浅谈输电线路覆冰舞动的危害及对策

赵宏光?赵会

摘要：分析了辽北地区近几年发生的线路覆冰舞动障碍，对导线覆冰舞动形成原因进行了研究，发现线路的舞动都与导线表面有不对称的覆冰密切相关，线路舞动前均有降雪或冻雨，随后的阵风致使线路舞动，因此导线覆冰是造成舞动的必要条件。针对覆冰舞动的危害总结了实践经验，提出了一些预防和消除导线覆冰舞动的措施。

关键词：输电线路；覆冰舞动；危害

作者简介：赵宏光（1960-），男，辽宁铁岭人，辽宁省电力有限公司铁岭供电公司，高级技师。（辽宁 铁岭 112000）赵会（1982-），男，吉林省吉林市人，辽宁省电力有限公司锦州培训中心技术技能培训部，助理讲师，技师。（辽宁 锦州 121001）

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）05-0203-01

近几年来，辽北地区由于导线覆冰舞动造成的线路跳闸停电时有发生。2010年2月24日至25日铁岭地区遭遇近十年来罕见冻雨灾害，致使220kV线路跳闸3条11次，66kV线路跳闸4条8次。这次冻雨灾害使线路覆冰后伴随强烈的舞动，造成220kV清沈线182号C相绝缘子掉串；220kV铁调乙线53号A、C相LGJ-400/35型导线线夹出口处磨损严重，其中A相的导线外层铝股全部磨断只剩钢芯；66kV调青线腰堡分线C相断线，4基水泥杆横担变形损坏。此次冰灾造成电网故障损失电量约15.39万kWh，初步估算直接经济损失为139万元。2010年12月10日，铁岭地区又遇覆冰大风天气，造成220kV牛虎线B、C相连续故障跳闸三次。可见送电线路的覆冰舞动严重的威胁着电力系统的安全运行，必须引起电力线路工作人员的高度重视，以便摸清规律，采取积极的应对措施，消除或减弱送电线路覆冰舞动现象。

一、输电线路覆冰的原因及特点

线路覆冰发生在低温雨雪天气里，降水性质由开始的雨至雨夹雪最后到冻雨或大雪。开始的液态降水有助于空气中水汽含量的增加，空气中出现大量过冷水滴，随着气温的下降，降水现象从液态到液固态并存到全固态，冰水混合物在导线表面越聚越厚造成线路覆冰。

覆冰时空气相对湿度超过85%，降水量达到20～30毫米，日最低气温在1.0～-5.0℃左右，风速在1～2.5米/秒。

根据覆冰后的现场观测，辽北地区输电线路导地线覆冰厚度在10～15毫米左右，最大厚度达30毫米，覆冰层截面近似圆形，呈坚硬的“冰棒”形状。

二、导线舞动的几个基本条件

导线舞动时节多在每年11月末至来年3月初，而在初冬和初春最为频繁。纵观历次线路舞动， 导线舞动前均有降雪或冻雨发生，都与导线表面有不对称的覆冰密切相关，可以说导线覆冰是造成舞动的必要条件。

导线覆冰舞动的形成机理比较复杂，牵涉到输电线路的路径走向、地理环境、气象条件（主要是气温、风速、风向、覆冰厚度）以及导线结构、运行张力等因素。

导线舞动期间的基本条件相同，风向为北风或偏北风，气温在0～-5℃之间，风速为5～15米/秒。风向与线路夹角大于45°，一般都有2～5毫米轻微覆冰，个别线路也有30毫米左右的覆冰。

舞动区段的线路的导线弛度都比较大、张力较小，因此，同一线路和同一走向，由于导线弛度的不同，有的线段发生舞动，有的线段就不舞动。

从舞动的线路来看，发生导线舞动的线路为东西走向，舞动地段为开阔地或冬、春季大风的风口处。因为开阔平坦的地形使导线受风的策动力成为可能。因此，相隔很近且参数基本相同的两条线路由于地形不同其中一条发生舞动而另一条不舞动。

三、导线覆冰舞动的成因及危害

合适的气温及相对的湿度及风速是线路覆冰舞动不可缺少的因素，从天气情况来看，铁岭地区11月上旬开始便出现雨、雾、雪淞与结冰同时并存的现象，直至来年的3月初。在降水期间随着气温的波动、湿度的增大，线路导地线结冰经历了由雨（雾）淞到覆冰的反复累加过程。

覆冰舞动原因初步分析：雪落到温度较高的导线上溶化并形成雨滴，雨滴在本身自重的作用下向下运动，堆积在导线的下方，当阵风和雪停止而气温下降时，堆积在导线下方的雨滴在导线下方的背风侧形成翼状覆冰，从而改变了导线的截面使之不对称。当风吹向导线时，由于导线上下方所受风力不均，从而使导线产生扭矩，导线由于扭矩作用产生扭转同时向上运动直到风力不足导线扭矩减小，并在其自重的作用下自行下落，在下落时由于位能变成动能而使导线摆动。当风速上升时导线受力又加大导线又向上运动；风速下降时导线又下落，导线在阵风中阵起阵落，阵起时扭矩加大，阵落时扭矩释放。当阵起、阵落的频率等于导线固有振动频率时便引起导线舞动。舞动的策动力是风力，舞动形成的必要条件是：导线上覆有翼状的冰；导线舞动当时的风是阵风。

导线舞动是输电线路在一定的地理环境条件下所产生的，以导线大幅度地低频振荡为表现形式的特有机械运动。由于导线舞动时的机械振动能量非常大，对输电线路的杆塔、导线及金具都会造成一定程度的损坏，由于覆冰厚度、密度和形状的广泛变化，作用于线路上的荷载也发生同样广泛的变化。覆冰时杆塔两侧的张力不平衡，额外负荷的增加使得导地线和杆塔出现很大的横向应力和纵向应力。当应力超过一定限度或不平衡时，会出现导线断落冲击荷载造成倒杆。结冰的电线遇冷会收缩，风吹又引起它震荡，电线有时会因不胜重荷而断裂，同时不断舞动时间过长，也会使导线、塔杆、绝缘子和金具等受到不平衡冲击而疲劳损伤。由覆冰、舞动引起的输电线路倒杆（塔）、断线、掉串及跳闸事故会给电力系统的输变电线路造成重大的损害，更会威胁到电网的安全稳定运行和供电系统运行的可靠性。

由于线路档距、杆塔高度、覆冰厚度、导线结构以及持续风力大小的影响，导线舞动幅值和持续时间以及造成的危害也有较大的差异。如220kV及以下的线路的舞动幅值为3米左右，导线舞动造成线路碰闪跳闸或烧伤导线。因此，导线覆冰舞动对于输电线路的安全运行，是一个非常严重的潜在威胁，也是线路设计和运行维护部门一个亟待攻克的技术难题。

四、覆冰舞动线路基本状况

覆冰舞动导线的排列方式呈任意形式，水平排列、垂直排列、三角排列都发生过；覆冰舞动线路有运行中的，有充电的以及正在停运中的；由于舞动而引起跳闸停电障碍的线路其导线排列方式多呈垂直型排列；因覆冰舞动而造成断线事故的线路多为导线型号为LGJ-150及以下的，而受伤断股的线径多为大截面的；发生掉线、掉串的为处于山尖或风口处或垂直档距较大的杆塔。

五、预防线路覆冰舞动的措施

防止异常气候对输电线路造成的覆冰舞动事故，宜根据实际情况坚持“避、抗、防、改”一起上的原则，根据不同情况采取相应措施，把事故限制在最小范围。针对事故暴露出来的问题，提出以下对策：

辽北地区由于冬季多刮北风或偏北风，春季多刮南风或偏南风。在新建线路选择路径时，尽量不要使其呈东西走向，以减少线路与风向的夹角；在线路设计研讨时对气象条件进行认真调查分析，掌握变化情况，修正导地线覆冰厚度，避开微气象区。适当缩小档距和弛度，因为舞动振幅与档距成正比而与张力成反比，这样还可防止因舞动而发生混线；线路发生覆冰舞动后要及时对相应的段进行登杆塔检查，以便查明线路覆冰舞动后的受损程度，及时采取应对措施。有必要对位于山尖或风口处及发生舞动杆塔的导地线线夹打开检查，及时掌握导地线的隐性伤害，并对杆塔及线夹进行紧固；对弛度较大的现有线路要及时调整，对处在山头、风口地带的线路重新选择路径。对档距较大的区段，增加杆塔，缩小档距。对因覆冰舞动造成掉线、掉串及横担损坏的塔型进行结构性改进；在易舞动的东西走向地段安装相间防舞动间隔棒，以减小导线舞动的幅值，防止因舞动而混线。在2010年12月10日铁岭地区再次遭遇覆冰舞动天气时，“2.25冰灾”舞动地段已经安装过相间防舞动间隔棒的东西走向的线段，没有发生因覆冰舞动易造成跳闸停电障碍，实践证明加装相间防舞动间隔棒的效果还是明显的。在覆冰舞动季节到来之前，加强运行巡视，检查杆塔、线夹及已安装的防舞动装置的完好情况，提前做好预防措施。

六、结论

经过分析，线路覆冰舞动现象的发生是自然条件与线路本身特性共同作用的结果，虽不能改变自然现象，但可以改变线路本身特性，采取抑制和预防措施消除或减弱导线覆冰舞动现象。今后要在继续加强基础理论研究、掌握舞动机理的同时及时总结经验教训，为进一步发展完善防舞动措施攻克技术难题。

（责任编辑：宋秀丽）