淺談?shì)旊娋€路覆冰舞動(dòng)的危害及對(duì)策

趙宏光?趙會(huì)

摘要：分析了遼北地區(qū)近幾年發(fā)生的線路覆冰舞動(dòng)障礙，對(duì)導(dǎo)線覆冰舞動(dòng)形成原因進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)線路的舞動(dòng)都與導(dǎo)線表面有不對(duì)稱的覆冰密切相關(guān)，線路舞動(dòng)前均有降雪或凍雨，隨后的陣風(fēng)致使線路舞動(dòng)，因此導(dǎo)線覆冰是造成舞動(dòng)的必要條件。針對(duì)覆冰舞動(dòng)的危害總結(jié)了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了一些預(yù)防和消除導(dǎo)線覆冰舞動(dòng)的措施。

關(guān)鍵詞：輸電線路；覆冰舞動(dòng)；危害

作者簡(jiǎn)介：趙宏光（1960-），男，遼寧鐵嶺人，遼寧省電力有限公司鐵嶺供電公司，高級(jí)技師。（遼寧 鐵嶺 112000）趙會(huì)（1982-），男，吉林省吉林市人，遼寧省電力有限公司錦州培訓(xùn)中心技術(shù)技能培訓(xùn)部，助理講師，技師。（遼寧 錦州 121001）

中圖分類號(hào)：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）05-0203-01

近幾年來，遼北地區(qū)由于導(dǎo)線覆冰舞動(dòng)造成的線路跳閘停電時(shí)有發(fā)生。2010年2月24日至25日鐵嶺地區(qū)遭遇近十年來罕見凍雨災(zāi)害，致使220kV線路跳閘3條11次，66kV線路跳閘4條8次。這次凍雨災(zāi)害使線路覆冰后伴隨強(qiáng)烈的舞動(dòng)，造成220kV清沈線182號(hào)C相絕緣子掉串；220kV鐵調(diào)乙線53號(hào)A、C相LGJ-400/35型導(dǎo)線線夾出口處磨損嚴(yán)重，其中A相的導(dǎo)線外層鋁股全部磨斷只剩鋼芯；66kV調(diào)青線腰堡分線C相斷線，4基水泥桿橫擔(dān)變形損壞。此次冰災(zāi)造成電網(wǎng)故障損失電量約15.39萬kWh，初步估算直接經(jīng)濟(jì)損失為139萬元。2010年12月10日，鐵嶺地區(qū)又遇覆冰大風(fēng)天氣，造成220kV牛虎線B、C相連續(xù)故障跳閘三次?？梢娝碗娋€路的覆冰舞動(dòng)嚴(yán)重的威脅著電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，必須引起電力線路工作人員的高度重視，以便摸清規(guī)律，采取積極的應(yīng)對(duì)措施，消除或減弱送電線路覆冰舞動(dòng)現(xiàn)象。

一、輸電線路覆冰的原因及特點(diǎn)

線路覆冰發(fā)生在低溫雨雪天氣里，降水性質(zhì)由開始的雨至雨夾雪最后到凍雨或大雪。開始的液態(tài)降水有助于空氣中水汽含量的增加，空氣中出現(xiàn)大量過冷水滴，隨著氣溫的下降，降水現(xiàn)象從液態(tài)到液固態(tài)并存到全固態(tài)，冰水混合物在導(dǎo)線表面越聚越厚造成線路覆冰。

覆冰時(shí)空氣相對(duì)濕度超過85%，降水量達(dá)到20～30毫米，日最低氣溫在1.0～-5.0℃左右，風(fēng)速在1～2.5米/秒。

根據(jù)覆冰后的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，遼北地區(qū)輸電線路導(dǎo)地線覆冰厚度在10～15毫米左右，最大厚度達(dá)30毫米，覆冰層截面近似圓形，呈堅(jiān)硬的“冰棒”形狀。

二、導(dǎo)線舞動(dòng)的幾個(gè)基本條件

導(dǎo)線舞動(dòng)時(shí)節(jié)多在每年11月末至來年3月初，而在初冬和初春最為頻繁?？v觀歷次線路舞動(dòng)， 導(dǎo)線舞動(dòng)前均有降雪或凍雨發(fā)生，都與導(dǎo)線表面有不對(duì)稱的覆冰密切相關(guān)，可以說導(dǎo)線覆冰是造成舞動(dòng)的必要條件。

導(dǎo)線覆冰舞動(dòng)的形成機(jī)理比較復(fù)雜，牽涉到輸電線路的路徑走向、地理環(huán)境、氣象條件（主要是氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向、覆冰厚度）以及導(dǎo)線結(jié)構(gòu)、運(yùn)行張力等因素。

導(dǎo)線舞動(dòng)期間的基本條件相同，風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)或偏北風(fēng)，氣溫在0～-5℃之間，風(fēng)速為5～15米/秒。風(fēng)向與線路夾角大于45°，一般都有2～5毫米輕微覆冰，個(gè)別線路也有30毫米左右的覆冰。

舞動(dòng)區(qū)段的線路的導(dǎo)線弛度都比較大、張力較小，因此，同一線路和同一走向，由于導(dǎo)線弛度的不同，有的線段發(fā)生舞動(dòng)，有的線段就不舞動(dòng)。

從舞動(dòng)的線路來看，發(fā)生導(dǎo)線舞動(dòng)的線路為東西走向，舞動(dòng)地段為開闊地或冬、春季大風(fēng)的風(fēng)口處。因?yàn)殚_闊平坦的地形使導(dǎo)線受風(fēng)的策動(dòng)力成為可能。因此，相隔很近且參數(shù)基本相同的兩條線路由于地形不同其中一條發(fā)生舞動(dòng)而另一條不舞動(dòng)。

三、導(dǎo)線覆冰舞動(dòng)的成因及危害

合適的氣溫及相對(duì)的濕度及風(fēng)速是線路覆冰舞動(dòng)不可缺少的因素，從天氣情況來看，鐵嶺地區(qū)11月上旬開始便出現(xiàn)雨、霧、雪淞與結(jié)冰同時(shí)并存的現(xiàn)象，直至來年的3月初。在降水期間隨著氣溫的波動(dòng)、濕度的增大，線路導(dǎo)地線結(jié)冰經(jīng)歷了由雨（霧）淞到覆冰的反復(fù)累加過程。

覆冰舞動(dòng)原因初步分析：雪落到溫度較高的導(dǎo)線上溶化并形成雨滴，雨滴在本身自重的作用下向下運(yùn)動(dòng)，堆積在導(dǎo)線的下方，當(dāng)陣風(fēng)和雪停止而氣溫下降時(shí)，堆積在導(dǎo)線下方的雨滴在導(dǎo)線下方的背風(fēng)側(cè)形成翼狀覆冰，從而改變了導(dǎo)線的截面使之不對(duì)稱。當(dāng)風(fēng)吹向?qū)Ь€時(shí)，由于導(dǎo)線上下方所受風(fēng)力不均，從而使導(dǎo)線產(chǎn)生扭矩，導(dǎo)線由于扭矩作用產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)同時(shí)向上運(yùn)動(dòng)直到風(fēng)力不足導(dǎo)線扭矩減小，并在其自重的作用下自行下落，在下落時(shí)由于位能變成動(dòng)能而使導(dǎo)線擺動(dòng)。當(dāng)風(fēng)速上升時(shí)導(dǎo)線受力又加大導(dǎo)線又向上運(yùn)動(dòng)；風(fēng)速下降時(shí)導(dǎo)線又下落，導(dǎo)線在陣風(fēng)中陣起陣落，陣起時(shí)扭矩加大，陣落時(shí)扭矩釋放。當(dāng)陣起、陣落的頻率等于導(dǎo)線固有振動(dòng)頻率時(shí)便引起導(dǎo)線舞動(dòng)。舞動(dòng)的策動(dòng)力是風(fēng)力，舞動(dòng)形成的必要條件是：導(dǎo)線上覆有翼狀的冰；導(dǎo)線舞動(dòng)當(dāng)時(shí)的風(fēng)是陣風(fēng)。

導(dǎo)線舞動(dòng)是輸電線路在一定的地理環(huán)境條件下所產(chǎn)生的，以導(dǎo)線大幅度地低頻振蕩為表現(xiàn)形式的特有機(jī)械運(yùn)動(dòng)。由于導(dǎo)線舞動(dòng)時(shí)的機(jī)械振動(dòng)能量非常大，對(duì)輸電線路的桿塔、導(dǎo)線及金具都會(huì)造成一定程度的損壞，由于覆冰厚度、密度和形狀的廣泛變化，作用于線路上的荷載也發(fā)生同樣廣泛的變化。覆冰時(shí)桿塔兩側(cè)的張力不平衡，額外負(fù)荷的增加使得導(dǎo)地線和桿塔出現(xiàn)很大的橫向應(yīng)力和縱向應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力超過一定限度或不平衡時(shí)，會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)線斷落沖擊荷載造成倒桿。結(jié)冰的電線遇冷會(huì)收縮，風(fēng)吹又引起它震蕩，電線有時(shí)會(huì)因不勝重荷而斷裂，同時(shí)不斷舞動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)，也會(huì)使導(dǎo)線、塔桿、絕緣子和金具等受到不平衡沖擊而疲勞損傷。由覆冰、舞動(dòng)引起的輸電線路倒桿（塔）、斷線、掉串及跳閘事故會(huì)給電力系統(tǒng)的輸變電線路造成重大的損害，更會(huì)威脅到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和供電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

由于線路檔距、桿塔高度、覆冰厚度、導(dǎo)線結(jié)構(gòu)以及持續(xù)風(fēng)力大小的影響，導(dǎo)線舞動(dòng)幅值和持續(xù)時(shí)間以及造成的危害也有較大的差異。如220kV及以下的線路的舞動(dòng)幅值為3米左右，導(dǎo)線舞動(dòng)造成線路碰閃跳閘或燒傷導(dǎo)線。因此，導(dǎo)線覆冰舞動(dòng)對(duì)于輸電線路的安全運(yùn)行，是一個(gè)非常嚴(yán)重的潛在威脅，也是線路設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)部門一個(gè)亟待攻克的技術(shù)難題。

四、覆冰舞動(dòng)線路基本狀況

覆冰舞動(dòng)導(dǎo)線的排列方式呈任意形式，水平排列、垂直排列、三角排列都發(fā)生過；覆冰舞動(dòng)線路有運(yùn)行中的，有充電的以及正在停運(yùn)中的；由于舞動(dòng)而引起跳閘停電障礙的線路其導(dǎo)線排列方式多呈垂直型排列；因覆冰舞動(dòng)而造成斷線事故的線路多為導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ-150及以下的，而受傷斷股的線徑多為大截面的；發(fā)生掉線、掉串的為處于山尖或風(fēng)口處或垂直檔距較大的桿塔。

五、預(yù)防線路覆冰舞動(dòng)的措施

防止異常氣候?qū)旊娋€路造成的覆冰舞動(dòng)事故，宜根據(jù)實(shí)際情況堅(jiān)持“避、抗、防、改”一起上的原則，根據(jù)不同情況采取相應(yīng)措施，把事故限制在最小范圍。針對(duì)事故暴露出來的問題，提出以下對(duì)策：

遼北地區(qū)由于冬季多刮北風(fēng)或偏北風(fēng)，春季多刮南風(fēng)或偏南風(fēng)。在新建線路選擇路徑時(shí)，盡量不要使其呈東西走向，以減少線路與風(fēng)向的夾角；在線路設(shè)計(jì)研討時(shí)對(duì)氣象條件進(jìn)行認(rèn)真調(diào)查分析，掌握變化情況，修正導(dǎo)地線覆冰厚度，避開微氣象區(qū)。適當(dāng)縮小檔距和弛度，因?yàn)槲鑴?dòng)振幅與檔距成正比而與張力成反比，這樣還可防止因舞動(dòng)而發(fā)生混線；線路發(fā)生覆冰舞動(dòng)后要及時(shí)對(duì)相應(yīng)的段進(jìn)行登桿塔檢查，以便查明線路覆冰舞動(dòng)后的受損程度，及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。有必要對(duì)位于山尖或風(fēng)口處及發(fā)生舞動(dòng)桿塔的導(dǎo)地線線夾打開檢查，及時(shí)掌握導(dǎo)地線的隱性傷害，并對(duì)桿塔及線夾進(jìn)行緊固；對(duì)弛度較大的現(xiàn)有線路要及時(shí)調(diào)整，對(duì)處在山頭、風(fēng)口地帶的線路重新選擇路徑。對(duì)檔距較大的區(qū)段，增加桿塔，縮小檔距。對(duì)因覆冰舞動(dòng)造成掉線、掉串及橫擔(dān)損壞的塔型進(jìn)行結(jié)構(gòu)性改進(jìn)；在易舞動(dòng)的東西走向地段安裝相間防舞動(dòng)間隔棒，以減小導(dǎo)線舞動(dòng)的幅值，防止因舞動(dòng)而混線。在2010年12月10日鐵嶺地區(qū)再次遭遇覆冰舞動(dòng)天氣時(shí)，“2.25冰災(zāi)”舞動(dòng)地段已經(jīng)安裝過相間防舞動(dòng)間隔棒的東西走向的線段，沒有發(fā)生因覆冰舞動(dòng)易造成跳閘停電障礙，實(shí)踐證明加裝相間防舞動(dòng)間隔棒的效果還是明顯的。在覆冰舞動(dòng)季節(jié)到來之前，加強(qiáng)運(yùn)行巡視，檢查桿塔、線夾及已安裝的防舞動(dòng)裝置的完好情況，提前做好預(yù)防措施。

六、結(jié)論

經(jīng)過分析，線路覆冰舞動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生是自然條件與線路本身特性共同作用的結(jié)果，雖不能改變自然現(xiàn)象，但可以改變線路本身特性，采取抑制和預(yù)防措施消除或減弱導(dǎo)線覆冰舞動(dòng)現(xiàn)象。今后要在繼續(xù)加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究、掌握舞動(dòng)機(jī)理的同時(shí)及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為進(jìn)一步發(fā)展完善防舞動(dòng)措施攻克技術(shù)難題。

（責(zé)任編輯：宋秀麗）