超高压输电线路冰害分析及防冰害对策研究

宋章胜，宋俊峰

（国网湖南超高压输电公司，湖南 衡阳 421002）

0 引 言

超高压输电线路是电力系统的重要组成部分之一，可以将高压交流电输送至各个地区。超高压输电线路运行过程中，受覆冰的影响会出现故障，如绝缘子串覆冰脱落、金具被冰击穿、导线断股等。如果不及时处理这些故障，会影响整个电力系统的正常运行。近年来，我国一些地区遭受了严重的雨雪冰冻灾害，很多输电线路受到不同程度的影响。在此期间，相关研究人员深入分析输电线路的冰害现象，并提出多种防冰害措施，以保证超高压输电线路的安全运行。

1 超高压输电线路冰害成因

1.1 低温降雪

我国地域辽阔，各地的自然条件和气候环境差别很大。随着社会经济的不断发展，不同地区的能源需求也在不断变化，需要根据不同地区的气候特点及时调整超高压输电线路的运行方式和工作模式。实际工作中，超高压输电线路受低温降雪天气的影响较大，尤其是在我国北方地区。覆雪是指降雪过程中，雪覆盖在超高压输电线路和设备上，表面部分结冰。在这种特殊天气下，电力部门必须采取科学合理的方法，及时采取相应的措施对线路进行维护和保护[1]。

1.2 水汽依附

在冬季，如果超高压交流输电线路或设备的表面或周围环境中存在水分，就会形成水滴。低温环境下，这些水滴遇冷后会附着在超高压交流输电线路和设备的表面，形成冰层。当冰层达到一定的厚度时，会对超高压交流输电线路或设备造成破坏。如果冰层没有及时处理，则会导致线路或设备受到严重的损坏，严重时甚至会停止运行[2]。

1.3 蒸气凝华

在气候较为湿润且气温较低的情况下，输电线路容易出现凝华现象，即当输电线路周围温度较低时，空气中的水蒸气遇冷凝华，形成冰晶。这种凝华现象在我国南方地区较为常见，特别是在冬季，当空气温度较低时，空气中的水蒸气遇冷凝结成冰晶。这些冰晶在线路上积累到一定程度后，会导致线路受力不平衡，进而出现变形、断裂等问题。在某些特定的气候条件下，输电线路中存在的冰晶体与导线之间会产生碰撞、摩擦，导致输电线路表面发生龟裂。当导线表面有裂纹时，导线间会出现一种“空隙”。如果冰晶体与导线之间的张力过大，这种“空隙”就会不断增大[3]。

2 冰害故障特征分析

冰闪机理包括2个方面，一是由于绝缘子串覆冰导致表面导电性能发生改变，二是由于绝缘子覆冰后导致表面电导率发生改变。近年来，我国超高压输电线路中的冰闪故障主要集中在覆冰较多的地区，并且冰闪故障具有明显的季节性。在覆冰过程中，绝缘子串的表面会形成一层水膜，当水膜中含有导电离子时，其表面电导率会发生变化，冰闪电压会随着电导率的改变而改变。

当绝缘子覆冰时，其表面导电性能和电导率会发生变化。此时，绝缘子表面会形成一层水膜。根据相关调查，当绝缘子表面覆冰时，其表面的离子浓度最高是电导率的9倍，此时绝缘子表面的冰层导电性较好。此外，当线路表面有污秽时，线路表面的离子浓度会大于绝缘子表面的离子浓度，此时绝缘子串覆冰后会产生水膜，使绝缘子表面出现污秽。对于普通绝缘子，其表面冰污越多，冰闪电压越低。如果是带电水雾或水膜，绝缘子串覆冰后会出现污闪现象。

偏心覆冰的存在会使导线截面特性发生变化，在风的影响下，导线会产生舞动。相关研究表明，不同的冰层厚度下，都有可能导致较高的冰层舞动。当风向、风速、线路以及偏心覆冰等条件达到一定程度时，即使覆冰线路的冰层厚度很小，但由于冰层的不均匀，导线也可能产生舞动。

3 超高压输电线路防冰害对策

3.1 强化线路覆冰观察以掌握覆冰规律

为防止线路覆冰，在设计输电线路时，要充分考虑线路的冰害因素，并对该线路可能存在的覆冰情况进行详细考察。针对具体情况展开考察，测量具体的覆冰厚度，并绘制出线路覆冰示意图。在对输电线路进行设计时，结合线路的覆冰厚度明确杆塔位置和导线位置。同时，要观察并及时记录线路覆冰情况[4]。

设计人员需要结合自身实际工作经验和对相关技术的掌握程度，展开调查分析，确定线路覆冰厚度计算方法，并采取相应措施避免覆冰现象的发生。

为避免覆冰现象的发生，在实际操作中要详细考察线路的走向和位置，并全面了解具体的覆冰情况，确定是否需要采取防冰害措施。此外，还要做好气象观测工作，结合实际情况展开详细的气象观测和分析。实际观察中，全面分析覆冰量和覆冰率等数据，并根据这些数据确定是否需要采取防冰害措施。

3.2 研究覆冰机理以绘制覆冰分布

输电线路的覆冰过程是一个复杂的物理过程，主要包括冰层形成、发展、生长以及融化等。在整个覆冰过程中，还会受外界环境因素的影响。研究超高压输电线路的覆冰机理是研究输电线路覆冰规律的关键。不同地区、不同季节以及不同风速条件下，输电线路的覆冰厚度与分布情况有所不同。

通过研究气象数据和覆冰深度，确定风速、温度以及相对湿度等因素对导线覆冰厚度的影响程度，进而绘制输电线路的覆冰分布图，反映该地区的气象条件对输电线路覆冰厚度的影响程度。各个地区的地理位置和气候条件有所不同，因此所能承受的最大覆冰重量也有所不同，在输电线路的设计与运行过程中，必须根据具体情况计算覆冰厚度，以保证输电线路的安全稳定运行。在计算覆冰厚度时，要考虑环境条件和覆冰重量等因素，导线覆冰厚度的计算方法不唯一。但准确性有所差异，因此在实际计算时要根据实际情况来进行选择[5]。

3.3 设计多种监测方式相结合的一体化监测系统

随着信息化技术的发展，我国超高压输电线路也逐渐向信息化方向发展。通过这种方式，能实现实时监测输电线路覆冰情况。尤其是利用光纤传感技术，能够实现实时监测输电线路的覆冰情况。高压输电线路监测系统是将光纤传感技术和网络技术进行有机结合形成的一种一体化监测系统。这种监测系统能实现对输电线路覆冰情况的实时监控，不仅能准确定位导线的覆冰位置，还能及时确定导线的覆冰厚度。同时，由于光纤传感器自身具备优良的抗电磁干扰能力和较强的耐低温性能，光纤传感技术还可以应用于高压输电线路覆冰监测，为输电线路防冰提供有力支撑。

高压输电线路监测系统还具有以下优势：首先，高压输电线路监测系统可以通过在线监测系统实时监控整个输电线路，从而及时掌握线路的运行状况；其次，高压输电线路监测系统能利用光纤传感技术实时监测导线覆冰情况，有效提高导线覆冰情况的监测效率；最后，高压输电线路监测系统具有较强的抗电磁干扰能力，不仅能对超高压输电线路的覆冰情况进行实时监控，还能将高压输电线路的运行状况以曲线图的形式绘制出来，有效提高超高压输电线路的运行效率，保障超高压输电线路安全运行。

3.4 构建输电线路一体化运维体系

将输电线路运维工作、电力抢修工作与输电线路监测系统相结合，可以使输电线路运维体系更具整体性和协调性，有效提高运维效率，实现对输电线路的精准运维，降低维护成本。

第一，对电力抢修部门进行专业化改革。将电力抢修队伍分为专业抢险队伍和临时抢修队伍2类，明确职责、合理分工，并建立长效管理机制。在专业抢险队伍中，设立专门的事故处理小组，负责对输电线路进行故障排查和处理；在临时抢修队伍中，设立专门的应急抢修小组，负责输电线路故障的抢修工作。通过这2个小组的配合，可以显著提升输电线路的故障抢修效率，有效缩短输电线路的故障处理时间。

第二，电力抢修部门负责输电线路的定期检修工作。在输电线路的日常检修工作中，要以确保输电线路安全稳定运行为前提，采取科学合理的检修方案，及时发现故障并进行处理。

第三，电力抢修部门应与输电线路监测系统进行结合，利用输电线路监测系统有效收集输电线路的实际运行状况。通过输电线路监测系统可以及时发现输电线路出现的故障，使电力抢修人员能及时赶到现场进行处理。

第四，在输电线路出现故障时，电力抢修人员要及时对故障位置进行定位，尽快对故障点进行排查和处理，降低故障影响，保障输电线路的安全稳定运行。当输电线路出现故障时，要采取科学合理的措施进行处理，尽可能避免造成更大的损失。

4 结 论

文章主要分析输电线路的冰害成因，并提出相应的防冰害对策。即要加强对输电线路覆冰情况的观测，掌握输电线路的覆冰规律；提高输电线路的设计水平，保证导线的张力、线径以及杆塔结构等满足输电线路运行要求；做好输电线路的防冰害措施；建立综合监测体系，提高输电线路防冰监测能力。在解决输电线路防冰问题时，注重对输电线路运行特点的研究，从实际情况出发，采取合适的措施进行防冰，从而降低冰害事故的发生率，提高供电可靠性和安全性，确保电力系统能安全、稳定、可靠运行。