輸電線路覆冰及防范措施

楊 旭，閆 磊

（1.國(guó)網(wǎng)通化供電公司，吉林 通化 134000；2.華潤(rùn)電力有限公司，遼寧 盤錦 124010）

輸電線路覆冰對(duì)電力系統(tǒng)的危害很大，容易引起嚴(yán)重事故。我國(guó)是易發(fā)生輸電線路覆冰的國(guó)家，冰災(zāi)對(duì)輸電線路的影響已經(jīng)嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的正常運(yùn)行。2008年初，國(guó)家電網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)區(qū)域內(nèi)華中、華東及所屬10個(gè)省級(jí)電網(wǎng)因出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)的大強(qiáng)度、大范圍低溫雨雪冰凍天氣而遭受嚴(yán)重?fù)p害，其中湖南、江西、浙江電網(wǎng)設(shè)施損毀嚴(yán)重，在當(dāng)時(shí)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失及社會(huì)影響。2012年3月，吉林省通化市梅河口地區(qū)亦發(fā)生了一起由冰災(zāi)引起的輸電線路大面積停電事故。

1 線路覆冰的形成及危害

1.1 覆冰的形成

當(dāng)氣溫下降到－3℃以下，風(fēng)速達(dá)到10m／s以上時(shí)如再遇雨加雪天氣，則將在輸電線路上形成雨凇。此時(shí)，若氣溫升高，則雨凇將發(fā)生融化現(xiàn)象，即在導(dǎo)線表面形成了一層覆冰。若此時(shí)天氣轉(zhuǎn)晴，則覆冰就停止生長(zhǎng)并可能融化；但當(dāng)天氣突然變冷時(shí)，黏結(jié)度較高的雨凇表面將快速增長(zhǎng)，形成第二層覆冰。這個(gè)過(guò)程如此反復(fù)，即會(huì)在輸電線路上形成較厚的冰層。天氣變暖時(shí)的短暫融化加強(qiáng)了冰的密度，而氣溫驟然下降則會(huì)使覆冰快速生長(zhǎng)。

1.2 覆冰的危害

1.2.1 覆冰對(duì)導(dǎo)線的危害

a.重覆冰作用下在檔距中間的某一處斷線。

b.在線夾處發(fā)生滑移引起斷股、抽絲。

c.鐵塔破壞引起倒塔、斷線。

1.2.2 覆冰對(duì)地線的危害

a.地線和光纖復(fù)合架空地線OPGW 在重覆冰作用下斷線破壞。

b.地線及OPGW 在覆冰下弧垂過(guò)大。

1.2.3 覆冰對(duì)鐵塔的危害

a.覆冰災(zāi)害造成的倒塔事故體現(xiàn)在采用多分裂導(dǎo)線的鐵塔比采用單分裂導(dǎo)線的鐵塔更易受損。

b.倒塌的鐵塔中，大檔距鐵塔和相鄰檔距相差較大的鐵塔占80%左右，微地形對(duì)鐵塔承載力的影響明顯。

c.交流線路倒塔占91.3%、直流線路倒塔占8.7%。

d.單回路倒塔占75.1%，雙回路倒塔占24.9%。

e.直線塔倒塔占89.5%，轉(zhuǎn)角塔倒塔占10.5%。

f.倒塔的主要塔型為酒杯塔（占36.2%）、貓頭塔（占21.9%）和鼓形塔（占24.9%）。

g.桿塔所處海拔300m 以上高度的占53.1%，設(shè)計(jì)冰厚15mm 及以下的倒塔占總數(shù)的97.8%。

2 2008年覆冰災(zāi)害統(tǒng)計(jì)

由《國(guó)家電網(wǎng)公司2008年電網(wǎng)冰災(zāi)技術(shù)分析報(bào)告匯編》得知。2008年1月10日開(kāi)始，我國(guó)華中、華東地區(qū)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)的大強(qiáng)度、大范圍低溫雨雪冰凍天氣。國(guó)家電網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)區(qū)內(nèi)共有37個(gè)地市的545個(gè)縣（區(qū)）、2706萬(wàn)用戶受到影響，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)104.5億元。公司所屬電網(wǎng)共有17.2萬(wàn)基高壓桿塔倒塌，1.2 萬(wàn)基受損，高壓線路斷線12.9萬(wàn)處；低壓線路倒斷桿51.9萬(wàn)基，低壓線路受損15.3萬(wàn)條，變電站停運(yùn)884座；公司系統(tǒng)通信光纜受損約2 860km。其中：湖南電網(wǎng)14 條500kV、44條220kV 和121條110kV 線路受損停運(yùn)；江西電網(wǎng)17條500kV、57條220kV 和168條110kV線路受損停運(yùn)；浙江電網(wǎng)23 條500kV、21 條220 kV 和14條110kV 線路受損停運(yùn)；“三峽送出”大通道江城、宜華500千伏直流線路損壞嚴(yán)重。湖北、安徽、河南、福建、重慶、四川、江蘇等地的電網(wǎng)也受到不同程度的沖擊和破壞。國(guó)家電網(wǎng)公司系統(tǒng)輸電線路受損情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 國(guó)家電網(wǎng)公司系統(tǒng)輸電線路受損情況統(tǒng)計(jì)

3 輸電線路覆冰防范措施

3.1 規(guī)劃設(shè)計(jì)階段

在規(guī)劃階段，盡可能降低線路的平均海拔，避開(kāi)重冰區(qū)；根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷分布和環(huán)境因素，規(guī)劃建設(shè)加強(qiáng)型戰(zhàn)略性輸電通道，在其他線路災(zāi)害失效時(shí)能夠保證電網(wǎng)的基本運(yùn)行。

在設(shè)計(jì)階段，由于受到多種因素的制約，線路路徑選擇不盡合理。新建線路大多位于海拔相對(duì)較高的地區(qū)或穿越高山、大嶺，不僅容易形成大高差、大檔距、不均勻覆（脫）冰等覆冰倒塔的客觀誘發(fā)條件，也使得災(zāi)害后的搶修恢復(fù)異常艱難，因此，應(yīng)加強(qiáng)前期勘察，選擇適當(dāng)路徑避開(kāi)重冰區(qū)；提高線路抵抗覆冰荷載的機(jī)械強(qiáng)度；開(kāi)展與氣象服務(wù)部門的溝通，提高對(duì)氣象數(shù)據(jù)的解讀、分析能力，提高覆冰設(shè)計(jì)取值的準(zhǔn)確性；提高設(shè)防水平，對(duì)同一走廊內(nèi)的不同線路、同一線路的不同區(qū)段，采取差異化設(shè)計(jì)；桿塔設(shè)計(jì)中加大縱向不平衡張力取值；增加鐵塔抗串倒的能力；增強(qiáng)地線抗冰能力；提高大檔距、大高差區(qū)段的抗冰設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 運(yùn)行階段

加強(qiáng)與氣象部門的溝通，建立相應(yīng)的氣象預(yù)警機(jī)制，具有完備的應(yīng)急預(yù)案、應(yīng)急系統(tǒng)和完善的除冰措施。

加強(qiáng)搶險(xiǎn)救災(zāi)的物質(zhì)資源和其他相關(guān)資源的準(zhǔn)備，形成必要的貯備機(jī)制，研究出盡量減少桿塔受損、盡快恢復(fù)電網(wǎng)運(yùn)行的技術(shù)措施。

4 通化地區(qū)冰災(zāi)的防范措施

通化地區(qū)根據(jù)近幾年的輸電線路覆冰統(tǒng)計(jì)情況，在新建輸電線路及通化二道江地區(qū)和通化下四平地區(qū)等已有的輸電線路上分別采取了如下具體防范措施。

a.通化地處山區(qū)，在氣候條件符合的情況下比較適于冷空氣的對(duì)流凝結(jié)，如在地勢(shì)較高或較低的山區(qū)建設(shè)桿塔就為覆冰的產(chǎn)生創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。因此在線路規(guī)劃、設(shè)計(jì)階段，要求設(shè)計(jì)部門加強(qiáng)與氣象部門、運(yùn)維部門取得良好溝通，盡量避開(kāi)地勢(shì)相對(duì)較高或地勢(shì)相對(duì)較低的地區(qū)建設(shè)線路。

b.新建桿塔如不能避開(kāi)易發(fā)生覆冰的地區(qū)，應(yīng)提前做好桿塔的荷載計(jì)算，加大塔材的厚度，增加導(dǎo)線的承載力及強(qiáng)度。

c.在防覆冰措施中有一項(xiàng)是密切關(guān)注“氣溫回升、冬春之交”等特殊時(shí)期的氣象情況。結(jié)合東北地區(qū)以往發(fā)生冰災(zāi)的時(shí)期，即在春節(jié)前后，尤其是天氣轉(zhuǎn)暖期間，要密切關(guān)注通化地區(qū)的天氣情況，設(shè)立氣象預(yù)警部門并開(kāi)展預(yù)警機(jī)制，在大雪，雨夾雪來(lái)臨之前開(kāi)展對(duì)線路的特殊巡視工作，在重要地段開(kāi)展無(wú)間斷的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，防止在溫度達(dá)到覆冰臨界點(diǎn)時(shí)不能開(kāi)展及時(shí)的處理措施。

d.開(kāi)展相應(yīng)人員防冰災(zāi)巡視及除冰技能的培訓(xùn)，提高工作能力和自身防護(hù)水平。

正確認(rèn)識(shí)覆冰災(zāi)害的嚴(yán)重性，對(duì)覆冰的性質(zhì)和特點(diǎn)進(jìn)行研究，在可能出現(xiàn)覆冰季節(jié)前制定相關(guān)的預(yù)防措施，消除潛在的隱患，有助于促進(jìn)我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)，提高供電可靠性，減小覆冰災(zāi)害造成的損失。