架空輸電線路覆冰危害預(yù)防措施分析

秦文祥??

【摘要】架空輸電線路覆冰對(duì)電網(wǎng)有著很大的危害，進(jìn)而對(duì)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成很大的負(fù)面影響，導(dǎo)線發(fā)生覆冰后易；誘發(fā)舞動(dòng)，其脫冰引發(fā)的導(dǎo)線跳躍也容易致使斷線、倒塔等事故發(fā)生。為使高壓電網(wǎng)安全可靠地運(yùn)行；對(duì)輸電線路覆冰形成機(jī)理的研究以及覆冰荷栽下的力學(xué)研究是一個(gè)重要課題。

【關(guān)鍵詞】預(yù)防；架空輸電線路；覆冰；除冰

Analysis on Precautionary Measures of Ice Damage on Overhead Transmission Line

Qin Wen-xiang

（Yunnan Silver Tower Power Construction Co.， LtdKunmingYunnan650000）

【Abstract】Overhead transmission lines on the grid has a great harm to the grid， and thus the operation of the power grid and economic development caused a great negative impact， the wire after the ice is easy； induced dancing， the ice caused by the ice jump is also easy to cause disconnection， Inverted tower and other accidents. In order to make the high voltage power grid safe and reliable operation， it is an important task to study the formation mechanism of the icing process of the transmission line and the mechanics of the ice cover.

【Key words】Prevention；Overhead transmission lines；Ice

2008年1月10日以來(lái)，我國(guó)南方大部分地區(qū)出現(xiàn)了歷史罕見的低溫、雨雪冰凍天氣。給輸變電設(shè)施帶來(lái)大面積覆冰。雪災(zāi)導(dǎo)致國(guó)家電網(wǎng)直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)104.5億元。正確認(rèn)識(shí)電網(wǎng)覆冰的危害，加強(qiáng)和改善線路的抗覆冰能力對(duì)保證電力線路安全、提高電網(wǎng)可靠性具有至關(guān)重要的作用。

1. 輸電線路覆冰危害的特點(diǎn)

1.1線路覆冰倒桿（塔）斷線的特點(diǎn)。

線路覆冰倒桿（塔）斷線的特點(diǎn)：一是由于覆冰時(shí)桿（塔）兩側(cè)的張力不平衡造成的。在一些地形起伏較大的地區(qū)，兩相鄰的桿（塔）在高度和距離上存在很大的差距，在還未覆冰時(shí)兩側(cè)就形成了較大的不平衡張力，當(dāng)線路上出現(xiàn)大密度的覆冰時(shí)，桿（塔）兩側(cè)的不平衡張力加劇，當(dāng)張力不斷加大，直至到達(dá)桿（塔）、導(dǎo)線所能承受的極限時(shí)，就出現(xiàn)了導(dǎo)線斷落或桿（塔）倒塌的現(xiàn)象。因此，在災(zāi)后恢復(fù)和未來(lái)的設(shè)計(jì)改造中，應(yīng)盡量避免大高度差、大距離和大轉(zhuǎn)角。二是線路上有大密度的雨凇覆冰時(shí)，因?yàn)橛贲「脖恰皾瘛倍仍鲩L(zhǎng)過程，其粘附能力強(qiáng)，不易掉落。在風(fēng)的激勵(lì)下，導(dǎo)線會(huì)產(chǎn)生大振幅、低頻率的自激振動(dòng)。當(dāng)舞動(dòng)的時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，會(huì)使導(dǎo)線、絕緣子、金具、桿（塔）受不平衡沖擊疲勞損傷。

1.2覆冰絕緣子串的閃絡(luò)特性。

（1）絕緣子的冰閃是冰害的另一種，當(dāng)絕緣子發(fā)生覆冰現(xiàn)象后，在特定溫度下使絕緣子表面覆冰或被冰凌橋接后，絕緣強(qiáng)度下降，泄漏距離縮短。在融冰過程中冰體表面或冰晶體表面的水膜會(huì)很快溶解污穢物中的電解質(zhì)，并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（而且還會(huì)引起單片絕緣子表面電壓分布的畸變），從而降低覆冰絕緣子串的閃絡(luò)電壓。大氣中的污穢微粒直接沉降在絕緣子表面或作為凝聚核包含在霧中，將會(huì)使絕緣子覆冰融化時(shí)，冰水電導(dǎo)率進(jìn)一步增加。另外有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，覆冰越重、電壓分布畸變?cè)酱?，絕緣子串兩端，特別是高壓引線端絕緣子承受電壓百分?jǐn)?shù)越高，最終造成冰閃事故。

（2）實(shí)際上，純冰的電阻很高，完全可以滿足電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的要求，只有當(dāng)冰中混雜有導(dǎo)電雜質(zhì)后，覆冰絕緣子的閃絡(luò)電壓才會(huì)降低。這不僅因?yàn)楸W是由于冰中含有污穢等導(dǎo)電雜質(zhì)造成的，而且從污穢絕緣子和覆冰絕緣子的耐受電壓和閃絡(luò)機(jī)理也可發(fā)現(xiàn)其相似性。

2. 架空輸電線路防冰除冰措施

雪災(zāi)過后，為了提高電網(wǎng)對(duì)冰雪災(zāi)害的應(yīng)對(duì)能力，國(guó)家電網(wǎng)公司提出，將全面提高電網(wǎng)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，其中110～330KV電網(wǎng)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)由15年一遇提高到30年一遇：500kV電網(wǎng)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)由30年一遇提高到50年一遇：750kV電網(wǎng)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。正在建設(shè)的特高壓工程設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)按100年一遇考慮。除此之外，應(yīng)該有針對(duì)性地對(duì)導(dǎo)線防舞、導(dǎo)線自身性質(zhì)以及防冰除冰采取相應(yīng)措施，為貫徹“避、抗、融、改、防”五字方針，國(guó)內(nèi)主要采取以下防水除冰措施。

2.1導(dǎo)線防舞。

這次冰災(zāi)過程中，大量線路在覆冰嚴(yán)重的情況下發(fā)生舞動(dòng)。導(dǎo)致倒塔斷線。線路舞動(dòng)機(jī)理復(fù)雜，防舞動(dòng)機(jī)理和措施研究是世界性的難題。對(duì)于導(dǎo)線舞動(dòng)，已建立了導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)自由振動(dòng)以及舞動(dòng)進(jìn)行了分析計(jì)算。國(guó)內(nèi)外學(xué)者也提出多種方法，增加相間導(dǎo)線及對(duì)地線的電氣間隙，同時(shí)提高桿塔的強(qiáng)度，縮短耐張段長(zhǎng)度和檔距，提高導(dǎo)地線的最大張力。加大金具及絕緣子的安全系數(shù)，滿足部件強(qiáng)度的需要。將目前地線普遍采用的GJ-50鋼絞線改為GJ-70鋼絞線.與導(dǎo)線最大應(yīng)力相匹配。導(dǎo)地線覆冰后弛度變化相近。應(yīng)防止造成混線；在有條件時(shí)應(yīng)減少導(dǎo)線垂直排列方式。還可以在局部覆冰舞動(dòng)嚴(yán)重的線路上加裝防舞裝置。

2.2采用憎水憎冰性涂料。

欲從根本上解決覆冰問題.應(yīng)著手于防冰。在導(dǎo)線表面包涂憎水憎冰性涂料，要求這種涂料不僅對(duì)金屬基體有很好的結(jié)合力、較高的熱傳導(dǎo)性，更重要的是其外層表面具有低表面張力、高憎水憎冰性和光譜吸熱性能，可最大限度地減少水和冰的附著力，使其極易脫落，從而達(dá)到防止凝冰和除冰的目的?，F(xiàn)在使用較多的是聚四氟乙烯和PVC塑料帶，盡管并不能減少冰的附著。但是可以大大降低冰與導(dǎo)線之間的黏附力。到目前為止。國(guó)內(nèi)外尚未研究出一種可以根本阻止冰形成的涂料。有人提出采用改性硅溶膠一苯丙乳液為基料，吸光性能良好的FeMnCuO。為顏料的疏水防冰涂料，在20-0.C的實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)靜態(tài)（未通電和未考慮風(fēng)速）鋁導(dǎo)線有一定的防冰效果，是一種值得研發(fā)的具有發(fā)展前景的防覆冰涂料。

2.3除冰。

目前，國(guó)內(nèi)外除冰防冰的方法有30余種，基本上可分為機(jī)械除冰法和熱力除冰法2類。

2.3.1機(jī)械除冰法。

利用各種機(jī)械動(dòng)力使導(dǎo)線脫冰，目前經(jīng)常使用的有ADHOC法、滑輪鏟刮法。盡管機(jī)械除冰法價(jià)格低廉，但是耗費(fèi)大量人力物力，可操作性低，安全性很差。

2.3.2熱力除冰法。

（1）根據(jù)焦耳定律可知，在傳輸電能的過程中導(dǎo)線本身會(huì)產(chǎn)生熱能?？梢岳迷撔再|(zhì)融冰。熱力融冰法主要有改變潮流分配融冰、三相短路融冰、帶負(fù)荷融冰及采用低居里點(diǎn)合金熱敏電線等方法。

（2）除此之外，還有很多除冰措施，如GoodrichBF提出的氣動(dòng)脈沖除冰系統(tǒng)。SullivanCR等提出的高頻高壓勵(lì)磁除冰等方法，這些都是用于飛行器除冰，成本比較高，但是如果能應(yīng)用于導(dǎo)線上。將會(huì)給架空線路的除冰提供很好的解決方法。

3. 結(jié)語(yǔ)

迄今為止.架空線路的覆冰問題仍未得到有效的解決，針對(duì)不同的覆冰類型.應(yīng)該多種措施一起采用，除此之外，提出以下幾點(diǎn)建議。

（1）進(jìn)一步優(yōu)化輸電通道的規(guī)劃布局，同一方向重要輸電通道應(yīng)盡可能分散走廊，盡可能減少易發(fā)生嚴(yán)重自然災(zāi)害的同一氣象帶重要輸電通道數(shù)量，重點(diǎn)城市和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)域形成多回路線路供電。

（2）對(duì)電網(wǎng)實(shí)施區(qū)別化設(shè)計(jì)，可以將桿塔、線路分為A、B、C3類，制定區(qū)別對(duì)待的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。A類指跨高速公路、鐵路、河流等。對(duì)其他重要系統(tǒng)產(chǎn)生重大影響的輸電塔和線路；B類指建在高山、丘陵、濕地、海岸等地，難于施工、維護(hù)或?qū)Νh(huán)境生態(tài)有重大影響的輸電塔和線路；C類指其他輸電塔和線路。

（3）對(duì)導(dǎo)線和絕緣子表面憎冰涂料進(jìn)一步研究，從根本上防止導(dǎo)線覆冰。