本文作者为 Bingbing Dong, Xingliang Jiang 和 Fanghui Yin，分别属于合肥工业大学电气工程与自动化学院（Hefei University of Technology）、重庆大学电气工程学院（Chongqing University）的电力传输设备与系统安全及新技术国家重点实验室和清华大学深圳国际研究生院（Tsinghua Shenzhen International Graduate School）。论文发表于IET Generation, Transmission & Distribution期刊，于2022年2月24日接收、2022年9月2日修订并于2022年9月6日正式接受。
本论文为综述性文章，针对中国电网防冰监测与预防方法（Monitoring and Prevention Methods of Icing Disaster, MPI）的发展现状与未来展望进行了系统综述。文章指出电网覆冰灾害是制约中国电网安全运行的最严重威胁之一，尤其以2008年冰雪灾害为代表，其对南方14个省的电网造成了严重破坏，直接经济损失超160亿美元。这一背景下，中国科学家和工程师针对覆冰问题进行了大规模深入研究，开发了从覆冰形成机制到防冰、除冰技术与设备的一系列成果。本文的目的在于系统总结这些成果，同时探讨当前方法的局限性并指明未来研究趋势。
文章首先总结了中国电网覆冰的主要特点，揭示了这一问题的复杂性。
- 覆冰灾害主要集中在西南、中部和南方地区，这些地区冬季温度较北方偏高，冻雨（freezing rain）是导致覆冰的主要原因。
- 地势的海拔高度和局部微地形、微气候条件极大地影响覆冰发生的分布和程度，例如湖南、贵州、湖北等省份更易发生覆冰灾害。
- 覆冰具有冬季高频发性，主要发生在12月至次年2月，且中国地区的覆冰灾害呈现长期持续、高损失的特点。例如，年度平均结冰天数与电网事故频率关系密切。
该部分系统介绍了当前用于电网覆冰监测的主要技术方法：
基于导线覆冰特点，研究者开发了几种经验模型（如Lenhard模型、Kuoiwa模型等）和数值模型（如Makkonen平衡热模型）。文章详细列举了各模型的数学基础及改进之处。例如，Deng等通过浙江省的实际数据，构建了具有更高模拟精度的标准冰厚模型。
这些模型基于多个因素之间的统计关系描述覆冰。研究者如Dai等通过人工神经网络方法对覆冰厚度非线性进行预测，结果表明可达到更高的准确度。
包括机械模型监测（通过张力变化分析覆冰），图像监测（通过图像识别导线边界轮廓计算覆冰厚度），以及动态预警系统（基于实时监测数据进行状态预警）。然而，气象条件恶劣时，这些方法易产生误差。
文章列举了当前可用于预防或消除覆冰的主要措施：
为电网除冰的默认技术方法。广泛应用于110kV至500kV的线路，采用固定式与移动式设备。研究者还提出了相关数学模型，比如临界融冰电流（Critical Ice-Melting Current, CIMC）模型，用于优化设备参数设计。
通过研发新型防冰闪络复合绝缘子以及优化绝缘子串布置（如倒V型），有效提高抗冰闪性能。
近年来通过模仿荷叶表面的微观结构，成功开发出可限制覆冰且稳定的防冰表面，但在低温高湿环境下性能仍有局限。
包括利用扩大直径导线减小覆冰量、利用冠状放电抑制覆冰形成，以及开发创新融冰设备（如涡流自加热环、热水喷射装置）等。
尽管中国在应对覆冰灾害方面取得了巨大进展，但文章指出一些重要的局限性： 1. 部分技术的适用性仍局限于特定场景。例如，直流融冰设备闲置时间较长，使用效率低下。
2. 现有方法缺乏对极端条件的充分验证，覆冰灾害的随机性和区域性仍对现有技术提出挑战。
3. 传统方法多数需停电操作，这与智能电网对高可靠性和持续供电的要求不符。
文章在最后部分探讨了覆冰监测与预防技术的未来发展趋势： - 更准确的早期预警体系：需要进一步完善预测模型，提升基于微气候条件下的应用精度。
- 提高绝缘子抗冰闪性能：需解决绝缘子覆冰闪络的根本机制问题。
- 开发非停电、自动化的融冰方法：推动技术更加多元化、智能化，以替代目前对人工操作和大规模设备的依赖。
本篇综述文献详细介绍了中国电网防冰与除冰的现状，全面总结了过去15年中的技术突破，同时指出了发展中的不足与挑战。其学术意义在于为全球科学家提供了具有广泛参考价值的研究框架，其应用价值则体现在能够为工程师提供指导，提高电网在极端气候条件下的可靠性并降低经济损失。此外，文章还强调了国际范围内该领域的前沿研究，提出了在复杂地形与气候下防冰灾害的新视角。
结合以上内容，本文既是对已有技术的总结和评估，也为未来研究提供了科学参考和创新方向。