覆冰對輸電線路運(yùn)行的影響與預(yù)防

王玉玨

摘 要：中國是國際認(rèn)定最易遭遇氣候危害的國家之一，惡劣天氣對電網(wǎng)安全的影響日益加劇，造成了嚴(yán)重的損失。因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的生產(chǎn)，輸送與消費(fèi)環(huán)節(jié)之間沒有任何緩沖，電力系統(tǒng)的崩潰在社會的短期沖擊比其他一次能源崩潰更加嚴(yán)重。文章著重就覆冰的形成機(jī)理、過程、影響及防范手段進(jìn)行了簡要的分析論述。

關(guān)鍵詞：覆冰；輸電線路；可靠性；影響；預(yù)防

簡述

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2005～2007年期間，國家電網(wǎng)公司因惡劣氣候?qū)е碌碾娋W(wǎng)和設(shè)備事故119起，占總事故數(shù)22.8%。2008年初南方雨雪冰凍災(zāi)害對公司系統(tǒng)特別是湖南、江西、浙江電網(wǎng)造成嚴(yán)重設(shè)備損失，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)百億元。輸電線路因電線覆冰造成斷線、倒塔的事故時有發(fā)生，不僅影響正常的電力生產(chǎn)，還造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。

墨菲定律中提到，假如某件事有可能發(fā)生，則在一定情況下一定會發(fā)生。所以我們應(yīng)該提高大氣覆冰對電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響的認(rèn)識，對電網(wǎng)抗災(zāi)水平及災(zāi)害應(yīng)急處置能力提出更高的要求。

1 覆冰表觀特性及形成過程

覆冰按照表觀特性可分為雨凇、霧凇、混合凇和雪凇。雨凇是指粒徑較大的過冷卻水滴，碰撞在物體上，先散開成水膜然后凍結(jié)成冰凌，呈濕增長方式。冰體透明堅(jiān)固，比重大，一般為0.7～0.9g/cm3，粘附力強(qiáng)，常伴有冰柱。

霧凇又稱軟霧凇是指粒徑較小的過冷卻水滴，隨氣流浮動，在碰擊物體瞬間即凍結(jié)成冰凌，呈干增長方式。冰體白色疏松，比重小，一般為0.1～0.3g/cm3之間，粘附力較弱，通常在物體的迎風(fēng)面凍結(jié)。

混合凇又稱硬霧凇是當(dāng)不同粒徑的過冷卻水滴，隨氣流浮動，在碰撞物體瞬間，部份呈干增長，部份呈濕增長。冰體呈半透明狀，比重中等，一般為0.2～0.6g/cm3之間，常在物體迎風(fēng)面凍結(jié)，粘附力較強(qiáng)。

雪凇又稱濕雪，是凍結(jié)的雪片，在降落過程中，通過一段溫暖層后，雪片趨于潮濕、融化，然后凍結(jié)在物體上，冰體呈白色堆積狀，比重偏小且粘附力差，一般為0.2～0.4g/cm3之間。在導(dǎo)線振動或風(fēng)吹下很容易脫落，一般只會在融雪時造成絕緣子串閃絡(luò)，因此對線路安全運(yùn)行威脅不大。

2 輸電線路覆冰國內(nèi)外現(xiàn)狀

隨著西部大開發(fā)、西電東送電力發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施及1000kV交流、800kV直流超高壓、特高壓輸電線路的建設(shè)，將有越來越多的超高壓、特高壓交、直流輸電線路跨越峽谷、河流、微氣象地區(qū)，所以，我國輸電線路覆冰不可避免。

我國覆冰事故多發(fā)生在華中和西南等海拔較高的地區(qū)，大部分輸電線路覆冰時間是每年的冬季10-11月開始到第二年的3-4月初春結(jié)束。由于對架空線路覆冰的規(guī)律認(rèn)識不足，線路設(shè)計(jì)時，線路路徑選擇不合理，同時缺乏抗冰害的經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致冰害事故頻繁發(fā)生[2，3，4]。

3 輸電線路覆冰舞動的機(jī)理

對于工作在開闊空間的輸電導(dǎo)線，風(fēng)激勵可能起較強(qiáng)的風(fēng)致振動，對結(jié)構(gòu)造成危害，必須加以研究和解決。風(fēng)致振動產(chǎn)生的主要原因是導(dǎo)線當(dāng)有冰層覆蓋時引起的結(jié)構(gòu)偏心，當(dāng)在水平陣風(fēng)作用下將產(chǎn)生強(qiáng)烈的舞動。從受力上來看，輸電導(dǎo)線是一種索，它具有輕柔、阻尼低的特點(diǎn)，在風(fēng)等外激勵作用下可能產(chǎn)生較大的構(gòu)形變化，引起舞動問題的發(fā)生。

偏心覆冰導(dǎo)線在強(qiáng)風(fēng)作用下，會產(chǎn)生低頻（0.1～3Hz）、大幅（數(shù)米至十幾米）的舞動，對輸電線路造成了很大的破壞作用。尤其是對于那些跨越大江大河的大檔距輸電線路來說，舞動發(fā)生的次數(shù)多，造成的危害巨大。因此，有必要對輸電線路的舞動進(jìn)行防治和治理。但是由于舞動的產(chǎn)生與發(fā)展過程十分復(fù)雜，其中不僅涉及許多系統(tǒng)與外界作用參數(shù)，而且還包含許多隨機(jī)因素，以至于給舞動研究工作帶來一定的困難。

隨著電壓等級的越來越高和近幾年我國輸電線路上舞動的多發(fā)性，輸電線路的舞動問題越來越引起國內(nèi)外研究者的重視。目前國際上有四種較為公認(rèn)的理論有Den Hartog機(jī)理、O.Nigol機(jī)理和偏心慣性耦合機(jī)理及穩(wěn)定性機(jī)理[5]。

4 輸電線路覆冰的事故類型

輸電線路覆冰事故一般可分為四類：①過荷載事故，即線路實(shí)際覆冰超過設(shè)計(jì)抗冰厚度，亦即線路覆冰質(zhì)量增加、覆冰后風(fēng)壓面積增加，從而導(dǎo)致電氣和結(jié)構(gòu)方面的事故；②不均勻覆冰或不同期脫冰引起的電氣和結(jié)構(gòu)方面的事故；③絕緣子串覆冰過多或被冰凌橋接，引起絕緣子串電氣性能降低；④覆冰引起的導(dǎo)線舞動事故。

過荷載事故導(dǎo)、地線覆冰后，其弧垂和張力增大，進(jìn)而增大絕緣子串、金具、桿塔和基礎(chǔ)的荷載。當(dāng)發(fā)展到一定程度時，在電氣方面，導(dǎo)線弧垂下降過大將導(dǎo)致對地或交叉跨越物間距不足發(fā)生放電，地線弧垂增大與導(dǎo)線安全凈距不足發(fā)生放電，甚至燒斷導(dǎo)地線事故；在結(jié)構(gòu)方面，將會造成導(dǎo)、地線和金具斷裂或損壞，桿塔受損甚至倒塌，基礎(chǔ)下沉、傾斜甚至損壞，絕緣子串扭轉(zhuǎn)、跳躍發(fā)生翻轉(zhuǎn)、碰撞等。

不均勻覆冰或不同期脫冰事故為相鄰檔不均勻覆冰或不同期脫冰都會產(chǎn)生張力差，使導(dǎo)地線受損、滑動，還會造成直線桿塔承受不平衡張力發(fā)生傾斜、受損，嚴(yán)重時還會發(fā)生倒桿塔事故。同時，不同期脫冰還會引起導(dǎo)、地線跳躍相互接近發(fā)生放電，導(dǎo)線跳躍引起耐張塔引流線與橫擔(dān)接近發(fā)生放電，懸垂絕緣子串偏移碰撞橫擔(dān)等。

絕緣子串冰閃事故是絕緣子覆冰或被冰凌橋接后，絕緣強(qiáng)度下降，泄漏距離縮短。融冰時，絕緣子局部表面電阻降低，形成閃絡(luò)事故。

覆冰舞動為不均勻覆冰會使導(dǎo)線產(chǎn)生自激振蕩和舞動，從而造成金具損壞、導(dǎo)線斷股及桿塔傾斜或倒塌等現(xiàn)象[6]。

5 輸電線路冰害事故預(yù)防

根據(jù)地理?xiàng)l件、地區(qū)氣候預(yù)防輸電線路冰害應(yīng)從以下幾方面入手：

（1）觀測覆冰雪的狀況，加強(qiáng)事故的超前防范，提高各類突發(fā)事件的應(yīng)急能力。對歷年來發(fā)生的覆冰事故進(jìn)行詳細(xì)的記錄。為輸電線路的抗冰設(shè)計(jì)和防冰除冰措施提供選擇參考。

（2）在線路設(shè)計(jì)時考慮該地的地形及其后。線路經(jīng)過地段的地形、相對高差山脈走向、覆冰程度等因素，合理選擇線路走向，設(shè)計(jì)合理的抗冰厚度。

（3）對輸電線路覆冰的特點(diǎn)與機(jī)理經(jīng)行深入的觀測和研究，繪制各地區(qū)輸電線覆冰雪分布圖，研制有效的覆冰監(jiān)測裝置、防冰除冰措施，制定積極有效的防止和處理政策[7]。

6 結(jié)束語

輸電線路的覆冰常導(dǎo)致的冰害事故給社會生產(chǎn)生活帶來了極大的損失。大氣覆冰在如今全球變暖的環(huán)境中將占總事故比例會越來越高，在我們知道大氣覆冰的成因時還應(yīng)該了解架空線路防冰與除冰技術(shù)，以確保線路的良好性能及其預(yù)期壽命。

參考文獻(xiàn)

[1]胡琳，李占斌.火電建設(shè)與氣候[M].北京氣象出版社，2010.6.

[2]舍衛(wèi)國.電網(wǎng)安全管理及安全風(fēng)險(xiǎn)管理[M].中國電力出版社，2009.

[3]Masoud faraneh.電網(wǎng)的大氣覆冰[M]黃海波譯.中國電力出版社，2010.5.

[4]陸佳政，蔣正光.湖南電網(wǎng)2008年并在事故分析[J].2008.

[5]鄭玉琪.架空輸電線微風(fēng)振動[M].水利電力出版社，1987.7.

[6]崔吉峰，劉亞新.輸電線路絕緣子冰閃的成因和防范措施[J].2013.

[7]尚世杰，薛禹勝.從印度大停電透視電力系統(tǒng)的廣義阻塞[J].2013.