架空输电线路覆冰危害预防措施分析

    秦文祥

    【摘?要】架空输电线路覆冰对电网有着很大的危害，进而对电网运营和经济发展造成很大的负面影响，导线发生覆冰后易;诱发舞动，其脱冰引发的导线跳跃也容易致使断线、倒塔等事故发生。为使高压电网安全可靠地运行;对输电线路覆冰形成机理的研究以及覆冰荷栽下的力学研究是一个重要课题。

    【关键词】预防;架空输电线路;覆冰;除冰

    Analysis on Precautionary Measures of Ice Damage on Overhead Transmission Line

    Qin Wen-xiang

    （Yunnan Silver Tower Power Construction Co.， Ltd?Kunming?Yunnan?650000）

    【Abstract】Overhead transmission lines on the grid has a great harm to the grid， and thus the operation of the power grid and economic development caused a great negative impact， the wire after the ice is easy; induced dancing， the ice caused by the ice jump is also easy to cause disconnection， Inverted tower and other accidents. In order to make the high voltage power grid safe and reliable operation， it is an important task to study the formation mechanism of the icing process of the transmission line and the mechanics of the ice cover.

    【Key words】Prevention;Overhead transmission lines;Ice

    2008年1月10日以来，我国南方大部分地区出现了历史罕见的低温、雨雪冰冻天气。给输变电设施带来大面积覆冰。雪灾导致国家电网直接经济损失高达104.5亿元。正确认识电网覆冰的危害，加强和改善线路的抗覆冰能力对保证电力线路安全、提高电网可靠性具有至关重要的作用。

    1. 输电线路覆冰危害的特点

    1.1?线路覆冰倒杆（塔）断线的特点。

    线路覆冰倒杆（塔）断线的特点：一是由于覆冰时杆（塔）两侧的张力不平衡造成的。在一些地形起伏较大的地区，两相邻的杆（塔）在高度和距离上存在很大的差距，在还未覆冰时两侧就形成了较大的不平衡张力，当线路上出现大密度的覆冰时，杆（塔）两侧的不平衡张力加剧，当张力不断加大，直至到达杆（塔）、导线所能承受的极限时，就出现了导线断落或杆（塔）倒塌的现象。因此，在灾后恢复和未来的设计改造中，应尽量避免大高度差、大距离和大转角。二是线路上有大密度的雨凇覆冰时，因为雨凇覆冰是“湿”度增长过程，其粘附能力强，不易掉落。在风的激励下，导线会产生大振幅、低频率的自激振动。当舞动的时间过长时，会使导线、绝缘子、金具、杆（塔）受不平衡冲击疲劳损伤。

    1.2?覆冰绝缘子串的闪络特性。

    （1）绝缘子的冰闪是冰害的另一种，当绝缘子发生覆冰现象后，在特定温度下使绝缘子表面覆冰或被冰凌桥接后，绝缘强度下降，泄漏距离缩短。在融冰过程中冰体表面或冰晶体表面的水膜会很快溶解污秽物中的电解质，并提高融冰水或冰面水膜的导电率，引起绝缘子串电压分布的畸变（而且还会引起单片绝缘子表面电压分布的畸变），从而降低覆冰绝缘子串的闪络电压。大气中的污秽微粒直接沉降在绝缘子表面或作为凝聚核包含在雾中，将会使绝缘子覆冰融化时，冰水电导率进一步增加。另外有关试验数据表明，覆冰越重、电压分布畸变越大，绝缘子串两端，特别是高压引线端绝缘子承受电压百分数越高，最终造成冰闪事故。

    （2）实际上，纯冰的电阻很高，完全可以满足电力系统安全运行的要求，只有当冰中混杂有导电杂质后，覆冰绝缘子的闪络电压才会降低。这不仅因为冰闪是由于冰中含有污秽等导电杂质造成的，而且从污秽绝缘子和覆冰绝缘子的耐受电压和闪络机理也可发现其相似性。

    2. 架空输电线路防冰除冰措施

    雪灾过后，为了提高电网对冰雪灾害的应对能力，国家电网公司提出，将全面提高电网设防标准，其中110～330KV电网设防标准由15年一遇提高到30年一遇：500kV电网设防标准由30年一遇提高到50年一遇：750kV电网设防标准为50年一遇。正在建设的特高压工程设防标准按100年一遇考虑。除此之外，应该有针对性地对导线防舞、导线自身性质以及防冰除冰采取相應措施，为贯彻“避、抗、融、改、防”五字方针，国内主要采取以下防水除冰措施。

    2.1?导线防舞。

    这次冰灾过程中，大量线路在覆冰严重的情况下发生舞动。导致倒塔断线。线路舞动机理复杂，防舞动机理和措施研究是世界性的难题。对于导线舞动，已建立了导线的结构动力学模型，并对自由振动以及舞动进行了分析计算。国内外学者也提出多种方法，增加相间导线及对地线的电气间隙，同时提高杆塔的强度，缩短耐张段长度和档距，提高导地线的最大张力。加大金具及绝缘子的安全系数，满足部件强度的需要。将目前地线普遍采用的GJ-50钢绞线改为GJ-70钢绞线.与导线最大应力相匹配。导地线覆冰后弛度变化相近。应防止造成混线;在有条件时应减少导线垂直排列方式。还可以在局部覆冰舞动严重的线路上加装防舞装置。

    2.2?采用憎水憎冰性涂料。

    欲从根本上解决覆冰问题.应着手于防冰。在导线表面包涂憎水憎冰性涂料，要求这种涂料不仅对金属基体有很好的结合力、较高的热传导性，更重要的是其外层表面具有低表面张力、高憎水憎冰性和光谱吸热性能，可最大限度地减少水和冰的附着力，使其极易脱落，从而达到防止凝冰和除冰的目的。现在使用较多的是聚四氟乙烯和PVC塑料带，尽管并不能减少冰的附着。但是可以大大降低冰与导线之间的黏附力。到目前为止。国内外尚未研究出一种可以根本阻止冰形成的涂料。有人提出采用改性硅溶胶一苯丙乳液为基料，吸光性能良好的FeMnCuO。为颜料的疏水防冰涂料，在20-0.C的实验室条件下对静态（未通电和未考虑风速）铝导线有一定的防冰效果，是一种值得研发的具有发展前景的防覆冰涂料。

    2.3?除冰。

    目前，国内外除冰防冰的方法有30余种，基本上可分为机械除冰法和热力除冰法2类。

    2.3.1?机械除冰法。

    利用各种机械动力使导线脱冰，目前经常使用的有ADHOC法、滑轮铲刮法。尽管机械除冰法价格低廉，但是耗费大量人力物力，可操作性低，安全性很差。

    2.3.2?热力除冰法。

    （1）根据焦耳定律可知，在传输电能的过程中导线本身会产生热能。可以利用该性质融冰。热力融冰法主要有改变潮流分配融冰、三相短路融冰、带负荷融冰及采用低居里点合金热敏电线等方法。

    （2）除此之外，还有很多除冰措施，如GoodrichBF提出的气动脉冲除冰系统。SullivanCR等提出的高频高压励磁除冰等方法，这些都是用于飞行器除冰，成本比较高，但是如果能应用于导线上。将会给架空线路的除冰提供很好的解决方法。

    3. 结语

    迄今为止.架空线路的覆冰问题仍未得到有效的解决，针对不同的覆冰类型.应该多种措施一起采用，除此之外，提出以下几点建议。

    （1）进一步优化输电通道的规划布局，同一方向重要输电通道应尽可能分散走廊，尽可能减少易发生严重自然灾害的同一气象带重要输电通道数量，重点城市和经济发达区域形成多回路线路供电。

    （2）对电网实施区别化设计，可以将杆塔、線路分为A、B、C3类，制定区别对待的设计标准。A类指跨高速公路、铁路、河流等。对其他重要系统产生重大影响的输电塔和线路;B类指建在高山、丘陵、湿地、海岸等地，难于施工、维护或对环境生态有重大影响的输电塔和线路;C类指其他输电塔和线路。

    （3）对导线和绝缘子表面憎冰涂料进一步研究，从根本上防止导线覆冰。