电力覆冰检测装置（电力行业防覆冰的纳米技术应用）

2010年以来，电网规模增长近一倍，保障了经济社会发展对能源电力的需求。2019年，全社会用电量5.63万亿千瓦时、最高用电负荷8.1亿千瓦、装机15.56亿千瓦。截至2019年底，110（66）千伏及以上输电线路长度109.34万千米、变电（换流）容量49.4亿千伏安（千瓦）。

电力是目前我国重要的能源之一，国内目前拥有电力铁塔200多万座。但全国约有1/3以上的区域遭受覆冰影响，中东、中南、西南部尤其严重，风场年发电量损失1%～10%，恶劣地区达20%～50%，潜在市场规模过百亿，未估算线缆、电力柜、变电站等。信息来源：国家电网（官网）

绝大多数电力设备暴露于外界，冰雪灾害侵袭电网过程中，可能造成短路、闪络、断线等电气扰动；输电走廊的破坏会改变电力输送路径，导致运行方式变化、影响系统的安全稳定运行。

冰雪、冻雨气象事件对电力系统运行影响的时间尺度为几小时至几天，为渐进累积过程。在严重冰雪灾害气象条件下，线路、杆塔、绝缘子等主设备覆冰逐渐增加，机械部件受力逐渐增大，线路受风面积增大，绝缘子绝缘水平降低，系统主设备的安全水平逐渐降低。

绝缘子覆冰到一定程度，开始出现闪络跳闸；线路、杆塔持续覆冰增加最终会导致机械部件受力超过限值而发生断线、倒塔。闪络跳闸、线路断线会改变系统潮流分布、导致停电和输电阻塞。

长时间持续的冰雪灾害又会恶化交通运输条件，威胁火电厂煤炭的及时供应和电力的充足供给。

冰雪冻雨灾害为小概率、大范围事件，仅靠一次系统投资来抵御所有可能的冰雪灾害既不经济也不可能，因此，迫切需要对冰雪事件侵袭建立相应的防御方案。

常见的解决方案包含热能除冰 、机械除冰、自然除冰、涂层防冰四种。

· 热能除冰：利用各种技术，以增加输电线路中的电流，使导线自身产生足够多的热量，以避免冰雪的覆积或使已有的覆冰融化脱落。

· 机械除冰：通过操作人员进行外力敲打，但除冰速度慢、工作量大且不经济，易发生人员伤亡，所以只能在没有其他更有效方法的紧急情况下使用。

· 自然除冰：不借助外界能量而靠自然力实现除冰，在输电线路上安装阻雪环、平衡锤等装置，借助风力、重力等作用自行脱落，但具有较强的偶然性，不能实现可靠除冰。

这三种方案都是覆冰后去铲除冰雪覆盖，需要消耗大量的能量，不能满足实际电力系统工作中对覆冰处理的需求。而涂层防冰能够做到抑制表面结冰，是一种理想的防冰方式，具有一定的研究价值。

纳米涂层便是基于荷叶效应仿生科技的新一代高分子纳米复合材料，通过纳米提纯工艺深加工制造、改进的溶胶-凝胶反应及水解固化等多重反应而形成致密的纳米防护膜。

纳米涂层在配方上采用有机、无机复合物的制造技术(Hybrid Ceramic Polymer Technology)，结合了有机物和无机物特点的新型复合物；有机、无机复合不再是两者单纯的物理混合(Mixture)，而是通过化学键来形成新的化合物(Composite)，混合反应后，改善了无机物柔韧性差的缺点，提高了有机物的硬度和耐高温等特点，同时克服了无机物高温烧结(850℃)的缺点，使成膜温度降至常温。

纳米涂层具有优良的力学性能，纳米材料的特殊结构及大的体积百分数的界面使它的塑性、冲击韧性与常规材料相比有很大改善。纳米材料的优越性已充分表现在显著提高材料的强度、高低温疲劳寿命、抗氧化性及耐腐蚀性等方面，因此它在电力工业中有着十分广阔的应用前景。

输电线路

能使输电线路有效防水、防冰、防覆雪，防线缆覆冰舞动、从而降低冰雪灾害带来的损失与安全事故。

铁塔

能有效减少铁塔上的覆冰量，保持铁塔的自身清洁，防止微生物（苔藓等）附着与腐蚀，从而降低铁塔倒塌的风险。

绝缘子

针对高压输电线、高铁绝缘子防污，在绝缘子表面喷涂超双疏涂层达到绝缘子自清洁作用，保证绝缘子绝缘效果，采用纳米涂层后闪络电压可得到显著的提高。

开闭所、端子箱、高压配电房、变电站

防污染、防静电、防尘、电子传导性，防止空气中的粉尘、黄沙、花粉等等的附着，箱内能有效防止空气中的水蒸气凝露而导致的短路。

纳米技术的应用必将改变传统电力行业对周边环境影响，对改善周边环境、提高人群健康、改善人文环境和自然景观等产生潜在的深远的社会意义。

纳米技术与电力行业的结合，可以促进传统产业模式的调整与升级，使传统的电力产业定位于21世纪同类产业的技术制高点，推动电力工业的跨越式发展。