伏各个电压等级。系列电网交直流融冰装备已在融冰现场广泛运用。

12月10日，受冷空气影响，湖南省中西部和南部的局地高海拔山区有弱冻雨，线路出现覆冰。12月11日晚，衡阳等地多条风电送出线路覆冰发展迅速，110千伏印天线覆冰超过16毫米，并有持续增长迹象。

电网防灾减灾全国重点实验室迅速开展融冰应急处置。该实验室派驻衡阳的融冰技术小队采用自主研发的移动式直流融冰装置，对印天线三相导线开展逐相融冰。历时183分钟的直流融冰作业后，衡阳重要风电送出线路110千伏印天线的覆冰全部脱落，保障了电网安全运行。

技术人员开展电网设备覆冰模拟试验。杨莉摄

目前，实验室多种型号的直流融冰装置已在湖南、重庆、吉林等多地成功开展2000多次线路融冰，为电网覆冰防治工作提供了重要技术支撑。近10年来，应用该技术的线路再未发生覆冰倒塔事故。

新能源加快发展的背景下，电网防灾减灾领域不断出现新的挑战，技术研发也在与时俱进。电网防灾减灾全国重点实验室还研发出风机叶片易脱冰涂料和高效热风除冰装置，有助于解决冬季风机叶片覆冰引起的停机问题。

国网湖南电力电网防灾减灾全国重点实验室坚持科技创新，加强电网防灾关键技术攻关，强化科研成果转化，全面打造电网防灾减灾“新高地”，提升电网防灾抗灾能力，为电网安全稳定运行提供支撑。

2024年12月25日《亮报》4~5版版面图

鸣谢 | 国网湖南电力全国电网防灾减灾全国重点实验室，报道采写：刘以为

编辑 | 王远

审核 | 陶思遥

监制 | 葛慧

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