高海拔山区输电线路抗冰主动防灾关键技术研究

刘庆

摘 要：输电塔线体系是输电线路的主体，是远程电力传输的主要载体，它是由输电铁塔、导线、地线、光缆、绝缘子、金具等组成。如果线体覆冰就会对引起导线、金属、绝缘子及杆塔的应力超过其极限强度，或者由于输电线路不均匀覆冰、脱冰不平衡张力造成倒塔事故，这种事故在高海拔、低温、终年积雪的地方尤为频发，该文通过分析冰雪对山区输电线路的危害，阐述几种有效防冰抗灾的措施，为提高山区输电线路防冰抗灾能力提供一些参考。

关键词：输电线 高海拔山区 抗冰主动防灾设计

中图分类号：TM75 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）01（a）-00-02

1 运输线路覆冰的危害

近些年，我国华中、华东、南方等区域遭遇了罕见的持续低温、雨雪和冰冻极端天气，全国共有14个省、市电网（约占全国电网总数的43%），近570个县的用户供电受到不同程度的影响，部分地区电力设施受灾损坏极其严重。输电线路覆冰会对线路产生极大危害，危害主要包括以下两种。

1.1 覆冰太重

偏远山区的输电线路一般处于人迹罕至的高山和极寒之地，当遭受到严重的冰雪灾害时，极不容易被发现，发现之后不易开展抢修工作，很容易发生输电线路因覆冰太重而导致的塔杆损坏，或者出现折断、倒塌等問题，严重时也可能发生线路下垂，线路断裂接地等事故，也可能造成相间短路或者跳闸等事故，导致偏远山区出现供电问题。

1.2 冰闪加大

通常情况下，覆冰会使绝缘子受到一定的影响，导致运输电路的绝缘强度开始下降，线路泄露的距离也会开始降低，此时若气温开始回升，输电线路上的冰雪开始融化，那么将能有效地减少输电线路产生危害的几率，但同时也可能出现冰水瘤，一旦出现冰水瘤就有可能出现绝缘子短路跳闸的事故。

2 提高输电线路抗冰主动防灾能力的技术研究

2.1 优化运输线路设计

（1）对山区输电线路覆冰分布规律进行调查研究，分析覆冰对输电线路结构破坏特征，研究覆冰断线及倒杆塔机理，基于主动防灾思想，在现有塔线体系的基础上，研发能够使塔线在极限覆冰荷载作用下的产生荷载释放的安全控制装置，并进行该主动防灾装置的结构及构造设计，采用不同的建模方式比较分析杆件结构受力情况，必要时进行塔架结构承载力试验，基于试验结果对模型进行修正，然后进行传力机制及承载力分析，研究不同电压等级下、不同类型杆塔在各级荷载作用下的受力变形性能及损伤程度，合理划分启动力区间，保证杆塔的安全，防止断线和倒杆塔事故的发生，大幅度缩短抢修时间，达到防灾减灾的目的。

（2）参考过去几年高海拔山区的输电线路的覆冰情况，尤其是1500m海拔以上的输电线路的覆冰情况，采取孤立档设计的方法，并且保证每个孤立档之间的距离不超过200m，并且要选择荷载最大的羊角型塔。采用短路融冰的方法，导线通过产生的短路电流产生热量，使导线周围的温度升高，导线上的覆冰开始融化脱冰。如果选择普通环境下的大档距大应力情况下，导线脱冰会产生舞动，在预绞丝式护线条附近会产生很大的轴向剪切力，此时，导线就很容易发生断股，严重时甚至会产生导线熔断。

（3）加大爬电比距。这项措施主要针对冰雪天气造成的闪络。即通过提高输电线路的绝缘子绝缘能力降低闪络的破坏力。可以根据实际情况采取改进措施，可以选择倒V型双串绝缘子代替悬挂直线的方式，能够有效减少积尘量，保持充电线的洁净，当电弧产生时可以扩散出电离子气，并且此时产生的闪络电压相对较高增加每基塔的绝缘子的片数或者加装大盘径玻璃钢伞群罩，固定于横担的第一片绝缘子上方，直径在400～700mm自行选择。

（4）对高海拔地区的运输线路进行绝缘改造，通过输电线路架空地线加装绝缘子，行程绝缘架空地线，并每20基杆及该线路间隔龙门架下安装适当数量的刀闸，其安装位置距离地面保持在6m左右，在架空地线下不融冰的情况下将线路中的刀闸闭合，架空避雷线保持接地保证良好的防雷效果，架空地线融冰时将刀闸展开，行程避雷线。

2.2 导线除冰的有效措施

当导线上的覆冰厚度达到一定程度时，需要采用多种有效方法来是覆冰脱落，目前对国内高山地区采用的除冰方法主要包括以下4种类型。

（1）采用自然除冰的方法。自然除冰的方法主要是覆冰在自身重力、温度风力以及辐射等外部因素的共同作用下，覆冰自然脱落的过程，这种除冰的方法是费用最低的除冰方式，但是除冰的时间较长，除冰的效果也不是十分理想，可以适当在导线上安装阻雪环、平衡锤等装置，来保证自然除冰的效果。

（2）采用热力融冰的方法.热力融冰的方法主要是通过热源或者电路自身产生的电流发热，以达到防冰和除冰的效果，比较常见的热力除冰法如短路电流融冰法、高频高压激励融冰法、电脉冲融冰法等方法。其中短路电流融冰法是指将电路的一端短路，另一端负责供给融冰需要的电流，采用低压高电流的加热方法使覆冰融化。

（3）采用机械除冰法。机械除冰法是通过对覆冰的导线施加机械力，从而使覆冰脱落的过程。机械除冰法的种类较多，主要包括“adhor”除冰法、滑轮除冰法和震动除冰法等，“adhor”除冰法千变万化，主要是线路的操作者根据覆冰的具体情况采用敲击、枪击必要时采用直升机等方式的除冰方法，值得注意的是，采用人工除冰的方式存在较大的安全隐患、工作效率较低且容易损坏输电线路，滑轮除冰的效果相对较好，但是需要大量的资金投入，因此相关专家学者正在寻找改进和优化的方式。

（4）人工智能除冰法。将人工智能用于高海拔山区输电线路除冰是一个比较新的除冰方式，机器人不仅可以对输电线路上的覆冰和积雪进行清除，还可以根据不同的任务需要更换不同的任务头，实现多种工作任务，机器人的功能强大，但是缺点是不能故障作业，只能在两档之间作业，经过专家改进后的机器人具备了越障作业的功能，工作效率明显提升，机器人的除冰原理是机器人通过安装在手臂前端的开合道具挤压除去电线上的结冰，具有30°坡度范围内的爬坡功能，可以跨越障碍作业。

3 结语

提高高海拔山区的输电线路的设计标准，进一步研究输电线路抗冰融冰技术，除了推广当前应用广泛的电流融冰、机械除冰、人工智能除冰技术外应基于新技术开展电磁力、带负荷融冰技术及新材料抗冰防冰措施的研究，达到预防事故的目的；输电线路覆冰具有典型的微地形、微气候特征，不同结构物覆冰形成机理差别很大，影响导线是否覆冰、覆冰厚度的主要因素为空气的温度、湿度、风速、水滴大小等，在具体的除冰过程中要根据不同的地理位置和覆冰情况选择除冰方法。

目前输电线路抗冰主动防灾的研究在我国仍处于探索阶段，没有形成十分成熟的理论依据和比较典型的经验，我们的相关理论研究还要根据实践的检验来反复改进，因此，我们必须积极做好线路覆冰分析和管理，进行技术经济比较，结合相对成熟的经验确定线路出现覆冰的可能性，因地制宜地采取有效措施减少覆冰对输电线路和杆塔的危害。

参考文献

[1] 常泽.输电线路覆冰力学性能试验与超声波除冰技术研究[D].华北电力大学，2014.

[2] 段晓丽.输电线路覆冰量计算模型研究[D].太原理工大学，2010.

[3] 申强.基于旋转多导体覆冰量的覆冰参数预测[D].重庆大学，2010.

[4] 龙立宏，胡毅，李景禄，等.输电线路冰害事故统计分析及防治措施研究[J].电力设备，2006（12）：26-28.