全国输电线路覆冰情况调研及事故分析

2019-10-08 09:15 [电力论文] 来源于：互联网作者：互联网

导读：【摘要】近年来，由于输电线路上覆冰引起的线路断线频繁发生，对电力系统的安全运行以及经济损失造成了巨大的影响。本文主要从输电线路发生覆冰的原因以及影响覆冰的不同因素等角度出发，提出了些许防止冰害事故的技术措施。【关键词】输电线路;覆冰;原因;

　　【摘要】近年来，由于输电线路上覆冰引起的线路断线频繁发生，对电力系统的安全运行以及经济损失造成了巨大的影响。本文主要从输电线路发生覆冰的原因以及影响覆冰的不同因素等角度出发，提出了些许防止冰害事故的技术措施。

　　【关键词】输电线路;覆冰;原因;防治

　　严重的冰雪天气往往会带来输电线路覆冰现象的发生，这种覆冰现象对电路传输有很大影响。线路覆冰就是在线路的表面形成一层较厚的冰，首先这些冰较厚时可能会造成输电线路承受较大的承载力而出现断裂等现象发生，同时线路的超负荷也可能会造成杆塔出现倾斜甚至倒坍。最后在地形特殊的地区还可能会造成输电线路的舞动现象。舞动现象就是在山谷的风口处，由于风比平坦地区较大，而且较为持续，线路上的覆冰在风的作用下就会出现振荡现象甚至是有节奏、低频率的舞动现象，这种舞动以及振荡现象的惯性作用会使线路与杆塔产生共振，从而对杆塔产生更大的波动，更容易造成杆塔的倒塌倾斜，金属器具同样也会造成不同程度的损坏。输电线路的覆冰现象对电力系统的影响非常大，却又是难以避免发生，在我国就有多次严重的输电线覆冰现象。

　　1 输电线路覆冰事故的原因分析

　　输电线路出现覆冰事故并不是偶然的，其中存在着诸多的原因，接下来我们就输电线路覆冰事故的原因进行分析。

　　1.1、天气与地形共同造成

　　造成输电线路覆冰现象的罪魁祸首就是恶劣的气候条件，其次在加上特殊的地形状况，使覆冰现象更容易发生。以2008年郴州的严重冰雪灾难为例进行分析。郴州位于南岭山脉北麓，呈现南高北低的地形特点，并且是三面环山。北下的冷空气与南上的暖湿空气就在这里相遇。还有就是郴州地处长江与珠江的分水岭上，在这一特殊的地理部位特别容易形成雾凇。种种原因形成这场特大冰雪灾害，造成覆冰现象迅速形成并且持续了很长的时间，最终导致了严重的覆冰事故。

　　1.2、设计抗冰厚度不够

　　在进行输电线路设计时，会根据地理位置、天气状况以及历史经验对抗冰厚度进行估计，然后根据抗冰厚度进行设计，制定一定的抗冰措施，保证对一定的覆冰状况能够轻松解决。但是在进行抗冰厚度的设计时可能出现偏差，或者当年的冰雪灾害比较严重，远远超出了抗冰厚度的设计值，造成对很到状况的发生都没有预警，没有与之相对应的解决对策，最终造成了覆冰事故的发生。

　　1.3、线路舞动现象

　　前文已经说过了线路舞动现象，这种现象的发生使之前的覆冰状况产生更严重的后果，因此要避免线路舞动现象的发生。

　　1.4、覆冰产生的不平衡张力

　　输电线路的覆冰现象分为均匀覆冰与不均匀覆冰，均匀覆冰虽然会给线路产生过大的荷载，但是不均匀荷载较之均匀荷载，会使输电线路产生不平衡张力，更容易造成输电线路的断裂，铁塔的倾斜或坍塌，会使线路覆冰事故产生更严重的后果。

　　1.5、缺乏经验

　　输电线路覆冰现象的发生，在很大程度上可以由发生的应对措施很好的解决，但是我国在遇到覆冰事故时表现出了明显的经验不足，处理不当现象的发生。电力系统的发展越来越快，使电网线路越来越壮大，天气状况却又处于无法控制的阶段，各种特殊天气状况的发生，种种原因给政府带来了越来越多的困难，尽管在发出冰雪灾难预警之前以及在覆冰事故发生之后政府采取了多项措施进行预防以及解决问题，但是，多次覆冰事故解决之后再进行总结分析时就会发现在最紧要关头采取的措施并不能有效解决问题，采取的措施也不够完善，应对时不够冷静，缺乏经验的表现比较明显。

　　2覆冰的影响因素

　　当水汽与温度为覆冰创造了形成的条件后，而且风也对导线覆冰有着非常关键的作用。在风作用之下，大量过于冷却的水滴由此进入了送电线路，之后和导线发生了碰撞并且被截获，继而导致了水滴逐渐开始增大，最终导致覆冰的现象发生。据观测的结果显示，覆冰先成长部位为导线的迎风面，当这个迎风面接近了某一个覆冰的厚度时，在重力的作用影响之下，将让导线发生扭转，使得新迎风面的“诞生”。之所以覆冰逐渐开始增大主要是因为导线不断的扭转，而在该作用之下，导线的上面也形成了椭圆形或者圆形的覆冰。另外，对覆冰造成影响的因素不只是风速，其中风向也对导线覆冰有着影响，较轻覆冰的现象主要是发生在导线和风向平行的状况，或者是风向与导线间的夹角大于150度或小于45度;然而当导线和风向垂直.或者是二者间夹角为45到150度之间时，此时覆冰的现象较严重。不仅如此，导线悬挂的高度、线路的走向及导线直径也会对导线覆冰量造成一定的影响。一般的情况之下，我国南北走向导线的覆冰要比东西走向导线的覆冰现象较弱一些。所以，在覆冰较为严重的地区在可以确定线路的走向时，应尽量避免线路为东西走向。另外.随着导线悬挂的高度越来越高，覆冰的现象就越严重，主要是由于导线悬挂的高度对其造成的影响，空气里液水的含量也会随之升高.从而导致覆冰的形成。导线的粗细也会对覆冰量造成影响，一般而言，导线越粗，覆冰的量也会随增加。

　　3 输电线路覆冰事故的防御与解决措施

　　在应对输电线路覆冰事故时，我国主张采取五个步骤，即为“避、抗、融、改、防”。在应对线路覆冰事故要围绕这五点找到相應的解决对策。

　　3.1、线路设计阶段

　　在线路的设计阶段，要对抗冰厚度做准确的分析与评价，对地理位置与天气状况结合历史经验，对抗冰厚度做最坏的打算，尽量提高抗冰厚度的上限，保证以后的覆冰事故的冰雪厚度都在控制范围之内。当然抗冰厚度也不能无限度的大，那样会影响线路的施工与正常使用，一定要根据实际情况设定。在出现特大冰雪灾难时，如果仅仅采取“避、抗、融”措施并不能有效解决覆冰事故，就要求在设计阶段，将电网的设计标准做相应的提高，特殊地区设计抗病厚度也要有所增加。

　　3.2、新建线路阶段

　　在新建线路时，要严格按照施工设计方案进行施工，在施工过程中，要根据施工地点的冰雪情况，对施工的线路与方式进行合理的设计，尽量避免特殊地形，为以后的冰雪灾难做初步的防御。　　3.3、防冰措施

　　最有效的防冰措施就是在设计阶段，避免将输电线路设计在容易出现冰雪现象的地理位置，例如山谷口、分水岭、水源较多的位置。其次当线路必须要通过这些特殊地理位置时就要加大设计标准了，保证抗冰厚度能都应对覆冰事故，从而保证线路在冰雪天气能正常运行。

　　3.4、除冰措施

　　在防冰措施失去作用时，就要及时的采取有效的除冰措施。除冰方式主要分为以下几种。首先是热力融冰，就是用温度较高的导体对冰雪进行加热，要注意温度不能过高，对输电线路产生影响。其次就是机械除冰，主要是通过机械的震动，将覆冰击碎，使之脱落。最后就是自然方法，当冰雪较厚时在其他自然力的作用下就会自动脱落，但是这种方式很缓慢，效果也不明显。

　　3.5、防舞措施

　　线路舞动现象对线路覆冰事故的影响非常大，要解决舞动现象首先要避免在风力较大又较多的地点设置线路，其次就是通过提升线路的机械强度来抵抗舞动现象。最后还可以通过改变输电线路的特性来抑制线路的舞动现象发生，也可以提高线路的防风阻力或者改变气流来改善舞動现象的发生。

　　4 防治的措施

　　随着我国经济快速的发展，我国政府越来越重视电网建设的发展，但是面对这样不可预料的自然灾害对我国电网建设的不利影响，我国的相关人员进行了一定程度上探讨研究。虽在我国的雨雪自然灾害是无法预料的，但是我们依旧可以从改善输电线路做起，做到真正意义上的防范，这些防范措施主要有以下几点：

　　4.1提高工程设计标准，把好设计和施工质量关

　　线路设计选线时，尽量避开重冰区，如无法避让可采取：

　　①在风速和覆冰厚度上要研究，设计条件要至少按30年一遇的强冰雪天气进行设计;

　　②导线、绝缘子及金具使用加强型的，铁塔要选用呼称高低而且受力较大的;

　　③减小档距，多设耐张段，多采用耐张塔，尽量减少事故时的影响面积，防止事故扩张;

　　④注意导线、绝缘子、金具、杆塔、拉线的质量，确保达到设计的应力要求;

　　⑤塔基的浇筑、导线弧垂要严格按设计施工。

　　4.2加强日常维护管理，搞好线路通道内障碍物的清理（树木、灌、乔木、配电线路等）

　　进入覆冰季节前，运行单位及时组织线路巡线员对所辖输电线路进行巡视，仔细检查电力线路可能存在的问题，如拉线的松紧，导线绝缘子的完好，线路通道内树木的生长高度、输电线与配电线的交叉距离等，及时发现及时处理，避免发生覆冰后导线与交叉跨越限距不足的跳闸故障、倒塔、倒杆及断线事故。

　　4.3采取辅助可行的防导、地线覆冰措施

　　①沿导、地线每隔一定间隔装设一个特制的隔冰塑料环，以阻止冰雪沿导线绞合方向逐渐发展成连续的圆筒状冰柱。当冰雪发展到环处被阻挡，使冰继续增厚，直至脱落。

　　②沿导、地线每隔一定间隔加装带有力臂的防冰球。主要作用是限制导、地线发生继续扭转覆冰。当迎风面覆冰后，由于受到防冰球给导线一个反向扭力的作用，覆冰达到一定厚度时导、地线也不会很快发生扭转，由于受覆冰自身重量和风力的作用，将会发生覆冰自行脱落，避免发生导、地线上形成圆形或椭圆形覆冰。

　　③采用具有防覆冰功能的新型的改性硅溶胶-苯丙乳液为基料，吸光性能良好的过渡金属复合氧化物为颜料的疏水防冰涂料，有一定的防覆冰效果，是输电线路防覆冰的一种简便易行的防范措施。

　　4.4导线覆冰后采取机械除冰

　　魁北克电力试验研究院（IREQ）研制开发了遥控破冰机器人。破冰机器人可将两铁塔之间线路上的覆冰剪碎，进行除冰，其不受线路金具影响，可以翻越线路上蓝球大小的障碍，物遥控破冰机器人使用蓄电池，在线路停电状态下进行工作（遥控破冰机器人除了清除线路覆冰，还可以检查、清扫架空地线、线路和线路金具）。

　　5 结束语

　　由于我国幅员辽阔，冰雪灾难发生的地点较多，因此发生线路覆冰事故的可能性就较多。为了避免线路覆冰事故对人们生活工作的影响，要对天气状况进行实时的监控，在冰雪灾难到来之前做好防范措施，同时在覆冰事故发生时，相关工作人员也要冷静对待，分析实际情况，采取有效的措施解决事故带来的问题，将维护电网的正常运行视为己任！

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　　（作者单位：国网山西省电力公司吕梁供电公司输电二工区）

论文来源：《科学导报·科学工程与电力》 2019年13期

（编辑：东北亚）