浅谈导线覆冰分析方法在特高压输电工程中的应用

李兴凯

(河北省电力勘测设计研究院,河北石家庄 050031)

浅谈导线覆冰分析方法在特高压输电工程中的应用

李兴凯

(河北省电力勘测设计研究院,河北石家庄 050031)

导线覆冰影响着电力系统的安全和工程造价,合理的确定导线覆冰的取值对特高压输电工程安全运行和降低工程造价都有十分重要的意义。本文列举了内外重大覆冰灾害,总结出实测数据频率计算分析法、 覆冰调查分析法、附近工程成果取值法、相似地区类比法、冰区分布图取值法等导线覆冰分析法及其计算公式,并将各种方法应用于特高压输电线路工程。

覆冰灾害 特高压输电工程 导线覆冰

0 引言

随着特高压输电工程的发展，设计导线覆冰问题就成了我们必须面对的一个重要问题。输电线路导线在覆冰、大风、低温时承受较大拉力，若拉力超过其极限强度，会发生断线，或使铁塔构件、横担、地线支架变形损坏甚至拉倒铁塔。在覆冰、大风、低温三种天气现象中，对输电线路影响较大并会导致严重后果的是导线覆冰和大风。经有关研究表明，覆冰比载远大于大风比载，覆冰对线路的影响远大于大风。因此，在诸多的天气现象中，导线覆冰事故严重威胁了电力系统的安全运行，造成重大的经济损失和社会影响。另一方面，设计导线覆冰对工程的造价影响很大。设计导线覆冰越大，铁塔重量也越重，工程投资也会越大。因此，如何合理的确定导线覆冰的取值对电力工程安全运行和降低工程造价都有十分重要的意义。

1 国内外覆冰灾害

1932年在美国首次出现有记录的输电线路覆冰事故。1998年1月加拿大魁北克、安大略等省1000余座输电铁塔被压倒。由于特殊的地理与气候，我国也是世界上输电线路覆冰灾害最严重的国家之一，华中和西南地区是我国线路灾害最严重的地区。2008年1月，我国南方地区相继出现了持续的大范围灾害性冰雪天气，此次雨雪冰冻天气过程影响范围大、持续时间长、涉及面广、覆冰密度大、危害程度大，对国民经济及人民生活造成巨大影响。

2 导线覆冰分析方法

2.1 实测数据频率计算分析法

工程地点具有10年以上年最大覆冰观测，应采用频率分析法计算设计冰厚，并考虑具体地形影响移用至线路工程地段；覆冰频率计算线型采用P-Ⅲ型分布或极值Ⅰ型分布。工程区域仅有1-5年短期年最大覆冰观测资料，可应用观冰站与邻近气象站覆冰气象要素合成的气象指数进行频率分析确定统计参数，并计算设计覆冰。

2.2 覆冰调查分析法

工程区域无覆冰观测资料，可对工程地点区域进行历史覆冰调查和搜资，进行导线覆冰分析计算。

2.3 附近工程成果取值法

工程区域有已建输电线路，可对工程地点附近区域的输电线路的等级、设计覆冰取值及运行情况进行分析，根据本工程等级，结合地理、气候等情况，合理确定线路导线设计覆冰。

2.4 相似地区类比法

工程区域无观冰资料或已建输电线路，而与工程地点的地理、气候，类似的区域有覆冰观测资料或已建输电线路。然后结合工程地点与相似区域的地理、气候等情况，利用类比法合理确定工程地点线路导线设计覆冰。

2.5 冰区分布图取值法

2008年冰灾后，各省根据对覆冰观测数据的处理与分析、高度和线径修正、非电线积冰站标准冰厚历史覆冰序列回算、不同重现期设计冰厚计算、微地形修正、人工修正等方法绘制了冰区分布图。因此，冰区分布图可作为覆冰确定方法应用于输电线路导线覆冰设计中。

2.6 其他方法

除以上方法，工程地点线路导线覆冰的确定还应进行对工程区域气候特点、植被、覆冰成因、覆冰特点等进行分析，分析覆冰形成条件、地区覆冰类型、量级等；另一方面，应根据线路路径图、航片并结合现场踏勘，对影响线路覆冰分布的特殊微地形微气象进行分析，合理确定线路沿线设计覆冰。

3 工程案例

某±800kV特高压直流输电线路工程陕甘交接，跨越秦岭，沿线约2/3为山地、1/3为高山大岭，海拔900～2000m。观冰站A与秦岭以北线路在气候和地形上类似，且资料系列较长；观冰站B设在秦岭上，而工程跨越秦岭，在气候、地理、地形上均非常相似；两观冰站覆冰成果可作为工程设计依据；线路西约70km处在2004年2月发生冰灾，事故地点位于秦岭支脉，在气候、地形上均非常相似，其覆冰成果可作为工程设计依据；线路沿线附近有1条500kV线路、330kV线路及6条110kV线路，其设计覆冰取值和运行情况可作为工程设计依据。

(1)观冰资料分析计算:利用观冰站A 39年积冰观测资料推求该站100年一遇冰厚为21.7mm；利用观冰站B 3年积冰观测资料推求该站3年最大覆冰厚度约为20mm。

(2)沿线覆冰调查计算及地区冰区划分图取值:对线路沿线附近供电公司、超高压公司、居民点等进行历史覆冰调查，并计算线路沿线设计覆冰，沿线分为5段，冰厚取值分别为11.3-13.6mm、16.0-18.4mm、13.6-16.0 mm、16.0-18.4 mm、11.3-13.6 mm。该成果分别对应冰区划分图10-15mm、15-20mm、10-15mm、15-20mm、10-15mm五个冰区。调查成果与冰区划分图成果一致。

(3)已建线路设计冰厚以及运行情况:走访当地超高压局、市电力公司等电力运行和管理部门，收集线路路径附近已建线路的设计冰厚与运行情况，线路沿线30年一遇冰厚为10、15mm，未发生冰灾事故。

(4)附近区域冰灾:2014年2月，本工程西约70km处秦岭支脉(海拔1800-2300m)出现严重覆冰倒塔灾害。经现场取样和覆冰计算，求出事故点标准覆冰厚度16-31mm。

(5)微地形微气候分析:线路跨越秦岭山脉分水岭，对冷暖气团有明显的阻挡作用，微地形和微气候特征明显，气候的垂直差异较大。建议跨越秦岭风水岭处设计覆冰采用20mm。

(6)覆冰分区确定:通过调查覆冰资料计算、沿线地形气候特征、已建线路设计冰厚以及运行情况、附近地区冰灾情况、地区冰区划分图等综合分析确定线路沿线覆冰分区，共分五个冰区，分别为15mm、20mm、15mm、20mm、15mm。

4 结语

本文列举了内外重大覆冰灾害，并将各种方法应用于某±800kV特高压直流输电线路工程。结果表明，实测数据频率计算分析法、 覆冰调查分析法、附近已建线路取值法、相似地区类比法、冰区分布图法等导线覆冰分析法得出的结果基本一致，可以很好地的得到印证，在以后的特高压设计中广泛应用。

[1]GB50790-2013 《±800kV直流架空输电线路设计规范》[S].2013.

[2]李世杞等.电力工程水文气象计算手册[M].湖北:湖北科学技术出版社,2010:397-414.

李兴凯(1982—),男,工程师,工学硕士,主要从事电力工程水文气象勘a测设计工作。