論輸電線路覆冰防護(hù)

羅思敏　邱　創(chuàng)

摘要：輸電線路覆冰可導(dǎo)致桿塔傾斜或倒塌、斷線、閃絡(luò)等危害，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。要減小線路覆冰對(duì)輸電線路的危害，首先應(yīng)提高電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)質(zhì)量。采用具有高強(qiáng)度、防冰雪等特點(diǎn)的新型導(dǎo)線和憎水性涂料可有效減少線路覆冰。易覆冰地區(qū)線路絕緣子串的合理安裝可消除覆冰線路冰閃狀況。大力發(fā)展除冰技術(shù)是防治覆冰的重要措施。

關(guān)鍵詞：輸電線路；覆冰；防護(hù)措施

中圖分類號(hào)：TP212

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-3198(2009)08-0292-02

1引言

2008年初的冰凍天氣造成的線路覆冰給南方電網(wǎng)帶來的災(zāi)難性后果至今仍讓人揪心。以貴州電網(wǎng)為例，持續(xù)的低溫、雨雪、冰凍天氣影響，造成貴州電網(wǎng)500千伏網(wǎng)架基本癱瘓。最嚴(yán)重時(shí)，貴州電網(wǎng)分成五片分列運(yùn)行，220千伏以下低壓配電線路遭到嚴(yán)重?fù)p壞，累計(jì)停運(yùn)500千伏線路13條、變電站5座，220千伏線路62條、變電站27座，110千伏線路268條、變電站165座。致使全省50個(gè)縣市先后受到停電影響，貴陽(yáng)市一度面臨全部停止供電的威脅。停電還影響了湘黔電氣化鐵路等相關(guān)路段13座牽引變電站的正常運(yùn)行，貴州停止向廣東送電。這些災(zāi)難性的后果，無一不突顯出線路覆冰防護(hù)的重要性，以下是防止線路覆冰的幾種措施。

2合理規(guī)劃設(shè)計(jì)輸電網(wǎng)

冷的雨滴降落到了溫度低于冰點(diǎn)(0℃)的物體上就形成雨凇。如果是凝結(jié)在電線上，就使電線覆冰，這就是電線覆冰。如果一個(gè)范圍內(nèi)的所有電線都被冰包住，這就是線路覆冰。我國(guó)西北、東北地區(qū)線路和桿塔上也有覆冰，但由于氣候干燥，導(dǎo)致這些覆冰密度較小，被成為霧凇，對(duì)桿塔和線路不會(huì)造成太大影響。而在湖北、湖南、貴州等地恰恰具備形成雨凇的條件，由于氣溫低、濕度大，凍雨滴落到線路上后立即凝結(jié)，形成雨凇，導(dǎo)致線路覆冰。

在電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)階段要進(jìn)行廣泛的調(diào)查研究，搞清楚電網(wǎng)經(jīng)過區(qū)域歷史上出現(xiàn)過的覆冰災(zāi)害狀況。對(duì)于南方地區(qū)，應(yīng)盡量避開高山風(fēng)口、林區(qū)等嚴(yán)重覆冰地段，無法避開覆冰區(qū)的線路采取增加桿塔強(qiáng)度、縮小當(dāng)距、增大塔窗尺寸、使用防冰特殊導(dǎo)線、加防冰涂料等預(yù)防性措施。除此之，外還應(yīng)確定正確的抗御覆冰災(zāi)害的標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)家電網(wǎng)公司2008年3月1日宣布，將調(diào)整電網(wǎng)設(shè)計(jì)、建設(shè)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以提高電網(wǎng)大范圍抗冰能力。根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司公布的相關(guān)調(diào)整方案：35～330千伏電網(wǎng)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)由15年一遇提高到30年一遇，500千伏電網(wǎng)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)由30年一遇提高到50年一遇，750千伏電網(wǎng)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，正在建設(shè)特高壓工程設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇。

3采用新型導(dǎo)線和憎水性涂料

如JRLX／T復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線(美國(guó)名ACCC導(dǎo)線)，其結(jié)構(gòu)為芯線由碳纖維為中心層和玻璃包覆制成的單根芯棒，以此替代常規(guī)鋼芯鋁絞線鋼芯，外層與鄰?fù)鈱愉X線股為梯形截面。這項(xiàng)用碳纖維材料開發(fā)的新型導(dǎo)線具有耐高溫、大容量、低弧垂、低能耗、重量輕、壽命長(zhǎng)等顯著特點(diǎn)，它具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)并由此將冰災(zāi)的危害降到最低。

(1)耐熱性好，載流量是常規(guī)鋼芯鋁絞線兩倍。ACCC導(dǎo)線在200℃高溫下能有效運(yùn)行，而常規(guī)鋼芯鋁絞線的使用溫度為100℃。因此，特別是在大雪災(zāi)發(fā)生時(shí)，通過提高輸電線的載流量，將導(dǎo)線的工作溫度提高至200℃，及時(shí)融化輸電線上覆蓋的冰雪，能最大限度保護(hù)輸電線免受冰雪的影響。

(2)強(qiáng)度大。普通鋼絲的抗拉強(qiáng)度為1240Mpa－1410Mpa,而ACCC導(dǎo)線的碳纖維混合固化芯棒，是前者的兩倍。因此，當(dāng)輸電線上覆冰后，能承受普通導(dǎo)線兩倍的重量，大大增加了導(dǎo)線的載重量。

(3)低弧垂，降低z倍以上垂度。ACCC導(dǎo)線與普通導(dǎo)線相比具有顯著的低弛度特性，在高溫條件下弧垂不到鋼芯鋁絞線的1／2，能有效減少架空線的絕緣空間走廊，提高了導(dǎo)線運(yùn)行的安全性和可靠性。

(4)重量輕10％－20％。碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的比重約為鋼的1／4，在相同的外徑下，ACCC的鋁截面積為普通導(dǎo)線的1.29倍。ACCC導(dǎo)線單位長(zhǎng)度重量比常規(guī)ACSR導(dǎo)線輕10％－20％，顯示了ACCC導(dǎo)線重量輕的優(yōu)點(diǎn)。自身重量的減輕，更增加其在冰雪中的承載能力。

利用憎水性涂料可以達(dá)到防覆冰的目的，雖不能保證可靠除冰，也不能保證完全阻止冰的形成，但無需借助外界能量，有利于限制冰災(zāi)的發(fā)生。水易與氫粘合，這是冰構(gòu)造的基礎(chǔ)，故水和冰能夠吸入具有氫結(jié)構(gòu)成分(即氧原子)的襯底，冰附著力低的表面應(yīng)是無氧原子的，或更具惰性的原子或原子團(tuán)將氧原子隔開。以碳?xì)浠衔锖吞挤衔餅槔?，他們都具有低吸水性和低冰附著能力，把這些憎水性化合物涂于輸電導(dǎo)線、桿塔、絕緣子等上面，降低冰與襯墊表面的附著力，雖不能完全防止冰的形成，但可使凍雨和雪等凍結(jié)或粘結(jié)到導(dǎo)線或絕緣子上之前就可以在自然力，如風(fēng)或?qū)Ь€及絕緣子的擺動(dòng)等力的作用下自然滑落，或者使冰或雪在導(dǎo)線和絕緣子上的附著力明顯降低，達(dá)到防止覆冰、減小線路因覆冰出現(xiàn)事故的目的。與此同時(shí)，在特定條件下，這種方法還能有效阻止絕緣子之間的污穢閃絡(luò)，使用憎水性涂料可謂一舉兩得。

4合理安裝絕緣子消除冰閃

(1)懸式絕緣子增加大盤徑傘裙。

大盤徑傘裙可有效阻隔融冰水形成的水簾閃絡(luò)通道，較好的起到防止絕緣子串冰閃的功效。具體來講，增加大盤徑傘裙有以下幾種方法：大盤徑絕緣子隔斷，即在懸式瓷絕緣子上中下部位備更換一片大盤徑絕緣子以隔斷冰凌橋接通道；特制合成絕緣子，即定做上中下部位各有一片大傘裙的合成絕緣子；合成絕緣子加大盤徑絕緣子，即在原來運(yùn)行的合成絕緣予上方加一片大傘裙瓷絕緣子；粘貼大傘裙或絕緣板，即將合成絕緣子與特制大傘裙或絕緣板通過粘合等方法固定為一體。

(2)懸垂絕緣子串斜掛。

絕緣子串水平懸掛、V型懸掛或倒V型懸掛均可提高覆冰絕緣子串冰閃電壓，而對(duì)直線桿塔來說，懸垂絕緣子串改水平或V型懸掛比較困難，而改為倒V型懸掛工作量也比較大，而“架空送電運(yùn)行規(guī)程”規(guī)定直線桿塔的絕緣子串順線路方向的偏角不得大于7.5°，這是從直線桿塔兩側(cè)的導(dǎo)線檔距內(nèi)的受力平衡來考慮的。如果考慮了兩側(cè)的平衡，有意識(shí)的將順線路方向的絕緣子串偏斜角加大，也可以改善覆冰絕緣子的冰閃電壓。

5大力發(fā)展除冰技術(shù)

目前，國(guó)內(nèi)外除冰法有30多種，大致可分為熱力除冰法、機(jī)械除冰法和自然脫冰發(fā)三類。

(1)熱力融冰法。

熱力融冰法中以短路電流法和帶負(fù)荷融冰法較為常見。短路電流法是通過加低電壓提供較大的短路電流。從而加熱導(dǎo)線，使覆冰融化。負(fù)荷融冰法是通過改變潮流的分配，加大目標(biāo)線路上的負(fù)荷電流，使導(dǎo)線表面溫度達(dá)冰點(diǎn)以上，從而落在導(dǎo)體表面的雨雪便不會(huì)結(jié)冰。這兩種方法均運(yùn)用了焦耳效應(yīng)，且被運(yùn)用于實(shí)際，具有較好的效果，另外兩種方法——電阻絲伴隨加熱和鐵磁線則應(yīng)用較少。

(2)機(jī)械除冰法。

機(jī)械除冰法即利用各種機(jī)械動(dòng)力使冰產(chǎn)生應(yīng)力破壞從導(dǎo)線上脫落?；嗇殙虹P刮法是利用滑輪在線路上的輾壓作用破壞冰應(yīng)力結(jié)構(gòu)，它是目前唯一可行的輸電線路除冰的機(jī)械方法?；嗙P刮法的優(yōu)點(diǎn)是不需特別的設(shè)備和專家、能耗小、操作簡(jiǎn)便、實(shí)用性強(qiáng)及價(jià)格低廉，缺點(diǎn)是費(fèi)時(shí)、安全性不完善及受地形限制。具統(tǒng)計(jì)，要對(duì)1公里線路進(jìn)行滾壓除冰需1至2個(gè)小時(shí)。另外還有一些方法如ad hoe法、強(qiáng)力振動(dòng)法等很少使用。

(3)自然脫冰法。

自然脫冰法是不需要外界供給能量而靠自然力除冰防冰的方法。如可在導(dǎo)線上安裝阻雪環(huán)、平衡錘使導(dǎo)線上的覆冰達(dá)到一定厚度后，依靠風(fēng)力、地球引力、輻射及溫度突變等作用自行脫落。經(jīng)實(shí)踐表明，規(guī)則間隔環(huán)與防冰重球有較好的除冰效果。

(4)其他方法。

除上述方法外，電子凍結(jié)、電暈放電和碰撞前顆粒凍結(jié)、加熱、用高頻波激勵(lì)在60kHz到100kHz范圍內(nèi)融冰等方法正處于國(guó)內(nèi)外研究之中。其中高頻激勵(lì)法是發(fā)展叫快的一種。

針對(duì)不同地區(qū)和實(shí)際情況，我們應(yīng)選取適當(dāng)?shù)某胧﹣沓ゾ€路覆冰，與此同時(shí)，更應(yīng)大力發(fā)展除冰新技術(shù)，保障電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。