全國輸電線路覆冰情況調(diào)研及事故分析

王強

【摘 ?要】近年來，由于輸電線路上覆冰引起的線路斷線頻繁發(fā)生，對電力系統(tǒng)的安全運行以及經(jīng)濟損失造成了巨大的影響。本文主要從輸電線路發(fā)生覆冰的原因以及影響覆冰的不同因素等角度出發(fā)，提出了些許防止冰害事故的技術(shù)措施。

【關(guān)鍵詞】輸電線路;覆冰;原因;防治

嚴重的冰雪天氣往往會帶來輸電線路覆冰現(xiàn)象的發(fā)生，這種覆冰現(xiàn)象對電路傳輸有很大影響。線路覆冰就是在線路的表面形成一層較厚的冰，首先這些冰較厚時可能會造成輸電線路承受較大的承載力而出現(xiàn)斷裂等現(xiàn)象發(fā)生，同時線路的超負荷也可能會造成桿塔出現(xiàn)傾斜甚至倒坍。最后在地形特殊的地區(qū)還可能會造成輸電線路的舞動現(xiàn)象。舞動現(xiàn)象就是在山谷的風口處，由于風比平坦地區(qū)較大，而且較為持續(xù)，線路上的覆冰在風的作用下就會出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象甚至是有節(jié)奏、低頻率的舞動現(xiàn)象，這種舞動以及振蕩現(xiàn)象的慣性作用會使線路與桿塔產(chǎn)生共振，從而對桿塔產(chǎn)生更大的波動，更容易造成桿塔的倒塌傾斜，金屬器具同樣也會造成不同程度的損壞。輸電線路的覆冰現(xiàn)象對電力系統(tǒng)的影響非常大，卻又是難以避免發(fā)生，在我國就有多次嚴重的輸電線覆冰現(xiàn)象。

1 ?輸電線路覆冰事故的原因分析

輸電線路出現(xiàn)覆冰事故并不是偶然的，其中存在著諸多的原因，接下來我們就輸電線路覆冰事故的原因進行分析。

1.1、天氣與地形共同造成

造成輸電線路覆冰現(xiàn)象的罪魁禍首就是惡劣的氣候條件，其次在加上特殊的地形狀況，使覆冰現(xiàn)象更容易發(fā)生。以2008年郴州的嚴重冰雪災難為例進行分析。郴州位于南嶺山脈北麓，呈現(xiàn)南高北低的地形特點，并且是三面環(huán)山。北下的冷空氣與南上的暖濕空氣就在這里相遇。還有就是郴州地處長江與珠江的分水嶺上，在這一特殊的地理部位特別容易形成霧凇。種種原因形成這場特大冰雪災害，造成覆冰現(xiàn)象迅速形成并且持續(xù)了很長的時間，最終導致了嚴重的覆冰事故。

1.2、設(shè)計抗冰厚度不夠

在進行輸電線路設(shè)計時，會根據(jù)地理位置、天氣狀況以及歷史經(jīng)驗對抗冰厚度進行估計，然后根據(jù)抗冰厚度進行設(shè)計，制定一定的抗冰措施，保證對一定的覆冰狀況能夠輕松解決。但是在進行抗冰厚度的設(shè)計時可能出現(xiàn)偏差，或者當年的冰雪災害比較嚴重，遠遠超出了抗冰厚度的設(shè)計值，造成對很到狀況的發(fā)生都沒有預警，沒有與之相對應的解決對策，最終造成了覆冰事故的發(fā)生。

1.3、線路舞動現(xiàn)象

前文已經(jīng)說過了線路舞動現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的發(fā)生使之前的覆冰狀況產(chǎn)生更嚴重的后果，因此要避免線路舞動現(xiàn)象的發(fā)生。

1.4、覆冰產(chǎn)生的不平衡張力

輸電線路的覆冰現(xiàn)象分為均勻覆冰與不均勻覆冰，均勻覆冰雖然會給線路產(chǎn)生過大的荷載，但是不均勻荷載較之均勻荷載，會使輸電線路產(chǎn)生不平衡張力，更容易造成輸電線路的斷裂，鐵塔的傾斜或坍塌，會使線路覆冰事故產(chǎn)生更嚴重的后果。

1.5、缺乏經(jīng)驗

輸電線路覆冰現(xiàn)象的發(fā)生，在很大程度上可以由發(fā)生的應對措施很好的解決，但是我國在遇到覆冰事故時表現(xiàn)出了明顯的經(jīng)驗不足，處理不當現(xiàn)象的發(fā)生。電力系統(tǒng)的發(fā)展越來越快，使電網(wǎng)線路越來越壯大，天氣狀況卻又處于無法控制的階段，各種特殊天氣狀況的發(fā)生，種種原因給政府帶來了越來越多的困難，盡管在發(fā)出冰雪災難預警之前以及在覆冰事故發(fā)生之后政府采取了多項措施進行預防以及解決問題，但是，多次覆冰事故解決之后再進行總結(jié)分析時就會發(fā)現(xiàn)在最緊要關(guān)頭采取的措施并不能有效解決問題，采取的措施也不夠完善，應對時不夠冷靜，缺乏經(jīng)驗的表現(xiàn)比較明顯。

2覆冰的影響因素

當水汽與溫度為覆冰創(chuàng)造了形成的條件后，而且風也對導線覆冰有著非常關(guān)鍵的作用。在風作用之下，大量過于冷卻的水滴由此進入了送電線路，之后和導線發(fā)生了碰撞并且被截獲，繼而導致了水滴逐漸開始增大，最終導致覆冰的現(xiàn)象發(fā)生。據(jù)觀測的結(jié)果顯示，覆冰先成長部位為導線的迎風面，當這個迎風面接近了某一個覆冰的厚度時，在重力的作用影響之下，將讓導線發(fā)生扭轉(zhuǎn)，使得新迎風面的“誕生”。之所以覆冰逐漸開始增大主要是因為導線不斷的扭轉(zhuǎn)，而在該作用之下，導線的上面也形成了橢圓形或者圓形的覆冰。另外，對覆冰造成影響的因素不只是風速，其中風向也對導線覆冰有著影響，較輕覆冰的現(xiàn)象主要是發(fā)生在導線和風向平行的狀況，或者是風向與導線間的夾角大于150度或小于45度;然而當導線和風向垂直.或者是二者間夾角為45到150度之間時，此時覆冰的現(xiàn)象較嚴重。不僅如此，導線懸掛的高度、線路的走向及導線直徑也會對導線覆冰量造成一定的影響。一般的情況之下，我國南北走向?qū)Ь€的覆冰要比東西走向?qū)Ь€的覆冰現(xiàn)象較弱一些。所以，在覆冰較為嚴重的地區(qū)在可以確定線路的走向時，應盡量避免線路為東西走向。另外.隨著導線懸掛的高度越來越高，覆冰的現(xiàn)象就越嚴重，主要是由于導線懸掛的高度對其造成的影響，空氣里液水的含量也會隨之升高.從而導致覆冰的形成。導線的粗細也會對覆冰量造成影響，一般而言，導線越粗，覆冰的量也會隨增加。

3 輸電線路覆冰事故的防御與解決措施

在應對輸電線路覆冰事故時，我國主張采取五個步驟，即為“避、抗、融、改、防”。在應對線路覆冰事故要圍繞這五點找到相應的解決對策。

3.1、線路設(shè)計階段

在線路的設(shè)計階段，要對抗冰厚度做準確的分析與評價，對地理位置與天氣狀況結(jié)合歷史經(jīng)驗，對抗冰厚度做最壞的打算，盡量提高抗冰厚度的上限，保證以后的覆冰事故的冰雪厚度都在控制范圍之內(nèi)。當然抗冰厚度也不能無限度的大，那樣會影響線路的施工與正常使用，一定要根據(jù)實際情況設(shè)定。在出現(xiàn)特大冰雪災難時，如果僅僅采取“避、抗、融”措施并不能有效解決覆冰事故，就要求在設(shè)計階段，將電網(wǎng)的設(shè)計標準做相應的提高，特殊地區(qū)設(shè)計抗病厚度也要有所增加。

3.2、新建線路階段

在新建線路時，要嚴格按照施工設(shè)計方案進行施工，在施工過程中，要根據(jù)施工地點的冰雪情況，對施工的線路與方式進行合理的設(shè)計，盡量避免特殊地形，為以后的冰雪災難做初步的防御。

3.3、防冰措施

最有效的防冰措施就是在設(shè)計階段，避免將輸電線路設(shè)計在容易出現(xiàn)冰雪現(xiàn)象的地理位置，例如山谷口、分水嶺、水源較多的位置。其次當線路必須要通過這些特殊地理位置時就要加大設(shè)計標準了，保證抗冰厚度能都應對覆冰事故，從而保證線路在冰雪天氣能正常運行。

3.4、除冰措施

在防冰措施失去作用時，就要及時的采取有效的除冰措施。除冰方式主要分為以下幾種。首先是熱力融冰，就是用溫度較高的導體對冰雪進行加熱，要注意溫度不能過高，對輸電線路產(chǎn)生影響。其次就是機械除冰，主要是通過機械的震動，將覆冰擊碎，使之脫落。最后就是自然方法，當冰雪較厚時在其他自然力的作用下就會自動脫落，但是這種方式很緩慢，效果也不明顯。

3.5、防舞措施

線路舞動現(xiàn)象對線路覆冰事故的影響非常大，要解決舞動現(xiàn)象首先要避免在風力較大又較多的地點設(shè)置線路，其次就是通過提升線路的機械強度來抵抗舞動現(xiàn)象。最后還可以通過改變輸電線路的特性來抑制線路的舞動現(xiàn)象發(fā)生，也可以提高線路的防風阻力或者改變氣流來改善舞動現(xiàn)象的發(fā)生。

4 防治的措施

隨著我國經(jīng)濟快速的發(fā)展，我國政府越來越重視電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，但是面對這樣不可預料的自然災害對我國電網(wǎng)建設(shè)的不利影響，我國的相關(guān)人員進行了一定程度上探討研究。雖在我國的雨雪自然災害是無法預料的，但是我們依舊可以從改善輸電線路做起，做到真正意義上的防范，這些防范措施主要有以下幾點：

4.1提高工程設(shè)計標準，把好設(shè)計和施工質(zhì)量關(guān)

線路設(shè)計選線時，盡量避開重冰區(qū)，如無法避讓可采取：

①在風速和覆冰厚度上要研究，設(shè)計條件要至少按30年一遇的強冰雪天氣進行設(shè)計;

②導線、絕緣子及金具使用加強型的，鐵塔要選用呼稱高低而且受力較大的;

③減小檔距，多設(shè)耐張段，多采用耐張塔，盡量減少事故時的影響面積，防止事故擴張;

④注意導線、絕緣子、金具、桿塔、拉線的質(zhì)量，確保達到設(shè)計的應力要求;

⑤塔基的澆筑、導線弧垂要嚴格按設(shè)計施工。

4.2加強日常維護管理，搞好線路通道內(nèi)障礙物的清理（樹木、灌、喬木、配電線路等）

進入覆冰季節(jié)前，運行單位及時組織線路巡線員對所轄輸電線路進行巡視，仔細檢查電力線路可能存在的問題，如拉線的松緊，導線絕緣子的完好，線路通道內(nèi)樹木的生長高度、輸電線與配電線的交叉距離等，及時發(fā)現(xiàn)及時處理，避免發(fā)生覆冰后導線與交叉跨越限距不足的跳閘故障、倒塔、倒桿及斷線事故。

4.3采取輔助可行的防導、地線覆冰措施

①沿導、地線每隔一定間隔裝設(shè)一個特制的隔冰塑料環(huán)，以阻止冰雪沿導線絞合方向逐漸發(fā)展成連續(xù)的圓筒狀冰柱。當冰雪發(fā)展到環(huán)處被阻擋，使冰繼續(xù)增厚，直至脫落。

②沿導、地線每隔一定間隔加裝帶有力臂的防冰球。主要作用是限制導、地線發(fā)生繼續(xù)扭轉(zhuǎn)覆冰。當迎風面覆冰后，由于受到防冰球給導線一個反向扭力的作用，覆冰達到一定厚度時導、地線也不會很快發(fā)生扭轉(zhuǎn)，由于受覆冰自身重量和風力的作用，將會發(fā)生覆冰自行脫落，避免發(fā)生導、地線上形成圓形或橢圓形覆冰。

③采用具有防覆冰功能的新型的改性硅溶膠-苯丙乳液為基料，吸光性能良好的過渡金屬復合氧化物為顏料的疏水防冰涂料，有一定的防覆冰效果，是輸電線路防覆冰的一種簡便易行的防范措施。

4.4導線覆冰后采取機械除冰

魁北克電力試驗研究院（IREQ）研制開發(fā)了遙控破冰機器人。破冰機器人可將兩鐵塔之間線路上的覆冰剪碎，進行除冰，其不受線路金具影響，可以翻越線路上藍球大小的障礙，物遙控破冰機器人使用蓄電池，在線路停電狀態(tài)下進行工作（遙控破冰機器人除了清除線路覆冰，還可以檢查、清掃架空地線、線路和線路金具）。

5 結(jié)束語

由于我國幅員遼闊，冰雪災難發(fā)生的地點較多，因此發(fā)生線路覆冰事故的可能性就較多。為了避免線路覆冰事故對人們生活工作的影響，要對天氣狀況進行實時的監(jiān)控，在冰雪災難到來之前做好防范措施，同時在覆冰事故發(fā)生時，相關(guān)工作人員也要冷靜對待，分析實際情況，采取有效的措施解決事故帶來的問題，將維護電網(wǎng)的正常運行視為己任！

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（作者單位：國網(wǎng)山西省電力公司呂梁供電公司輸電二工區(qū)）