2018年国家科学技术奖提名-电力输电线路导地线融冰技术与装置

该项目发明了电流源型和电压源型融冰装置，成为我国融冰装置的基本型式；发明了架空地线和光纤复合地线融冰技术；发明了动、静触头采用不同的绝缘等级技术的融冰隔离开关，减小占地面积50%，实现了融冰过程全自动化；发明直流融冰装置等效试验方法。所发明技术解决了电网输电线路导地线融冰的难题，已产业化并广泛应用于南方电网和国家电网，有力保障了电网安全，获国内外同行和用户高度评价，经济社会效益显著。项目形成了完整的自主知识产权体系，获授权发明专利34项（国际专利2项）、实用新型专利31项，制订国家标准3项、行业标准2项，发表40多篇。该项目突破电网抵御冰灾的技术瓶颈，实现了电网防御冰灾技术的重大突破，具有明显的原创性和实用性。项目相关成果获中国能源研究会能源创新一等奖、第十八届中国专利奖优秀奖、第一届广东省专利金奖、贵州省科技成果转化一等奖和中国电工技术学会科学技术进步一等奖。

提名该项目为国家科学技术进步奖二等奖。

项目简介

输电线路覆冰是威胁电网主要自然灾害之一，严重覆冰导致国内外电网多次大面积瘫痪。2008年我国南方冰灾造成各类损失千亿元，电网中断导致近千万用户停电。冰灾一直是电网竭力突破的一大技术难题，在该项目开始之前，国内没有能够在在电网中大规模应用的融冰技术与装置。突破电网抵御冰灾的技术瓶颈，实现“被动抗冰”到“主动防冰”的转变是保证电网安全、国民经济持续稳定发展的重大需求。

自2008年，在国家科技部、国家自然科学基金委和南方电网公司的支持下，历经近10年“产、学、研、用”协同攻关，实现了重大突破和实质性创新，取得了多项原创性发明，建立起了完整的输电线路融冰理论和应用技术体系。获授权发明专利35项（国际专利2项），实用新型专利31项，制定国家标准3项、电力行业标准2项。主要创新点如下：

创新点1：针对输电线路融冰电流差异大、换流器强电磁环境及散热困难等难题，发明并成功研制了12脉动电流源型、6脉动电流源型以及电压源型融冰装置，成为我国融冰装置的基本型式。实现了融冰电流50A-6000A无级调节，可同时用于10kV-500kV及更高电压等级输电线路导线、架空地线和光纤复合地线（OPGW）的融冰。

创新点2：针对架空地线和光纤复合地线（OPGW）覆冰比导线更严重且无法融冰的难题，突破了覆冰期电网通信光纤无保护措施的技术瓶颈，发明了架空地线和OPGW融冰技术，发明了满足地线融冰需要的地线绝缘子和光纤接续装置，提出确保光纤安全的融冰电流和温度控制方法，发明了地线融冰状态监测装置，融冰时OPGW表面温度应控制在80℃以下，实现了架空地线、OPGW与导线同期融冰。

创新点3：针对待融冰线路与融冰装置连接困难、原有隔离开关在已建变电站无法安装的难题，提出了隔离开关动、静触头采用不同的绝缘等级技术，发明并研发出融冰自动接线系列隔离开关，使得整个隔离开关占地减小50%，实现了融冰线路与融冰装置通过全电气操作自动连接和断开。

创新点4：针对融冰装置功能验证的难题，揭示了融冰装置开路试验、零功率试验与直接接入融冰线路工况的等效机理，发明直流融冰装置等效试验方法，提出采用开路试验对融冰装置的直流电压耐受和控制能力进行检验，采用零功率试验对融冰装置直流电流耐受和控制能力进行检验的方法。

基于以上创新，该项目研制了我国第一套电流源型融冰装置（2008年）和第一套电压源型融冰装置（2013年）。研制的融冰装置被列入2011年国家重点新产品推广目录，市场占有率超过80%。成果在南方电网和国家电网广泛应用。2009-2017年在我国电网110kV及以上线路实施融冰超过1000次（其中地线融冰超过200次）。项目新增销售额4.4亿元，新增利润1.01亿元、节支近20亿余元。

该项目成果得到了国家科技部和电气工程领域韩英铎、雷清泉、程时杰、郑健超、沈国荣、孙才新、李立浧等院士的高度评价，整体技术水平国际领先。曾获第中国能源研究会能源创新一等奖、十八届中国专利奖优秀奖、第一届广东省专利金奖、贵州省科技成果转化一等奖和中国电工技术学会科学技术进步一等奖。

客观评价

1. 相关部门正式作出的技术检测报告、验收意见、鉴定结论等

产出该项成果的国家科技支撑计划重点项目顺利通过国家科技部组织的验收，国家自然基金项目顺利通过国家自然基金委员会的审核，相关成果通过了技术评价，得到了电气工程领域韩英铎、雷清泉、程时杰、郑健超、沈国荣、孙才新、李立浧等多位院士的高度评价，总体技术处于国际领先水平。

1）国家科技支撑计划重点项目“电网抵御极端天气灾害关键技术及装置开发与应用”（项目编号：2009BAA23B00）验收意见

2012年6月29日，国家科技部组织雷清泉院士、谢国恩设计大师等对该项目的验收意见为：提出了直流融冰装置主回路设计、过电压和绝缘配合、试验和调试方法，对设备规范、接入设计、装置制造、等效试验等进行了深入研究，建立了直流融冰技术集成体系。研制的融冰装置已在南方电网高压、超高压输电线路中获得了大规模应用。实践证明，融冰速度快、效果好，显著提高了电网抵御冰灾的能力。

2）江苏省科技成果鉴定意见（苏信鉴字[2009]第028号）

2009年10月24日，江苏省经济与信息化委员会组织专家对该项目的鉴定意见为：研发的直流融冰装置是世界上第一套输出直流电流超过4000A，且能够长时间、大角度(融冰方式5度-88度)运行的融冰装置。具有自主知识产权，填补了国内外空白，其整体技术性能处于国际领先水平。

3）中国电力企业联合会科技成果鉴定意见（中电联鉴字[2013]第138号）

2013年10月20日，中国电力企业联合会对该成果中“地线融冰自动接线装置”的评审意见为：该装置原理正确、结构合理，属于国内首创，具有国际领先水平。

4）贵州省科技成果应用评价意见（黔科评字[2014]第05号）

2014年6月14日，贵州省科技厅组织雷清泉院士、程时杰院士对该成果在贵州省应用情况的评价意见为：“形成了一套集成线路覆冰监测、预警、线路融冰、应急通信为一体的防冰、融冰技术体系，显著提高了电网抵御冰灾的能力。”

5）国家高压电器质量监督检验中心对融冰装置用晶闸管阀性能检测报告（报告编号：090104G）

2009年4月8日，融冰装置用晶闸管阀组在国家高压电器质量监督检验中心通过参考GB/T 20990.1-2007确定的大角度大电流长期运行试验，即“最大暂态运行负荷试验[触发角=90°，正向峰值触发电压≥14.6kV，试品电流≥3600A，运行时间2h]”。

6）国家重点新产品证书（证书编号：2011TJC11002）

该项目研制的“PCS-9590具有SVC功能的直流融冰装置”2011年获得了国家科学技术部、商务部、环境保护部、国家质量监督检验检疫总局联合颁发的《国家重点新产品证书》。

7）技术发明点国内外查新情况

（1）电流源型直流融冰技术及装置国内外查新情况（报告编号：2009-0393C3）

2009年5月13日，国网信息通信公司查新报告结论为：交直流线路融冰技术及装置涉及查新点国内外未见文献报道。

（2）导线融冰自动连接开关国内外查新情况（编号：J20160801139）

2016年1月1日，国家科技部西南信息中心查新中心查新报告结论为：导线融冰自动连接开关涉及查新点国内外未见文献报道。

（3）电压源型直流融冰技术及装置国内外查新情况（报告编号：2017-0332）

2017年1月20日，中国科学院文献情报中心查新报告结论为：采用全桥MMC拓扑构造的直流融冰装置国内外未见文献报道。

（4）地线融冰自动接线装置国内外查新情况（报告编号：201432B2504193）

2014年6月5日，江苏省科技查新咨询中心查新报告结论为：地线融冰自动接线装置相关查新点国内外未见文献报道。

2. 国内外同行在重要学术刊物、学术专著、重要国际学术会议上公开发表的学术性评价意见等

IEEE杂志评阅人认为该技术是“一种全面的、实用的防止输电线路因覆冰倒塌引起电网灾难性损失的好方法”。(I found the paper to be informative and comprehensive in addressingthe practice and practicality of using ice melting to avoid catastrophicfailures of transmission lines. The paper presents a good approach to de-icingand I congratulate you on your efforts.)

2013年6月29日，国家能源局总工程师杨昆先生在“加强电网抗冰能力技术全国经验交流会”中评价：“我国的电网抗冰工作由原来的被动修复到现在的主动防御，取得了重大的进步。”

3. 该项成果的应用得到了社会普遍关注和新闻媒体的广泛报道

1）2008年9月3日，人民网：南方电网直流融冰装置现场试验取得成功

2）2008年10月10日，新华网：中国首套６万千瓦电网直流融冰装置在贵州试验成功

3）2009年1月3日，中央电视台，新闻60分：南方电网加装融冰装置，导线自行“解冻”

4）2011年1月5日央视新闻频道《新闻直播间》：南方电网投入使用自主研发的直流融冰装置，对贵州电网主干网进行大规模融冰

5）2011年1月13日，中央电视台《新闻联播》：高科技监测融冰，南方电网经受住冰冻雨雪考验

6）2013年7月1日，中国日报：解决世界性难题，南方电网大范围应用融冰技术

7）2016年初“霸王级”寒潮期间，中央电视台和新华网该项成果的应用进行广泛报道

2016年1月25日，中央电视台《共同关注》报道：“霸王级”寒潮致76地气温跌破极值，广东：输电线覆冰，电网启动直流融冰。

2016年1月25日，新华网刊发《科技抗冰：你的温暧，别忘记它》。

2016年1月27日，中央电视台“朝闻天下”播出《科技手段除冰保电网抗寒潮》、“新闻直播间”播出《输电线覆冰电网启动直流融冰》。

8）2017年4月12日，中央电视台《新闻联播》报道了该项目成果在青海省的应用：降雪导致青海省多地输电线路覆冰严重，融冰工作紧张有序。

4. 制定融冰装置系列标准，获得国际同行高度评价，被国内外标准推荐

制定我国3项直流融冰装置国家标准和2项电力行业标准，成为我国融冰装置产业发展的主要依据。在国际会议上介绍该成果，加拿大、英国、丹麦等国际同行多次来华进行技术交流并寻求合作。提出的融冰装置型式被我国电网设计标准《直流融冰系统设计技术规程（DL/T 5511-2016）》和CIGRE 438 “Systems forprediction and monitoring of ice shedding, anti-icing and de-icing for powerline conductors and ground wires(ISBN: 978-2-85873-126-8)”推荐。

推广应用情况

1．推广应用情况

1）融冰装置

该项目发明和研制的融冰装置2011年列入国家重点新产品推广目录，已在全国安装150多套，市场占有率超过80%，是我国电网设计标准《直流融冰系统设计技术规程（DL/T5511-2016）》的推荐方案。实际应用表明融冰装置成为电网抵御冰灾的主要技术手段。

2）导线融冰自动连接开关

该项目发明的导线融冰自动连接开关已经推广应用287套。实际应用表明导线融冰自动连接开关显著提高了融冰效率。

3）地线融冰自动接线装置、融冰地线绝缘子

该项目发明的导线融冰自动连接装置已经推广应用140套、融冰地线绝缘子2500只。实际应用表明该项技术的应用实现了导线与地线的同时融冰，确保了电网通讯光纤的安全。

4）整体技术应用情况

自2009年开始，贵州、云南、广东、广西等电网陆续应用了该发明的电流源型融冰装置、电压源型融冰装置、导线融冰自动连接开关、架空地线和光纤复合地线融冰技术、地线融冰自动接线装置、融冰装置等效试验技术。进而推广到四川、浙江、河南、青海、江西、福建、重庆、安徽等共计12个省（市），可对超过2100条经过易覆冰区的110kV及以上线路进行融冰。

6）南方电网应用效果

2009-2017年南方电网公司共计对110kV及以上电压等级输电线路实施融冰超过1000次，其中架空地线和光纤复合地线融冰超过200次。实际应用表明：电流源型融冰装置和电压源型融冰装置能够快速除去覆冰导线、架空地线和光纤复合地线上的覆冰。该项成果应用以后，南方电网基本没有再发生因覆冰停电或设备受损事件。

7）其他电力公司应用情况

四川省电力公司、浙江省电力公司、青海省电力公司、安徽省电力公司等应用了该项目的电流源型融冰装置，在2011年-2016年实施融冰200多次，确保了输电设备和电网的安全。