淺議電網(wǎng)冬季冰害的預(yù)防

蘇慶靈

（貴州電網(wǎng)安順供電局，貴州 安順 561000）

1 概述

冰災(zāi)的直接原因是大范圍長時間低溫、雨雪冰凍天氣，電網(wǎng)抵御惡劣天氣能力的不足也是重要原因之一。應(yīng)對覆冰事故時，在正確認(rèn)識電網(wǎng)覆冰災(zāi)害特點(diǎn)和深入分析其形成原因基礎(chǔ)上，全面跟蹤各地區(qū)冰雪、冰凍災(zāi)害對電網(wǎng)設(shè)施造成的損害情況，分析線路設(shè)計覆冰標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計歷年冰雪天氣覆冰實際數(shù)據(jù)，對冰災(zāi)特征進(jìn)行分析，根據(jù)冰雪災(zāi)情的規(guī)律超前預(yù)防與重點(diǎn)治理，把災(zāi)害造成的損失降到最低限度。

2 輸電線路覆冰事故原因分析

（1）嚴(yán)重覆冰引起過荷載

在突發(fā)災(zāi)害性天氣情況下，由于冰厚設(shè)計值與線路實際覆冰厚度相差較大，機(jī)械荷載超過了鐵塔、導(dǎo)地線的結(jié)構(gòu)、材料的屈服強(qiáng)度，導(dǎo)致鐵塔倒塌、變形、導(dǎo)地線斷線；塔間跨度不同，加大了鐵塔兩側(cè)水平不平衡張力，造成鐵塔扭曲、折倒；導(dǎo)地線融冰時間不一致，導(dǎo)致架空地線弧垂下降后與導(dǎo)線之間發(fā)生放電，造成線路跳閘和架空地線斷線。據(jù)統(tǒng)計，南方電網(wǎng)公司在08年雪災(zāi)中因覆冰造成的系統(tǒng)桿塔損毀12萬基，受損線路7000多條，變電站停運(yùn)859座。在發(fā)生倒塌的桿塔中，有90%以上的桿塔覆冰設(shè)計值在15mm及以下，而據(jù)現(xiàn)場實測許多線路的覆冰厚度折算到標(biāo)準(zhǔn)厚度己超過30mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了線路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

在冰凍災(zāi)害事故中倒塔主要是由覆冰時兩側(cè)不平衡張力造成，因此常常出現(xiàn)多基塔連環(huán)順線倒塌的情況。在一些地形起伏較大的地區(qū)，線路上相鄰桿塔高差較大，未覆冰時就形成了較大的兩側(cè)不平衡張力。當(dāng)導(dǎo)、地線上覆有大量密度較大的雨凇覆冰時，桿塔兩側(cè)的不平衡張力加劇或不同期脫冰，當(dāng)桿塔不能承受此荷載時，桿塔的薄弱部件開始損壞變形，最終導(dǎo)致導(dǎo)地線掉落或桿塔倒塌。

（2）絕緣子串覆冰閃絡(luò)

絕緣子覆冰或被冰凌橋接后，絕緣子串覆冰過厚形成冰橋使冰閃電壓降低。絕緣強(qiáng)度下降，泄漏距離縮短；融冰過程中冰體表面的水膜會溶解污穢物中的電解質(zhì)，提高融冰水或冰面水膜的導(dǎo)電率，引起絕緣子串電壓分布的畸變，從而降低覆冰絕緣子串的閃絡(luò)電壓，形成閃絡(luò)事故。

明絕緣子串型對冰閃有一定的影響。統(tǒng)計表明，冰閃基本上發(fā)生在懸垂串，很少發(fā)現(xiàn)耐張和V型串絕緣子發(fā)生冰閃。其原因是：

①耐張串和V型串上冰凌不容易橋接傘間間隙；

②該串型本身自清洗效果好，串上積污量少；

③融冰時該串型上難以形成對冰閃發(fā)生至關(guān)重要的貫通性水膜。另外，冰閃還具有明顯的階段性，一般都發(fā)生在熔冰期。

（3）覆冰導(dǎo)線舞動

在一定條件下，覆冰導(dǎo)線受穩(wěn)態(tài)橫向風(fēng)作用，可引起大幅低頻振動，即舞動。不均勻覆冰使導(dǎo)線舞動、導(dǎo)線斷股及桿塔傾斜或倒塌等現(xiàn)象。冰災(zāi)發(fā)生的導(dǎo)線舞動大多是由于不均勻覆冰在風(fēng)的激勵下，導(dǎo)線產(chǎn)生低頻率（0.1～3Hz）、大振幅自激振動。長時間的舞動導(dǎo)致導(dǎo)線、絕緣子、金具和鐵塔受到異常不平衡沖擊而疲勞損傷，以及造成導(dǎo)線相間和相對地閃絡(luò)，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

3 輸電線路覆冰的防治

（1）加強(qiáng)冰區(qū)劃分與冰情監(jiān)測

我國目前尚缺乏對輸電線路覆冰概率分布進(jìn)行必要的統(tǒng)計和分析。冰區(qū)劃分直接關(guān)系到線路設(shè)計參數(shù)的合理取值。應(yīng)在冰害多發(fā)生地區(qū)建立冰情監(jiān)測站，冰災(zāi)桿塔設(shè)置覆冰監(jiān)測點(diǎn)，對不同天氣、電壓等級、線徑以及不同型絕緣子下的覆冰狀況進(jìn)行長期監(jiān)測，結(jié)合氣象資料和數(shù)據(jù)，為劃分冰區(qū)提供第一手資料。

（2）加強(qiáng)骨干網(wǎng)架的路徑選擇和設(shè)計

為保證在極端覆冰氣候下同一輸電通道中骨干網(wǎng)架仍能正常運(yùn)行，當(dāng)線路通過重覆冰區(qū)成為不可避免時，應(yīng)力求"避重就輕"。即進(jìn)行路徑選擇時，應(yīng)盡量做到避開最嚴(yán)重的覆冰地段，線路宜沿起伏不大的地形走線，盡量避免橫跨埡口、風(fēng)道和通過湖泊、水庫等容易覆冰的地帶；翻越山嶺時應(yīng)避免大檔距、大高差，沿山嶺通過時，宜沿覆冰季節(jié)背風(fēng)或向陽面走線，應(yīng)避免使轉(zhuǎn)角點(diǎn)架設(shè)在開闊的山脊上，且轉(zhuǎn)角角度不宜過大，如遇臺地寬窄不一、不連續(xù)時，則注意選取云霧不連續(xù)地段，達(dá)到減少覆冰概率和減輕覆冰程度的目的。

（3）合理采用防冰、除冰措施

①熱力除冰法。加大負(fù)荷電流或用短路電流來使導(dǎo)線溫度升高，使覆冰融化，或是使冰雪在導(dǎo)線上無法積覆。不帶負(fù)荷短路加熱導(dǎo)線融冰方法最為完善，在我國應(yīng)用較為廣泛。

②人工機(jī)械方法除冰。我國最常用的是人工除冰方法，用木棍、竹竿等最原始的工具對最嚴(yán)重的覆冰線路進(jìn)行敲擊，除去線路上的覆冰。另一種方法是利用起重機(jī)、絕緣作業(yè)工具車或帶電直接作業(yè)方式除冰。由人力在地面操作拉動滑輪在線路上滑動來鏟除線路覆冰的方法，在我國并不經(jīng)常采用。

（4）絕緣子串冰閃防治。

防冰閃應(yīng)防止大量傘裙被覆冰所橋接，根據(jù)冰災(zāi)情況統(tǒng)計表明，冰閃頻發(fā)線段宜采用V型串、倒V串等合適的絕緣子串型布置；覆冰不太嚴(yán)重的區(qū)段也可采用大小盤徑相間的插花串布置；雙聯(lián)串應(yīng)增大串間距。重覆冰區(qū)線路不宜采用玻璃絕緣子串，以減少或防止因玻璃絕緣子覆冰后長時間的局部電弧使其燒傷或引起炸裂等情況。

（5）輸電線路舞動防治。

在防線路覆冰的同時，在多次發(fā)生舞動的區(qū)段，合理安裝防舞裝置，包括使用防舞器、偏心重錘、失諧擺、相間隔棒等來達(dá)到防舞目的。

4 今后研究重點(diǎn)

針對冰災(zāi)的特點(diǎn)，下一步應(yīng)深入開展以下研究工作：

（1）線路覆冰的監(jiān)測與預(yù)警。

實時監(jiān)測冰情發(fā)展并及時預(yù)警是及時啟動應(yīng)急機(jī)制和適時采取融冰除冰決策的基礎(chǔ)。全面、準(zhǔn)確、靈敏的覆冰監(jiān)測系統(tǒng)能夠有效指導(dǎo)線路除冰工作，并為覆冰的研究工作提供第一手資料。考慮到近年來冰害等環(huán)境氣候引起的電網(wǎng)事故頻發(fā)，覆蓋面廣、危害巨大，嚴(yán)重影響超高壓、跨區(qū)電網(wǎng)的安全運(yùn)行，對即將建成的特高壓骨干網(wǎng)架也是潛在威脅，因此應(yīng)結(jié)合衛(wèi)星遙感遙測等技術(shù)，重點(diǎn)研究高精度、多功能的廣域電網(wǎng)覆冰監(jiān)測預(yù)警技術(shù)，建立衛(wèi)星遙感遙測與地面監(jiān)測站相結(jié)合的覆冰監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，既實時掌握大范圍惡劣氣候下冰情發(fā)展和電網(wǎng)的設(shè)備受損情況，又了解重點(diǎn)線路的覆冰厚度、覆冰密度、導(dǎo)線表面溫度和張力、桿塔變形等信息，并結(jié)合冰情發(fā)展分級預(yù)警，為各種氣候條件下電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

（2）覆冰閃絡(luò)特性研究。

應(yīng)通過理論分析、仿真計算、真型試驗等手段，特別是利用大型覆冰試驗室開展絕緣設(shè)備的覆冰閃絡(luò)特性試驗，深入研究不同污穢條件、冰電導(dǎo)率、串型、串長、插花布置等多種情況下的絕緣子串結(jié)冰、融冰及套管、支柱類設(shè)備不均勻覆冰閃絡(luò)特性，以指導(dǎo)線路與變電站絕緣設(shè)備進(jìn)行防冰設(shè)計。

（3）除冰技術(shù)研究。在深入研究融冰技術(shù)的同時，線路除冰新技術(shù)與變電站帶電除冰技術(shù)也應(yīng)作為今后研究工作的重點(diǎn)。應(yīng)研制安全性好、自動化程度高、便攜式的機(jī)械除冰工具，對不便進(jìn)行融冰的線路進(jìn)行機(jī)械除冰。針對變電站各種設(shè)備的覆冰特點(diǎn)，研究變電設(shè)備帶電除冰的方法及除冰裝置。

結(jié)語

依據(jù)我國多年防冰雪工作積累的經(jīng)驗，應(yīng)采取因地制宜的防冰技術(shù)原則，從規(guī)劃、設(shè)計、運(yùn)行、防冰、除冰等各個環(huán)節(jié)采取相應(yīng)對策，構(gòu)筑電網(wǎng)抵御冰害的多道防線，并建立科學(xué)的電網(wǎng)覆冰災(zāi)害應(yīng)急處理預(yù)案機(jī)制。

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