覆冰对输电线路运行的影响与预防

王玉珏

摘 要：中国是国际认定最易遭遇气候危害的国家之一，恶劣天气对电网安全的影响日益加剧，造成了严重的损失。因为电力系统的生产，输送与消费环节之间没有任何缓冲，电力系统的崩溃在社会的短期冲击比其他一次能源崩溃更加严重。文章着重就覆冰的形成机理、过程、影响及防范手段进行了简要的分析论述。

关键词：覆冰；输电线路；可靠性；影响；预防

简述

据统计，2005～2007年期间，国家电网公司因恶劣气候导致的电网和设备事故119起，占总事故数22.8%。2008年初南方雨雪冰冻灾害对公司系统特别是湖南、江西、浙江电网造成严重设备损失，直接经济损失达百亿元。输电线路因电线覆冰造成断线、倒塔的事故时有发生，不仅影响正常的电力生产，还造成了巨大的经济损失[1]。

墨菲定律中提到，假如某件事有可能发生，则在一定情况下一定会发生。所以我们应该提高大气覆冰对电力系统运行的影响的认识，对电网抗灾水平及灾害应急处置能力提出更高的要求。

1 覆冰表观特性及形成过程

覆冰按照表观特性可分为雨凇、雾凇、混合凇和雪凇。雨凇是指粒径较大的过冷却水滴，碰撞在物体上，先散开成水膜然后冻结成冰凌，呈湿增长方式。冰体透明坚固，比重大，一般为0.7～0.9g/cm3，粘附力强，常伴有冰柱。

雾凇又称软雾凇是指粒径较小的过冷却水滴，随气流浮动，在碰击物体瞬间即冻结成冰凌，呈干增长方式。冰体白色疏松，比重小，一般为0.1～0.3g/cm3之间，粘附力较弱，通常在物体的迎风面冻结。

混合凇又称硬雾凇是当不同粒径的过冷却水滴，随气流浮动，在碰撞物体瞬间，部份呈干增长，部份呈湿增长。冰体呈半透明状，比重中等，一般为0.2～0.6g/cm3之间，常在物体迎风面冻结，粘附力较强。

雪凇又称湿雪，是冻结的雪片，在降落过程中，通过一段温暖层后，雪片趋于潮湿、融化，然后冻结在物体上，冰体呈白色堆积状，比重偏小且粘附力差，一般为0.2～0.4g/cm3之间。在导线振动或风吹下很容易脱落，一般只会在融雪时造成绝缘子串闪络，因此对线路安全运行威胁不大。

2 输电线路覆冰国内外现状

随着西部大开发、西电东送电力发展战略的实施及1000kV交流、800kV直流超高压、特高压输电线路的建设，将有越来越多的超高压、特高压交、直流输电线路跨越峡谷、河流、微气象地区，所以，我国输电线路覆冰不可避免。

我国覆冰事故多发生在华中和西南等海拔较高的地区，大部分输电线路覆冰时间是每年的冬季10-11月开始到第二年的3-4月初春结束。由于对架空线路覆冰的规律认识不足，线路设计时，线路路径选择不合理，同时缺乏抗冰害的经验，导致冰害事故频繁发生[2，3，4]。

3 输电线路覆冰舞动的机理

对于工作在开阔空间的输电导线，风激励可能起较强的风致振动，对结构造成危害，必须加以研究和解决。风致振动产生的主要原因是导线当有冰层覆盖时引起的结构偏心，当在水平阵风作用下将产生强烈的舞动。从受力上来看，输电导线是一种索，它具有轻柔、阻尼低的特点，在风等外激励作用下可能产生较大的构形变化，引起舞动问题的发生。

偏心覆冰导线在强风作用下，会产生低频（0.1～3Hz）、大幅（数米至十几米）的舞动，对输电线路造成了很大的破坏作用。尤其是对于那些跨越大江大河的大档距输电线路来说，舞动发生的次数多，造成的危害巨大。因此，有必要对输电线路的舞动进行防治和治理。但是由于舞动的产生与发展过程十分复杂，其中不仅涉及许多系统与外界作用参数，而且还包含许多随机因素，以至于给舞动研究工作带来一定的困难。

随着电压等级的越来越高和近几年我国输电线路上舞动的多发性，输电线路的舞动问题越来越引起国内外研究者的重视。目前国际上有四种较为公认的理论有Den Hartog机理、O.Nigol机理和偏心惯性耦合机理及稳定性机理[5]。

4 输电线路覆冰的事故类型

输电线路覆冰事故一般可分为四类：①过荷载事故，即线路实际覆冰超过设计抗冰厚度，亦即线路覆冰质量增加、覆冰后风压面积增加，从而导致电气和结构方面的事故；②不均匀覆冰或不同期脱冰引起的电气和结构方面的事故；③绝缘子串覆冰过多或被冰凌桥接，引起绝缘子串电气性能降低；④覆冰引起的导线舞动事故。

过荷载事故导、地线覆冰后，其弧垂和张力增大，进而增大绝缘子串、金具、杆塔和基础的荷载。当发展到一定程度时，在电气方面，导线弧垂下降过大将导致对地或交叉跨越物间距不足发生放电，地线弧垂增大与导线安全净距不足发生放电，甚至烧断导地线事故；在结构方面，将会造成导、地线和金具断裂或损坏，杆塔受损甚至倒塌，基础下沉、倾斜甚至损坏，绝缘子串扭转、跳跃发生翻转、碰撞等。

不均匀覆冰或不同期脱冰事故为相邻档不均匀覆冰或不同期脱冰都会产生张力差，使导地线受损、滑动，还会造成直线杆塔承受不平衡张力发生倾斜、受损，严重时还会发生倒杆塔事故。同时，不同期脱冰还会引起导、地线跳跃相互接近发生放电，导线跳跃引起耐张塔引流线与横担接近发生放电，悬垂绝缘子串偏移碰撞横担等。

绝缘子串冰闪事故是绝缘子覆冰或被冰凌桥接后，绝缘强度下降，泄漏距离缩短。融冰时，绝缘子局部表面电阻降低，形成闪络事故。

覆冰舞动为不均匀覆冰会使导线产生自激振荡和舞动，从而造成金具损坏、导线断股及杆塔倾斜或倒塌等现象[6]。

5 输电线路冰害事故预防

根据地理条件、地区气候预防输电线路冰害应从以下几方面入手：

（1）观测覆冰雪的状况，加强事故的超前防范，提高各类突发事件的应急能力。对历年来发生的覆冰事故进行详细的记录。为输电线路的抗冰设计和防冰除冰措施提供选择参考。

（2）在线路设计时考虑该地的地形及其后。线路经过地段的地形、相对高差山脉走向、覆冰程度等因素，合理选择线路走向，设计合理的抗冰厚度。

（3）对输电线路覆冰的特点与机理经行深入的观测和研究，绘制各地区输电线覆冰雪分布图，研制有效的覆冰监测装置、防冰除冰措施，制定积极有效的防止和处理政策[7]。

6 结束语

输电线路的覆冰常导致的冰害事故给社会生产生活带来了极大的损失。大气覆冰在如今全球变暖的环境中将占总事故比例会越来越高，在我们知道大气覆冰的成因时还应该了解架空线路防冰与除冰技术，以确保线路的良好性能及其预期寿命。

参考文献

[1]胡琳，李占斌.火电建设与气候[M].北京气象出版社，2010.6.

[2]舍卫国.电网安全管理及安全风险管理[M].中国电力出版社，2009.

[3]Masoud faraneh.电网的大气覆冰[M]黄海波译.中国电力出版社，2010.5.

[4]陆佳政，蒋正光.湖南电网2008年并在事故分析[J].2008.

[5]郑玉琪.架空输电线微风振动[M].水利电力出版社，1987.7.

[6]崔吉峰，刘亚新.输电线路绝缘子冰闪的成因和防范措施[J].2013.

[7]尚世杰，薛禹胜.从印度大停电透视电力系统的广义阻塞[J].2013.