電力線路防冰雪災害的設計策略探討

李 強

國網新疆電力公司經濟技術研究院設計中心

電力線路防冰雪災害的設計策略探討

李 強

國網新疆電力公司經濟技術研究院設計中心

如今受全球氣候變暖的影響，各類氣象災害頻繁發生，造成的損失和影響日趨嚴重，破壞程度強、影響范圍廣，應對難度也趙來越大。電力系統在規劃設計及運行中如何應對電網覆冰帶來的危害，成為一項非常重要又極具現實意義的研究課題。為防范電力線路因冰雪災害出現運行故障，導致人民生產生活受到影響與損失情況的再次發生，這就需要做好電力線路防冰雪災害工作，除冰不是解決冰雪災害的根本，防冰雪災害對電力線路的破壞才是重點。因此，有必要對電力線路防冰雪災害設計策略展開研究，增強電力線路運行能力，保護國家財產不受損失。

電力線路；冰雪災害；預防措施

1 導致冰雪災害形成的因素

1.1 極端氣候的影響

導致電力線路被冰雪覆蓋的主要原因之一是極端氣候的影響，典型事件是2008年在南方發生的冰凍事件，通過調查研究得知，是由于大氣環流異常致使冷暖氣流在長江中下游不斷交錯，出現了不間斷的雨雪天氣，部分中低海拔還出現了凍雨，降低空氣溫度發生凝凍，雨水在接觸到其他物體以后就立即結冰，加之受各種因素影響最終形成了冰雪災害天氣。這次冰雪災害影響范圍較大，涉及了全國17個省市，冷空氣持續了一個月左右，同時凝凍天氣的出現更是促使電力線路覆冰形成，在諸多致使電力線路覆冰的因素中，雨凇覆冰影響最嚴重，直接威脅到電網安全。

1.2 導線覆冰超出原設計范圍

導致電力線路發生冰雪災害發生的因素還與導線覆冰厚度超出原設計邊界有一定關系，部分地區輸電線路的覆冰過于嚴重，致使桿塔倒桿﹑線路斷線，一些地區還出現了閃絡的情況。同時，由于導地線的縱向不平衡張力超過原塔的縱向設防強度，從而被順著線路的方向拉倒等情況。此外，覆冰過重還會導致荷載超過了絕緣子金具串承受能力而引發斷裂或損傷等情況。

2 輸電線路覆冰的主要類型

溫度較低的雨水如果落在溫度在零度以下的物體上就會結冰，輸電導線出現這種結冰現象就是導線覆冰。覆冰需要滿足以下條件才會形成：(1)溫度要在零度以下；(2)濕度RH%要大于85%，也就是空氣中有水分﹑水滴﹑水汽或者霧滴是可能結冰的；(3)空氣中水滴速度要大于lm/s，輸電線路的覆冰根據其對電網造成的傷害分為以下幾種類型。

2.1 雨淞

雨淞其實就是比較純粹并且透明的冰，硬度強，密度大于等于0.8～0.9g/cm3具有很強的粘附力。雨淞一般是由毛毛細雨或者是過冷卻雨降落在溫度低于凍結溫度的物體上形成的，一般都是-2～0℃，雨淞一般在低海拔地區形成。雨淞是導線上出現過冷卻水滴的凍結現象，有可能形成冰柱，結構緊密，對輸電導線的危害是最大的。

2.2 混合淞

混合淞看起來像半透明冰或不透明冰，是由透明的冰層和不透明的冰層相互交錯形成的，密度在0.6～0.8g/cm3?；旌箱烈话阍诘偷匦纬?，有雨滴的地面上的霧或者云中的冰晶更容易形成混合淞，氣溫在-5～0℃;在山地上當風速很高的時候云中的冰晶或者中等大小的水滴的地面上的霧也是可以形成混合淞的，氣溫一般在-10～-3℃?；旌箱猎谔鞖獾闹芷谛宰兓瘯r，由霧淞和雨淞的連續凍結物形成的，硬度很高，粘附力非常強。對輸電線路的危害僅僅比雨淞造成的危害低。

2.3 霧淞

霧淞的溫度一般在-13～-7℃之間，產生于風速中等的山區傳來的云層中的富含水滴的霧或者冰晶，其物理性狀是白色﹑呈雪粒狀的較為堅固的輕質結晶，具有很弱的粘附力，密度一般在0.3～0.6g/ cm3之間。

2.4 雪

在低地時，雪一般為干雪，具有粘附力弱以及密度低的特點。在丘陵地帶時，雪一般為凝結雪﹑霧或者雨夾雪的形式，具有密度大(其密度一般為0.1～0.3g/cm3)的特點，若物體上粘附有雪時，多次融化以及凝結之后產生的冰雪混合物的密度很高，且體積也很大。

2.5 霜淞

霜淞一般產生于溫度在-10℃以下的平靜且寒冷的天氣中，是由水汽直接凝華而產生的，其物理性狀是白色，不規則針狀的輕脆結晶，密度一般為0.05～0.3g/cm3霜淞的粘附力一般較弱。

3 冰雪災害給電力輸電線路造成的損害

首先，存在于輸電線路上的冰塊容易被風吹動，由于輸電線路上的冰塊并不能均勻的分布，形狀也各部相同，如果風向站位正好與冰塊角度一致，輸電電路就會被風吹動。其次，冰塊引起閃絡。覆蓋在輸電線路閃的冰塊很容易引起閃絡，雖然不會破壞輸電線路，但卻會給輸電線路絕緣子帶來較大負面影響，弱化其絕緣性能。同時，閃絡發生以后，并沒有起到消除冰塊的作用，輸電線路的重量也沒有減輕。再者，導線在接地以后發生短路。由于冰塊過重，導線因承受不了重量勢必會出現弧度不斷增大的情況，達到一定彎度以后線路就會與地面相接觸，進而造成短路。最后，輸電線路結構被損壞。盡管輸電線路自身有一定張力，然而，在被冰塊覆蓋以后，線路張力會不斷增加，加之輸電線路原本缺乏平衡性，在達到一定距離以后，張力也會對達到極限，如果沒有及時調整桿塔，便會出現輸電線路崩斷的情況，更會因沖擊荷載致使電桿倒地甚至發生連鎖反應，嚴重的導致整個輸電線路倒桿。

4 電力線路防冰雪災害設計策略探究

4.1 防止輸電線路覆冰技術的應用

為防止輸電線路覆冰過重，導致大面積停電，電力企業還需要將防覆冰技術應用其中，如熱力融冰﹑短路融冰以及過電流融冰。同時，電力企業也要做好直接融化冰雪的設備，這樣不僅可以將冰雪直接去除，還可以減少除冰雪設備對輸電線路自身的威脅，利用這樣的技術也可以大大提升輸電線路安全性。

4.2 優化輸電線路設計標準

如今我國大部分輸電線路都可以很好的應對各種天氣，唯一美中不足的就是對抗暴風雪的沖擊中還存在一些缺陷，特別是南方地區的輸電線路，面對異常冰雪天氣依然會出現線路損毀的情況，因此，這就需要優化輸電線路設計標準，不斷提升輸電材料性能，增加輸電線路抗擊風雪的能力。同時，在設計輸電電力的過程中，還要做好抗擊冰雪天氣的防護工作，建立健全抵御冰雪災害天氣的標準，做好電網設計標準與改革工作，結合以往電網線路在冰雪天氣中所出現的問題，做好輸電線路覆冰總結，適當調整電力的覆冰能力，保證輸電線路能夠安全穩定的運行。

4.3 設計好輸電線路走向

一旦出現冰雪災害天氣就會出現輸電線路覆冰，而覆冰形狀的與風向有直接關系，不同的覆冰形狀也會給輸電線路帶來不同程度的損害，如果沒有風，那么冰塊分布也將更加均勻。所以，輸電線路設計時應避免在風口處或山林上，這也是減少線路受損的有效措施。特別是在冬天，越高的位置風力越大，氣溫也就越低，如果遇到雨雪天氣就會出現輸電線路覆冰，且厚度過大，所以，應做好設計工作。對于南方地區來說，盡管雨雪天氣相對較少，相應的防護措施也很少，因此，一定要加強防范，以便減少異常天氣突襲，導致線路故障。

結束語

如今人們對生活品質要求的不斷提高，隨之對電能的需求也在增多，電力線路發生故障將帶給國家及個人不可估量的損失。目前我國的輸變電技術雖已達到了世界水平，但也要充分認識到冰雪等自然災害給電力線路造成的影響，針對這種情況，就需要做好電力線路防冰雪災害的對策，結合我國實際情況制定出出可行措施。從而保障輸配電線路安全﹑穩定的運行。

[1侯慧,李元晟,楊小玲,等.冰雪災害下的電力系統安全風險評估綜述[J].武漢大學學報(工學版),2014,(3).

[2]趙東生，戴棟，鄧紅雷，李立浧，翟少磊，曹敏.交流輸電線路桿塔側的電勢能采集可行性研究[J].華南理工大學學報(自然科學版)，2015，04：119～125.