输电线路直流融冰时间的计算和试验验证

范松海，刘 馨，聂鸿宇，刘 睿

(四川电力科学研究院，四川 成都 610072)

自上个世纪50年代电网冰灾频发以来，很多专家、学者以及公司对输电线路融冰进行了专门研究，建立了许多融冰时间的计算模型。归纳起来，融冰模型可以大致分为两大类:一是融冰静态模型。此类模型没有考虑到融冰过程中状态的不断改变对融冰的影响，把融冰过程等效成一个静止不变的过程，以此为基础建立融冰模型［1］。但是，目前已有的融冰模型均没有考虑到融冰过程中热量动态交换过程，因而计算结果与实际情况误差较大。

吸收了文献［1-5］的一些合理因素，把融冰问题看成是一个移动界面问题(Stefan问题)，同时摒弃了文献［1-5］中与实际情况不符的一些假设条件，因而得到了不同于文献［1-5］的融冰过程。例如，文献［1-5］认为，在融冰过程中，逐渐扩大的冰层内表面始终是与导线外表面同心的圆。因为考虑了冰层因重力作用下移这一物理过程，冰层内表面随冰层一起下移，使其呈椭圆形状不断扩大。模型的计算结果与人工气候室中直流融冰试验的结果基本相符。

1 导线融冰模型及其计算过程

1.1 焦耳热融冰的物理数学模型

由于冰层重力矩的作用，导线在覆冰过程中会发生扭转，从而使冰层呈均匀的圆柱状。在融冰过程中，融冰水经冰层空隙流失，冰和导线之间形成气隙。大量试验结果表明，当导线上的冰层呈均匀的圆柱形且厚度小于导线直径时，气隙(包括导线)的截面形状接近于椭圆形，如图1(a)所示。……