输电线路覆冰原因分析及对策研究

孙爱芳

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

中图分类号：TM726文献标识码： A

引言

在许多地区因雨凇、雾凇覆冰而使输电线路的荷重增加，严重覆冰会导致输电线路机械和电气性能急剧下降，从而导致覆冰事故的发生。输电线路覆冰是一种严重的自然灾害，可引发输电线路导线舞动、绝缘子串闪络等事故，严重危害电力系统的安全运行。美国、日本、英国、德国等多国都曾因输电线路覆冰而引发安全事故，造成了巨大的经济损失。我国是高压输电线路覆冰较严重的国家之一。高压输电线路具有档距较大、铁塔较高等特点，线路覆冰对其影响比较严重，同时，输电线路的电压等级较高，载流量较大，线路破坏造成的经济损失巨大。为此，本文研究了输电线路的覆冰特性及防治措施。

1输电线路覆冰的种类与性质

按照覆冰形成的物理过程和气象条件，可将输电线路覆冰分为三类：第一类是由降水产生的覆冰雪，即降水覆冰，包括由冻雨而形成的雨凇和覆雪；第二类是处在过冷却状态下的液体云粒或水滴碰到地面物体上，经过冻结后而产生的覆冰，此类覆冰称为云中覆冰；第三类是大气中的水蒸汽直接冻结或经过凝华而在地面物体上形成的一种霜，是经过凝华而产生的，称为凝华覆冰，也称这种覆冰为晶状雾凇。在三类覆冰中，云中覆冰发生的概率最大，引起的输电线路事故也最多。根据水滴半径、空气中液态水含量、空气温度、风速四个参量，输电线路绝缘子覆冰分为干增长和湿增长过程，这主要取决于冰面的温度。在干增长过程中，冰面和环境温度低于０℃，而在湿增长过程中，冰面及环境温度等于０℃。研究表明对于不同类型的覆冰，雾凇和干雪是干增长过程，雨凇和湿雪则是湿增长过程，而混合凇湿是介于干、湿增长之间的一种覆冰过程。

2覆冰地区的分布

华中的湖北、湖南、河南、江西等省及三峡地区，西南的云南、贵州、四川，华北的河北、山西、内蒙及京津唐地区，西北的青海，东北的辽宁等省(区)都发生过输电线路覆冰事故。输电线路覆冰事故与各地的年平均雨淞日和年平均雾淞日密切相关。雨淞是最为严重的覆冰类型，对电力系统造成的危害最大，而雾淞覆冰对电力系统的危害则较小。通过对相关气象资料进行统计，绘出了我国年平均雨淞日的分布图，如图2所示。可以看出，我国年平均雨淞日数的分布特点是中部和西南地区多，北部地区少;高山地区雨淞日数最多，年平均雨淞日数在2030日以上的台站几乎都是高山观测站，而平原地区绝大多数台站的年平均雨淞日数都在5日以下。

3冰害事故的成因分析

通过长期对覆冰的分析和观测，我国输电线路的覆冰事故发生原因可以归纳成以下几点：对输电线路的覆冰规律在认识方面不足，设计线路时，线路选择的路径不合理，缺乏抗冰害经验，使得冰害的事故时常发生；有些设计的输电线路抗冰厚度比实际的覆冰值要低，当遭遇严重的覆冰时，就会发生覆冰事故；某些输电线路在重冰区，虽然具有一定抗冰的能力，但因为气候十分恶劣，某些环节依然较薄弱，当遇到恶劣的气候条件，输电线路的电气和机械性能降低，导致覆冰事故。

4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。

5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：

5.1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。

5.2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。

5.3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。

5.4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）。

5.5对输电线路覆冰的危害解决措施

①防冰雪措施