覆冰對輸電線路運行的影響與預防

王玉玨

摘 要：中國是國際認定最易遭遇氣候危害的國家之一，惡劣天氣對電網安全的影響日益加劇，造成了嚴重的損失。因為電力系統的生產，輸送與消費環節之間沒有任何緩沖，電力系統的崩潰在社會的短期沖擊比其他一次能源崩潰更加嚴重。文章著重就覆冰的形成機理、過程、影響及防范手段進行了簡要的分析論述。

關鍵詞：覆冰；輸電線路；可靠性；影響；預防

簡述

據統計，2005～2007年期間，國家電網公司因惡劣氣候導致的電網和設備事故119起，占總事故數22.8%。2008年初南方雨雪冰凍災害對公司系統特別是湖南、江西、浙江電網造成嚴重設備損失，直接經濟損失達百億元。輸電線路因電線覆冰造成斷線、倒塔的事故時有發生，不僅影響正常的電力生產，還造成了巨大的經濟損失[1]。

墨菲定律中提到，假如某件事有可能發生，則在一定情況下一定會發生。所以我們應該提高大氣覆冰對電力系統運行的影響的認識，對電網抗災水平及災害應急處置能力提出更高的要求。

1 覆冰表觀特性及形成過程

覆冰按照表觀特性可分為雨凇、霧凇、混合凇和雪凇。雨凇是指粒徑較大的過冷卻水滴，碰撞在物體上，先散開成水膜然后凍結成冰凌，呈濕增長方式。冰體透明堅固，比重大，一般為0.7～0.9g/cm3，粘附力強，常伴有冰柱。

霧凇又稱軟霧凇是指粒徑較小的過冷卻水滴，隨氣流浮動，在碰擊物體瞬間即凍結成冰凌，呈干增長方式。冰體白色疏松，比重小，一般為0.1～0.3g/cm3之間，粘附力較弱，通常在物體的迎風面凍結。

混合凇又稱硬霧凇是當不同粒徑的過冷卻水滴，隨氣流浮動，在碰撞物體瞬間，部份呈干增長，部份呈濕增長。冰體呈半透明狀，比重中等，一般為0.2～0.6g/cm3之間，常在物體迎風面凍結，粘附力較強。

雪凇又稱濕雪，是凍結的雪片，在降落過程中，通過一段溫暖層后，雪片趨于潮濕、融化，然后凍結在物體上，冰體呈白色堆積狀，比重偏小且粘附力差，一般為0.2～0.4g/cm3之間。在導線振動或風吹下很容易脫落，一般只會在融雪時造成絕緣子串閃絡，因此對線路安全運行威脅不大。

2 輸電線路覆冰國內外現狀

隨著西部大開發、西電東送電力發展戰略的實施及1000kV交流、800kV直流超高壓、特高壓輸電線路的建設，將有越來越多的超高壓、特高壓交、直流輸電線路跨越峽谷、河流、微氣象地區，所以，我國輸電線路覆冰不可避免。

我國覆冰事故多發生在華中和西南等海拔較高的地區，大部分輸電線路覆冰時間是每年的冬季10-11月開始到第二年的3-4月初春結束。由于對架空線路覆冰的規律認識不足，線路設計時，線路路徑選擇不合理，同時缺乏抗冰害的經驗，導致冰害事故頻繁發生[2，3，4]。

3 輸電線路覆冰舞動的機理

對于工作在開闊空間的輸電導線，風激勵可能起較強的風致振動，對結構造成危害，必須加以研究和解決。風致振動產生的主要原因是導線當有冰層覆蓋時引起的結構偏心，當在水平陣風作用下將產生強烈的舞動。從受力上來看，輸電導線是一種索，它具有輕柔、阻尼低的特點，在風等外激勵作用下可能產生較大的構形變化，引起舞動問題的發生。

偏心覆冰導線在強風作用下，會產生低頻（0.1～3Hz）、大幅（數米至十幾米）的舞動，對輸電線路造成了很大的破壞作用。尤其是對于那些跨越大江大河的大檔距輸電線路來說，舞動發生的次數多，造成的危害巨大。因此，有必要對輸電線路的舞動進行防治和治理。但是由于舞動的產生與發展過程十分復雜，其中不僅涉及許多系統與外界作用參數，而且還包含許多隨機因素，以至于給舞動研究工作帶來一定的困難。

隨著電壓等級的越來越高和近幾年我國輸電線路上舞動的多發性，輸電線路的舞動問題越來越引起國內外研究者的重視。目前國際上有四種較為公認的理論有Den Hartog機理、O.Nigol機理和偏心慣性耦合機理及穩定性機理[5]。

4 輸電線路覆冰的事故類型

輸電線路覆冰事故一般可分為四類：①過荷載事故，即線路實際覆冰超過設計抗冰厚度，亦即線路覆冰質量增加、覆冰后風壓面積增加，從而導致電氣和結構方面的事故；②不均勻覆冰或不同期脫冰引起的電氣和結構方面的事故；③絕緣子串覆冰過多或被冰凌橋接，引起絕緣子串電氣性能降低；④覆冰引起的導線舞動事故。

過荷載事故導、地線覆冰后，其弧垂和張力增大，進而增大絕緣子串、金具、桿塔和基礎的荷載。當發展到一定程度時，在電氣方面，導線弧垂下降過大將導致對地或交叉跨越物間距不足發生放電，地線弧垂增大與導線安全凈距不足發生放電，甚至燒斷導地線事故；在結構方面，將會造成導、地線和金具斷裂或損壞，桿塔受損甚至倒塌，基礎下沉、傾斜甚至損壞，絕緣子串扭轉、跳躍發生翻轉、碰撞等。

不均勻覆冰或不同期脫冰事故為相鄰檔不均勻覆冰或不同期脫冰都會產生張力差，使導地線受損、滑動，還會造成直線桿塔承受不平衡張力發生傾斜、受損，嚴重時還會發生倒桿塔事故。同時，不同期脫冰還會引起導、地線跳躍相互接近發生放電，導線跳躍引起耐張塔引流線與橫擔接近發生放電，懸垂絕緣子串偏移碰撞橫擔等。

絕緣子串冰閃事故是絕緣子覆冰或被冰凌橋接后，絕緣強度下降，泄漏距離縮短。融冰時，絕緣子局部表面電阻降低，形成閃絡事故。

覆冰舞動為不均勻覆冰會使導線產生自激振蕩和舞動，從而造成金具損壞、導線斷股及桿塔傾斜或倒塌等現象[6]。

5 輸電線路冰害事故預防

根據地理條件、地區氣候預防輸電線路冰害應從以下幾方面入手：

（1）觀測覆冰雪的狀況，加強事故的超前防范，提高各類突發事件的應急能力。對歷年來發生的覆冰事故進行詳細的記錄。為輸電線路的抗冰設計和防冰除冰措施提供選擇參考。

（2）在線路設計時考慮該地的地形及其后。線路經過地段的地形、相對高差山脈走向、覆冰程度等因素，合理選擇線路走向，設計合理的抗冰厚度。

（3）對輸電線路覆冰的特點與機理經行深入的觀測和研究，繪制各地區輸電線覆冰雪分布圖，研制有效的覆冰監測裝置、防冰除冰措施，制定積極有效的防止和處理政策[7]。

6 結束語

輸電線路的覆冰常導致的冰害事故給社會生產生活帶來了極大的損失。大氣覆冰在如今全球變暖的環境中將占總事故比例會越來越高，在我們知道大氣覆冰的成因時還應該了解架空線路防冰與除冰技術，以確保線路的良好性能及其預期壽命。

參考文獻

[1]胡琳，李占斌.火電建設與氣候[M].北京氣象出版社，2010.6.

[2]舍衛國.電網安全管理及安全風險管理[M].中國電力出版社，2009.

[3]Masoud faraneh.電網的大氣覆冰[M]黃海波譯.中國電力出版社，2010.5.

[4]陸佳政，蔣正光.湖南電網2008年并在事故分析[J].2008.

[5]鄭玉琪.架空輸電線微風振動[M].水利電力出版社，1987.7.

[6]崔吉峰，劉亞新.輸電線路絕緣子冰閃的成因和防范措施[J].2013.

[7]尚世杰，薛禹勝.從印度大停電透視電力系統的廣義阻塞[J].2013.