10KV高壓架空線路除冰方法探析

張金利

摘 要：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。導致架空線路覆冰造成架空電力設備損壞。如何利用先進的科學技術快速、安全、高效地清除架空線路上的覆冰，是保證架空線路安全可靠運行的關鍵之一。文章主要對當前架空電力線路覆冰的危害和覆冰產生的原因進行分析，在此基礎上提出了預防和應對措施。

關鍵詞：架空電力；線路覆冰；電力系統

1、架空線路覆冰的危害

（1）線路覆冰導致大面積停電的危害

線路覆冰對整個電網造成嚴重影響，直接反映出來的就是大范圍的停電。線路覆冰使架空線路包裹上了一層厚厚的導體，不斷積累的覆冰導致架空線路嚴重變形。外置的架空線路通常輸電功率非常大，覆冰一方面降低了線路的絕緣性，一方面使的線路自身原有的性能受到影響，線路跳閘現象難以避免。在風力的作用下，很多時候兩條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。在線路跳閘的情況下，架空線路不能完成電能輸送。2008年1月下旬，中國中部就出現了嚴重的線路覆冰，其中在貴州，因為線路覆冰，導致全省電網500千伏架空線路基本癱瘓，41個市縣受到停電影響。

（2）線路覆冰造成過負載的危害

過負載危害，是指導線覆冰超過設計抗冰厚度（覆冰后導線質量增加、風壓面積增加）而導致的事故。主要分為機械事故和電氣事故，其中機械事故是指對金具損壞、導線斷股、桿塔損折、絕緣子串翻轉、撞裂等事故；電氣事故，是指覆冰使線路弧垂增大導線與其他導體，不能保證足夠的安全距離，從而造成閃絡和燒傷、燒斷導線等事故。

（3）線路覆冰對桿塔的危害

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。線路覆冰嚴重時可以直接造成桿塔倒塌。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。比如各個山頂桿塔之間的大跨越，山頂到山谷桿塔之間的高落差。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。

當相鄰檔三條導線上的覆冰有一條脫落，或者導線的覆冰質量不一致會產生三條導線張力差，導致導線縮頸或斷裂、絕緣子損傷或破裂、桿塔橫擔扭轉或變形、導線和絕緣子閃絡及導線電氣間隙減少而發生閃絡等。

2、影響架空線路覆冰的因素

（1）氣象因素

架空線路覆冰主要發生在11月至次年3月間，尤其在入冬和倒春寒時覆冰發生的頻率最高。當溫度低于0℃時，大氣中的小水滴將發生過冷卻，氣流中過冷卻水滴與處于過冷卻水滴包圍的架空線路導線發生碰撞，并凍結在導線表面而形成覆冰。這種現象也就是我們常見到的凍雨天氣，尤其是南方地區更容易發生，因為南方氣候比較潮濕，氣溫下降到0度以下時，空氣中的小水滴凝結成冰水混合物，在接觸到導線時會迅速結冰附著在架空線路上。

（2）線路走向及懸掛高度因素

東西走向的導線覆冰普遍較南北走向的導線覆冰嚴重。因為冬季覆冰天氣大多為北風或西北風，因此，在嚴重覆冰地段選擇線路走廊時，應盡量避免導線呈東西走向。

（3）導線表面電場因素

試驗研究表明，電場強度較小時導線覆冰量、冰厚及密度隨電場強度增加而增加，可當電場足夠高時，帶電導線的覆冰比不帶電導線覆冰少很多，覆冰量與電壓極性有明顯關系；此外，在強電場作用下，導線覆冰的密度也較無電場時小。

3、架空線路除冰方法

針對架空線路覆冰現象，當前最重要的方法還是除冰，國內外有很多除冰方法。目前，國內外對除冰技術的開發相當重視，提出了30余種除冰技術。根據工作原理，這些除冰技術可歸納為以下三類：熱力除冰法、機械除冰法和自然被動除冰法

（1）熱力除冰法

現代熱力融冰的主要方法有三相短路融冰、帶負荷融冰等幾種方式。從焦耳定律可以看出，架空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，架空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。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架空線路除冰。雖然熱力除冰方法效果較明顯，但能量損耗大，投資成本高，不適用于遠距離防護和除冰。

（2）機械除冰法

機械除冰法分為：滑輪鏟刮法和強力振動法。

滑輪鏟刮法，是一種由地面操作人員拉動一個可在線路上行走的滑輪達到鏟除導線覆冰的方法，此種方法是目前唯一得到實際應用的架空線路除冰的機械方法，但其被動性強，無防冰效果，工作強度大，效率低，易受地形限制。

強力振動法，是采用電磁力或電脈沖使導線產生強烈而又在控制范圍內的振動來除冰，對雨淞效果有限，除冰效果不佳。由于機械除冰法在架空線路上使用時具有操作困難、安全性能不完善等缺點，在我國輸電線路應用較少。

機械除冰就是通過一定的機械設備使得導線脫冰。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，同時架空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架空線路上，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。

（3）自然被動除冰法

自然被動除冰法是利用風或其它自然力的作用，再輔以恰當的人工設備，例如在導線上安裝阻雪環、平衡錘等裝置，使冰雪不易在導線上聚結而自行脫落，從而起到防、除冰作用。此類方法簡便易行，成本低，但通常只在特定時間和地域（如多風季節的山脊、風口）有效，不能全面徹底地防止輸電線路覆冰災害。而正在研究中的輸電線路防覆冰涂料，也是一種被動除冰方法。被動除冰法雖不能保證可靠除冰，但無需附加能量；雖不能阻止冰的形成，但有助于限制冰災。

4、結語

從前面的分析中可以看出，線路覆冰對電力供應有著很大的影響，架空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。