架空電力線路覆冰的除冰及防控

藍長盛

摘要：冬季覆冰是造成架空電力設備損壞的重要原因之一。文章主要對當前架空電力線路覆冰的原因和覆冰情況下導線與桿塔承受能力分析進行分析，在此基礎上提出了有效的預防和應對措施。

關鍵詞：架空電力；線路覆冰；電力系統

中圖分類號：TM726 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）09-0132-02

2008年，我國南方大部分地區發生了歷史較為罕見的低溫、冰凍天氣，極端雨雪冰凍天氣給電力設施造成了嚴重影響。在通常情況下，南方地區不會發生嚴重的線路覆冰現象，但是近幾年來，全球氣候異常，極端天氣頻發。作為保障人民生產、生活的電力供應單位，必須采取一定的方法應對這種情況的發生。對于我國南方供電企業而言，線路覆冰是當前面對的首要難題。

1 線路覆冰形成原因分析

線路覆冰的形成原因是多方面的，是一種綜合物理現象，受到溫度、濕度、冷暖空氣對流、風速的影響。當空氣中的水滴在零度或者更低溫度時，與輸電線表面接觸就會形成覆冰。以2008年的貴州省覆冰輸電線路為例，玉貴高原海拔在1500米以上，高山、丘陵眾多，空氣潮濕，同時受到太平洋暖濕氣流和西伯利亞寒流的影響，直接造成了輸電線路覆冰的結果。從外界環境及對線路覆冰相關研究來看，要想形成線路覆冰，首先空氣要滿足一定的濕度，及空氣中含有大量的水滴，同時溫度足夠低、風力不夠大，冷水滴可以有足夠的時間與導線接觸。

按照覆冰形成的條件及形成過程中可以分為雨凇覆冰、混合淞覆冰、軟霧淞覆冰、白霜淞覆冰、雪淞覆冰等五種類型，每種覆冰形成的原因和性質都存在一定的差異。雨凇覆冰主要發生在凍雨期、低海拔地區，持續時間通常相對較短。當外界環境很低時，水滴粘合力比較強，一接觸到輸電線路就容易粘合在一起，雨凇覆冰是混合淞覆冰的初始階段。隨著溫度一直保持在低溫狀態下，風速比較大，這種情形下，雨凇覆冰變會發展成混合淞覆冰。混合淞覆冰造成輸電線路在短時間內產生大量覆冰，對輸電線路造成嚴重危害。

2 線路覆冰的危害

2.1 線路覆冰導致大面積停電

2008年1月下旬，中國中部就出現了嚴重的線路覆冰，造成10多個省的部分電力供應中斷。其中湖南電網骨干線路覆冰總長度近6000公里，上萬名電力職工搶修線路，在貴州，因為線路覆冰，導致全省電網500千伏網架基本癱瘓，41個市縣受到停電影響。線路覆冰在會對整個輸電電網造成嚴重影響，直接反映出來的就是大范圍的停電。

2.2 對桿塔的危害

從很多新聞報道中可以看出，線路覆冰嚴重時可以直接造成桿塔倒塌。線路覆冰在較短時間內造成輸電線路的負重增加，給桿塔造成的壓力必然增大。在我國南方很多地區，由于高山、丘陵相對較多，同時線路覆冰現象發生相對較少，在桿塔設計過程中，對線路覆冰可能造成的危害準備不夠充分，在這種情況下，南方輸電線路桿塔在距離和高度上會存在比較大的差距。這種差距的存在即使在沒有發生線路覆冰的情形下，桿塔兩端受到的不平衡張力就比較大。當覆冰發生時，桿塔一端在短時間內受力明顯增大，張力增大超過桿塔、導線所承受的極限時，就會發生桿塔倒塌。在線路發生覆冰時，風速較大的情形下，導線自身會發生一定幅度的震動，輸電線路的舞動又會在一定程度上增加桿塔的張力，造成桿塔的倒塌。

2.3 線路跳閘

線路覆冰使輸電線路包裹上了一層厚厚的導體，不斷積累的覆冰導致輸電線路嚴重變形。在風力的作用下，很多時候兩條輸電線路的距離變的非常小，進而發生導線短路造成線路跳閘現象。外置輸電線路通常輸電功率非常大，覆冰一方面降低了輸電線路的絕緣性，一方面使的輸電線路自身原有的性能受到影響，線路跳閘現象難以避免。在線路跳閘的情況下，輸電線路不能完成電能輸送，通過電能輸送產生部分熱能減少覆冰的效用又進一步減弱。

2.4 降低絕緣子的絕緣水平

在輸電線路覆冰嚴重情況下，絕緣子串會凍成冰柱，而當冰融化后又會形成導電水膜，降低絕緣子的絕緣水平。當絕緣水平降低到一定程度時，絕緣子串將由局部弧光放電轉變為閃絡。線路覆冰會在很大程度上減低絕緣子的絕緣水平，引起短路現象的發生。

3 線路覆冰的防治措施

在雪災發生后，為提高南方電網對冰雪災害的應對能力，南方電網根據南方輸電線路特點制定了相應的線路覆冰防治措施。

3.1 導線防舞

線路覆冰直接造成輸電線路自身的承受重力變大，同時，由于線路舞動，又進一步增大了對桿塔的拉力。如何減少覆冰線路舞動是一個非常重要的問題。很多學者從實際出發，對輸電線路的結構動力學進行了模擬，并提出了很多震動以及線路舞動計算方法，進而也提出了一系列的方法，比如通過增強桿塔的強度，減少耐張長度；提高導地線的最大張力；增加相見導線及對底線的電氣間隙等方法都可以在一定程度上減少線路舞動，還可以在部分舞動比較嚴重的輸電線路上安裝防舞動裝置等。總之，最大限度的減少導線防舞是減少線路覆冰危害的重要一步。

3.2 常用除冰辦法

針對輸電線路覆冰現象，當前最重要的方法還是除冰，國內外有很多除冰方法，但總的來說就是機械除冰和熱力除冰。

機械除冰就通過一定的機械設備使得導線脫冰、價格低廉。但是由于輸電線路本身架設在高山等自然環境相對惡劣的地區，在事先沒有準備的情況下，難以直接通過機械進行除冰，同時輸電線路自身具有導電性能，對機械操作的要求比較高，簡單除冰容易造成漏電等更嚴重的情況發生。機械除冰也可以在一定程度上理解為人工除冰，電力工作人員通過攀爬到輸電線路上，借助一些簡單的外部工具進行除冰，費時費力、可操作性較低、安全性差。在南方冰雪災害中，多名電力工作人員就是在這種工作中失去了年輕的生命。

其次就是熱力除冰。從焦耳定律可以看出，輸電線路在傳輸電能過程中，自身也會產生相應的熱能，通過這種熱能可以在很大程度上減少覆冰的發生。對于長時間的冰雪天氣而言，輸電線路自身產生的熱能難以滿足需求。熱力除冰產生的電能，只能適應短時間、冰雪災害較輕的時候。現代熱力融冰的主要方法有三相短路融冰、改變潮流分配融冰、帶負荷融冰等幾種方式。熱力除冰雖然安全性高、除冰效果較好，但更多的是適用于局部輸電線路除冰。endprint

3.3 融冰裝置

（1）融冰裝置原理。融冰裝置的主要原理是利用變壓器調壓后連接到二極管不可控整流裝置轉換成直流，直流輸出連接到具有短接點的導線進行通流發熱而融冰的。當前主流融冰裝置是是直流融冰，主要通過對輸電線路施加直流電壓并在輸電線路末端進行短路，使導線發熱對輸電線路進行融冰，從而避免線路因結冰而倒桿斷線。直流融冰技術先進，不需要很大的負荷，一般只需要1至2萬千瓦，而且直流輸出電壓可調，可在一定范圍內針對不同長短的單條線路進行融冰，不再需要進行線路串接，操作比較簡單，為線路的融冰工作提供了更為簡便的方式。

（2）融冰裝置特點、效果。目前對于線路覆冰采取的融冰裝置主要有交流融冰裝置和直流融冰裝置兩種。從當前的資料分析，國內外對直流融冰技術的開發和應用更加廣泛，南方電網還進行了相關融冰裝置樣機研發和工程試驗。直流融冰裝置主要原理是通過對輸電線路通直流電壓并在線路末端進行短路，在短時間內產生大量熱能進行融冰。通常情況下，融冰裝置可以很好的減少倒桿斷線的產生，而且，直流融冰技術不需要很大負荷，直流輸出電壓可調，可以對不同范圍、不同長短線路進行融冰，操作方便。

（3）安裝融冰裝置的條件。就當前的科技水平而言，交流融冰裝置和直流融冰裝置技術要求都相對較高，在安裝過程中需要較高的技術支持。2008年冰災以后，南方電網公司也對兩種融冰裝置進行了大量研究，在2008年年底，便成功投運了多套500千伏直流融冰裝置，目前已有110～500千伏各個電壓等級的融冰裝置投運。融冰裝置雖然自身具有很好的融冰效果，但是自身也有一定的要求，直流融冰裝置存在直流輸出電流大、已建變電站的接入等多項新的要求。此外，直流融冰裝置的安裝過程中，需要滿足幾點要求：一是對于融冰線路需要的最小融冰電流需要通過測算得到；二是要明確直流融冰裝置的容量及其能夠提供的最大融冰電流和輸出直流電壓；三是換流器運行時產生的無功和諧波對電網沒有影響。

4 結語

從前面的分析中可以看出，線路覆冰對電力部門電力供應有著很大的影響，輸電線路覆冰必須得到及時、有效的清理。在2008年南方冰雪災害中，電力工人也為輸電線路除冰做了很多工作。當前，輸電線路除冰方式相對機械，更多需要人工方式，早發現、早預防、早處理對于線路覆冰有著重要作用。同時，需要盡快從技術從面入手，解除線路覆冰問題。

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