輸電線路的覆冰與主要危害

【摘 要】輸電線路覆冰嚴(yán)重威脅了電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全，在總結(jié)輸電線路典型覆冰事故的基礎(chǔ)上，對(duì)輸電線路覆冰事故原因及危害進(jìn)行了總結(jié)分析。

【關(guān)鍵詞】輸電線路;覆冰;危害

輸電線路覆冰的微氣象條件是指某一個(gè)大區(qū)域內(nèi)的局部地段，由于地形、位置、坡向、溫度和濕度等出現(xiàn)特殊變化，造成局部區(qū)域形成有別于大區(qū)域的更為嚴(yán)重的覆冰條件。這種微氣象條件覆冰具有范圍小、隱蔽性強(qiáng)等特點(diǎn)，使得輸電線路設(shè)計(jì)、運(yùn)行維護(hù)人員難以采取防冰抗冰措施。

一、線路覆冰的分類和成因

1.氣象條件 影響導(dǎo)線覆冰的氣象因素主要有4種：空氣溫度、風(fēng)速風(fēng)向、空氣中或云中過冷卻水滴的直徑、空氣中液態(tài)水的含量。隨著空氣溫度的升高，霧粒直徑變大，相應(yīng)液態(tài)水的含量增加。當(dāng)氣溫在—5—0℃之間，空氣或云中過冷卻水滴的直徑在10—40μm之間，風(fēng)速較大時(shí)形成雨淞；當(dāng)氣溫在—16——10℃之間，過冷卻水滴的直徑在1—20μm之間，風(fēng)速較小時(shí)形成霧淞；混合成的形成介于雨淞和霧淞之間，此時(shí)的溫度在—9——3℃之間，過冷卻水滴的直徑在5—35μm之間：嚴(yán)格地說，雨淞—混合淞之間及混合淞-霧淞之間沒有嚴(yán)格界限、如氣溫太低，則過冷卻水滴都變成雪花，導(dǎo)線也行不成覆冰了。

2.季節(jié)的影響 導(dǎo)線覆冰主要發(fā)生在前1年的11月到次年的3月之間，尤其是入冬和倒春寒時(shí)覆冰發(fā)生的概率較高。

3.地形及地理?xiàng)l件的影響 東西走向山脈的迎風(fēng)坡比背風(fēng)坡嚴(yán)重，山體部位的分水嶺、風(fēng)口處線路覆冰比其他地形嚴(yán)重，線路緊靠江湖水體比線路附近無水源時(shí)覆冰嚴(yán)重?？傊茱L(fēng)條件較好的突出地形和空氣水分較充足的地區(qū)，覆冰程度比較嚴(yán)重。

4.海拔高度的影響 就同一地區(qū)來講，一般海拔高度越高，越易覆冰，覆冰也越厚巳多為霧淞，海拔高度較低處多為雨淞和混合淞。

5.線路走向的影響 導(dǎo)線的覆冰程度與線路的走向有關(guān)，東西走向的導(dǎo)線覆冰普遍比南北走向的導(dǎo)線覆冰嚴(yán)重。冬季覆冰天氣大多為北風(fēng)和西北風(fēng)．線路南北走向時(shí)，風(fēng)向與導(dǎo)線的軸向基本平行， 單位時(shí)間內(nèi)與單位面積內(nèi)輸送到導(dǎo)線上的水滴及霧粒較東西走向的導(dǎo)線少得多；線路東西走向時(shí)，風(fēng)與導(dǎo)線約成90°的夾角，使得導(dǎo)線覆冰最為嚴(yán)重。在嚴(yán)重覆冰地段選擇線路走廊時(shí)，如條件許可，應(yīng)盡量避免線路成東西走向。

6.導(dǎo)線懸掛點(diǎn)的影響 導(dǎo)線懸掛點(diǎn)越高覆冰越嚴(yán)重，因?yàn)榭諝庵械囊簯B(tài)水含量隨高度的增加而增高，風(fēng)速越大，液態(tài)水含量越高，單位時(shí)間內(nèi)向?qū)Ь€吹送的水滴越多，覆冰越嚴(yán)重。

7.導(dǎo)線本身的影響 導(dǎo)線覆冰往往總是在迎風(fēng)面上先出現(xiàn)扇形或新月牙形積冰，產(chǎn)生偏心荷重，對(duì)導(dǎo)線施加扭矩，迫使導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)，對(duì)未覆冰或覆冰較少的表面對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向，繼續(xù)覆冰。導(dǎo)線的剛度越小，扭轉(zhuǎn)越大，覆冰速度越快。

8.電場(chǎng)和負(fù)荷電流的影響 導(dǎo)線的電場(chǎng)會(huì)使其周圍的水滴粒子產(chǎn)生電離，并對(duì)其有吸引力，因此電場(chǎng)的吸引力會(huì)使更多的水滴移向?qū)w表面，增加導(dǎo)線的覆冰量。

9.負(fù)荷電流影響導(dǎo)線表面溫度 當(dāng)電流較小時(shí)，導(dǎo)線產(chǎn)生的焦耳熱不能使導(dǎo)線表面溫度維持0℃以上，還會(huì)由于電場(chǎng)的影響，增加導(dǎo)線的覆冰量；當(dāng)電流足夠大時(shí)，導(dǎo)線產(chǎn)生的焦耳熱使導(dǎo)線表面溫度維持0℃以上，這時(shí)過冷卻水滴碰撞導(dǎo)線就不會(huì)產(chǎn)生覆冰，從而達(dá)到自然消冰的結(jié)果。維持導(dǎo)線表面溫度為0℃以上的電流稱為臨界負(fù)荷電流，臨界負(fù)荷電流的大小由氣溫、風(fēng)速及導(dǎo)線表面的熱輻射特性等因素決定。

二、線路覆冰的危害

覆冰對(duì)線路的危害有過負(fù)荷、覆冰舞動(dòng)、脫冰跳躍、絕緣子冰閃等，后果會(huì)造成倒桿塔、導(dǎo)地線斷股或斷線、金具和絕緣子損壞、絕緣子閃絡(luò)等事故。

1．線路過負(fù)荷

(1)垂直負(fù)荷:當(dāng)導(dǎo)線、桿塔覆冰時(shí)，冰的質(zhì)量增加所有支持結(jié)構(gòu)和金具的垂直負(fù)載，導(dǎo)致導(dǎo)線弧垂增大，使導(dǎo)線間、導(dǎo)地線間的距離減小，當(dāng)風(fēng)吹動(dòng)時(shí)會(huì)由于絕緣距離不夠引起短路事故。另外由于覆冰會(huì)增大導(dǎo)地線的張力，從而增大桿塔及其基礎(chǔ)的受力，增大轉(zhuǎn)角桿塔的彎矩，造成桿塔破壞、扭轉(zhuǎn)、彎曲、基礎(chǔ)下沉、傾斜等，甚至拉線點(diǎn)以下發(fā)生折斷等事故；(2)水平荷載:覆冰會(huì)使導(dǎo)線受風(fēng)面增大，桿塔所受的水平荷載增加，線路會(huì)因此遭受嚴(yán)重的絕緣子串橫向偏移而發(fā)生倒桿塔事故；(3)縱向荷載:導(dǎo)線覆冰會(huì)引起縱向靜張力不平衡，增大縱向荷載。當(dāng)覆冰不均勻、自行脫落或被擊落時(shí)，導(dǎo)線懸掛點(diǎn)處會(huì)出現(xiàn)很大的縱向沖擊荷載，可能會(huì)造成導(dǎo)地線從壓接管內(nèi)抽出，或者外層鋁股拉斷、鋼芯抽出，或整根線拉斷。如果導(dǎo)線拉斷脫落，最終的不平衡沖擊荷載或兩臨檔間的殘余荷載就會(huì)大大增大，容易發(fā)生順線倒桿塔事故。

2．導(dǎo)線的舞動(dòng)、脫冰跳躍

輸電線路不僅承受自重履冰等靜荷載，而且還要承受風(fēng)力等產(chǎn)生的動(dòng)荷載。在一定的條件下，覆冰導(dǎo)線受穩(wěn)定橫向風(fēng)力的作用，可能會(huì)引起大幅度低頻振動(dòng)(舞動(dòng))，導(dǎo)線脫冰時(shí)也會(huì)使導(dǎo)線發(fā)生舞動(dòng)、跳動(dòng)。當(dāng)導(dǎo)線均勻覆冰時(shí)，雖然截面增大，但其形狀如保持為均勻的圓形，在一定風(fēng)力所引起的導(dǎo)線振動(dòng)，其頻率會(huì)低于裸線時(shí)的頻率，振幅將比裸線小，且頻率低到防振裝置的有效運(yùn)行范圍內(nèi)。當(dāng)導(dǎo)線覆冰不均勻時(shí)，由于其斷面不對(duì)稱，在相應(yīng)風(fēng)力的作用下，導(dǎo)地線會(huì)發(fā)生低頻、大振幅的舞動(dòng)。從而導(dǎo)致金具損壞、導(dǎo)地線斷股、相間短路、桿塔傾斜或倒塌等惡性事故。此類舞動(dòng)的形成取決于4個(gè)因素：覆冰、風(fēng)激勵(lì)、線路結(jié)構(gòu)與參數(shù)、導(dǎo)線不均勻脫冰。

(1)覆冰:線路覆冰是舞動(dòng)的必要條件之一；(2)風(fēng)的激勵(lì):舞動(dòng)離不開風(fēng)的激勵(lì)。冬季和初春的季節(jié)里，冷暖氣流的交匯容易引起較強(qiáng)的風(fēng)，在地勢(shì)平坦開闊或山谷風(fēng)口等地區(qū)的線路，能使均勻的風(fēng)持續(xù)地吹向?qū)Ь€，當(dāng)導(dǎo)線覆冰、風(fēng)速在4—20m/s之間、風(fēng)向與線路走向的夾角不小于45°時(shí)，導(dǎo)線容易發(fā)生舞動(dòng)；(3)線路結(jié)構(gòu)與參數(shù)條件:線路結(jié)構(gòu)和參數(shù)條件也是形成舞動(dòng)的重要因素。在相同的環(huán)境、氣象條件下，分裂導(dǎo)線比單導(dǎo)線更容易發(fā)生舞動(dòng)，大截面導(dǎo)線比小截面導(dǎo)線容易產(chǎn)生舞動(dòng)；(4)導(dǎo)線不均勻脫冰:隨著導(dǎo)線覆冰量的增加，相應(yīng)的張力明顯增大，弧垂也有所下降，當(dāng)大段或整檔脫冰時(shí)，由于導(dǎo)線的彈性儲(chǔ)能迅速地轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)線的動(dòng)能，引起導(dǎo)線向上跳躍，進(jìn)而產(chǎn)生舞動(dòng)，使相鄰絕緣子串產(chǎn)生劇烈擺動(dòng)，桿塔兩端的導(dǎo)線張力也會(huì)有顯著變化。

三、小結(jié)

冰災(zāi)造成輸電線路斷線、倒塔的直接原因是由于導(dǎo)地線和鐵塔覆冰產(chǎn)生的荷載超過其設(shè)計(jì)承載力所致；導(dǎo)地線覆冰引起的縱向不平和張力和斷線沖擊荷載是鐵塔破壞的主要原因。電力工業(yè)是關(guān)系國計(jì)民生的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和公用事業(yè)，輸電線路覆冰災(zāi)害嚴(yán)重威脅電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高電網(wǎng)防災(zāi)御災(zāi)能力是一個(gè)系統(tǒng)工程，必須認(rèn)真總結(jié)抗擊低溫雨雪冰凍自然災(zāi)害的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，結(jié)合電網(wǎng)和線路運(yùn)行具體情況，采取提高設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、對(duì)重要線路實(shí)行差異化設(shè)計(jì)、積極創(chuàng)新電網(wǎng)防災(zāi)抗災(zāi)技術(shù)、完善災(zāi)害應(yīng)急機(jī)制、優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、合理布局電源、加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)等系統(tǒng)性的綜合措施，因地制宜，多措并舉，才能最大限度減少自然災(zāi)害造成的損失，提高輸電線路抗覆冰災(zāi)害的能力，保證電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行。

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