高海拔山區(qū)輸電線路抗冰主動(dòng)防災(zāi)關(guān)鍵技術(shù)研究

劉慶

摘 要：輸電塔線體系是輸電線路的主體，是遠(yuǎn)程電力傳輸?shù)闹饕d體，它是由輸電鐵塔、導(dǎo)線、地線、光纜、絕緣子、金具等組成。如果線體覆冰就會(huì)對引起導(dǎo)線、金屬、絕緣子及桿塔的應(yīng)力超過其極限強(qiáng)度，或者由于輸電線路不均勻覆冰、脫冰不平衡張力造成倒塔事故，這種事故在高海拔、低溫、終年積雪的地方尤為頻發(fā)，該文通過分析冰雪對山區(qū)輸電線路的危害，闡述幾種有效防冰抗災(zāi)的措施，為提高山區(qū)輸電線路防冰抗災(zāi)能力提供一些參考。

關(guān)鍵詞：輸電線 高海拔山區(qū) 抗冰主動(dòng)防災(zāi)設(shè)計(jì)

中圖分類號：TM75 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）01（a）-00-02

1 運(yùn)輸線路覆冰的危害

近些年，我國華中、華東、南方等區(qū)域遭遇了罕見的持續(xù)低溫、雨雪和冰凍極端天氣，全國共有14個(gè)省、市電網(wǎng)（約占全國電網(wǎng)總數(shù)的43%），近570個(gè)縣的用戶供電受到不同程度的影響，部分地區(qū)電力設(shè)施受災(zāi)損壞極其嚴(yán)重。輸電線路覆冰會(huì)對線路產(chǎn)生極大危害，危害主要包括以下兩種。

1.1 覆冰太重

偏遠(yuǎn)山區(qū)的輸電線路一般處于人跡罕至的高山和極寒之地，當(dāng)遭受到嚴(yán)重的冰雪災(zāi)害時(shí)，極不容易被發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)之后不易開展搶修工作，很容易發(fā)生輸電線路因覆冰太重而導(dǎo)致的塔桿損壞，或者出現(xiàn)折斷、倒塌等問題，嚴(yán)重時(shí)也可能發(fā)生線路下垂，線路斷裂接地等事故，也可能造成相間短路或者跳閘等事故，導(dǎo)致偏遠(yuǎn)山區(qū)出現(xiàn)供電問題。

1.2 冰閃加大

通常情況下，覆冰會(huì)使絕緣子受到一定的影響，導(dǎo)致運(yùn)輸電路的絕緣強(qiáng)度開始下降，線路泄露的距離也會(huì)開始降低，此時(shí)若氣溫開始回升，輸電線路上的冰雪開始融化，那么將能有效地減少輸電線路產(chǎn)生危害的幾率，但同時(shí)也可能出現(xiàn)冰水瘤，一旦出現(xiàn)冰水瘤就有可能出現(xiàn)絕緣子短路跳閘的事故。

2 提高輸電線路抗冰主動(dòng)防災(zāi)能力的技術(shù)研究

2.1 優(yōu)化運(yùn)輸線路設(shè)計(jì)

（1）對山區(qū)輸電線路覆冰分布規(guī)律進(jìn)行調(diào)查研究，分析覆冰對輸電線路結(jié)構(gòu)破壞特征，研究覆冰斷線及倒桿塔機(jī)理，基于主動(dòng)防災(zāi)思想，在現(xiàn)有塔線體系的基礎(chǔ)上，研發(fā)能夠使塔線在極限覆冰荷載作用下的產(chǎn)生荷載釋放的安全控制裝置，并進(jìn)行該主動(dòng)防災(zāi)裝置的結(jié)構(gòu)及構(gòu)造設(shè)計(jì)，采用不同的建模方式比較分析桿件結(jié)構(gòu)受力情況，必要時(shí)進(jìn)行塔架結(jié)構(gòu)承載力試驗(yàn)，基于試驗(yàn)結(jié)果對模型進(jìn)行修正，然后進(jìn)行傳力機(jī)制及承載力分析，研究不同電壓等級下、不同類型桿塔在各級荷載作用下的受力變形性能及損傷程度，合理劃分啟動(dòng)力區(qū)間，保證桿塔的安全，防止斷線和倒桿塔事故的發(fā)生，大幅度縮短搶修時(shí)間，達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的目的。

（2）參考過去幾年高海拔山區(qū)的輸電線路的覆冰情況，尤其是1500m海拔以上的輸電線路的覆冰情況，采取孤立檔設(shè)計(jì)的方法，并且保證每個(gè)孤立檔之間的距離不超過200m，并且要選擇荷載最大的羊角型塔。采用短路融冰的方法，導(dǎo)線通過產(chǎn)生的短路電流產(chǎn)生熱量，使導(dǎo)線周圍的溫度升高，導(dǎo)線上的覆冰開始融化脫冰。如果選擇普通環(huán)境下的大檔距大應(yīng)力情況下，導(dǎo)線脫冰會(huì)產(chǎn)生舞動(dòng)，在預(yù)絞絲式護(hù)線條附近會(huì)產(chǎn)生很大的軸向剪切力，此時(shí)，導(dǎo)線就很容易發(fā)生斷股，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生導(dǎo)線熔斷。

（3）加大爬電比距。這項(xiàng)措施主要針對冰雪天氣造成的閃絡(luò)。即通過提高輸電線路的絕緣子絕緣能力降低閃絡(luò)的破壞力?？梢愿鶕?jù)實(shí)際情況采取改進(jìn)措施，可以選擇倒V型雙串絕緣子代替懸掛直線的方式，能夠有效減少積塵量，保持充電線的潔凈，當(dāng)電弧產(chǎn)生時(shí)可以擴(kuò)散出電離子氣，并且此時(shí)產(chǎn)生的閃絡(luò)電壓相對較高增加每基塔的絕緣子的片數(shù)或者加裝大盤徑玻璃鋼傘群罩，固定于橫擔(dān)的第一片絕緣子上方，直徑在400～700mm自行選擇。

（4）對高海拔地區(qū)的運(yùn)輸線路進(jìn)行絕緣改造，通過輸電線路架空地線加裝絕緣子，行程絕緣架空地線，并每20基桿及該線路間隔龍門架下安裝適當(dāng)數(shù)量的刀閘，其安裝位置距離地面保持在6m左右，在架空地線下不融冰的情況下將線路中的刀閘閉合，架空避雷線保持接地保證良好的防雷效果，架空地線融冰時(shí)將刀閘展開，行程避雷線。

2.2 導(dǎo)線除冰的有效措施

當(dāng)導(dǎo)線上的覆冰厚度達(dá)到一定程度時(shí)，需要采用多種有效方法來是覆冰脫落，目前對國內(nèi)高山地區(qū)采用的除冰方法主要包括以下4種類型。

（1）采用自然除冰的方法。自然除冰的方法主要是覆冰在自身重力、溫度風(fēng)力以及輻射等外部因素的共同作用下，覆冰自然脫落的過程，這種除冰的方法是費(fèi)用最低的除冰方式，但是除冰的時(shí)間較長，除冰的效果也不是十分理想，可以適當(dāng)在導(dǎo)線上安裝阻雪環(huán)、平衡錘等裝置，來保證自然除冰的效果。

（2）采用熱力融冰的方法.熱力融冰的方法主要是通過熱源或者電路自身產(chǎn)生的電流發(fā)熱，以達(dá)到防冰和除冰的效果，比較常見的熱力除冰法如短路電流融冰法、高頻高壓激勵(lì)融冰法、電脈沖融冰法等方法。其中短路電流融冰法是指將電路的一端短路，另一端負(fù)責(zé)供給融冰需要的電流，采用低壓高電流的加熱方法使覆冰融化。

（3）采用機(jī)械除冰法。機(jī)械除冰法是通過對覆冰的導(dǎo)線施加機(jī)械力，從而使覆冰脫落的過程。機(jī)械除冰法的種類較多，主要包括“adhor”除冰法、滑輪除冰法和震動(dòng)除冰法等，“adhor”除冰法千變?nèi)f化，主要是線路的操作者根據(jù)覆冰的具體情況采用敲擊、槍擊必要時(shí)采用直升機(jī)等方式的除冰方法，值得注意的是，采用人工除冰的方式存在較大的安全隱患、工作效率較低且容易損壞輸電線路，滑輪除冰的效果相對較好，但是需要大量的資金投入，因此相關(guān)專家學(xué)者正在尋找改進(jìn)和優(yōu)化的方式。

（4）人工智能除冰法。將人工智能用于高海拔山區(qū)輸電線路除冰是一個(gè)比較新的除冰方式，機(jī)器人不僅可以對輸電線路上的覆冰和積雪進(jìn)行清除，還可以根據(jù)不同的任務(wù)需要更換不同的任務(wù)頭，實(shí)現(xiàn)多種工作任務(wù)，機(jī)器人的功能強(qiáng)大，但是缺點(diǎn)是不能故障作業(yè)，只能在兩檔之間作業(yè)，經(jīng)過專家改進(jìn)后的機(jī)器人具備了越障作業(yè)的功能，工作效率明顯提升，機(jī)器人的除冰原理是機(jī)器人通過安裝在手臂前端的開合道具擠壓除去電線上的結(jié)冰，具有30°坡度范圍內(nèi)的爬坡功能，可以跨越障礙作業(yè)。

3 結(jié)語

提高高海拔山區(qū)的輸電線路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步研究輸電線路抗冰融冰技術(shù)，除了推廣當(dāng)前應(yīng)用廣泛的電流融冰、機(jī)械除冰、人工智能除冰技術(shù)外應(yīng)基于新技術(shù)開展電磁力、帶負(fù)荷融冰技術(shù)及新材料抗冰防冰措施的研究，達(dá)到預(yù)防事故的目的；輸電線路覆冰具有典型的微地形、微氣候特征，不同結(jié)構(gòu)物覆冰形成機(jī)理差別很大，影響導(dǎo)線是否覆冰、覆冰厚度的主要因素為空氣的溫度、濕度、風(fēng)速、水滴大小等，在具體的除冰過程中要根據(jù)不同的地理位置和覆冰情況選擇除冰方法。

目前輸電線路抗冰主動(dòng)防災(zāi)的研究在我國仍處于探索階段，沒有形成十分成熟的理論依據(jù)和比較典型的經(jīng)驗(yàn)，我們的相關(guān)理論研究還要根據(jù)實(shí)踐的檢驗(yàn)來反復(fù)改進(jìn)，因此，我們必須積極做好線路覆冰分析和管理，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，結(jié)合相對成熟的經(jīng)驗(yàn)確定線路出現(xiàn)覆冰的可能性，因地制宜地采取有效措施減少覆冰對輸電線路和桿塔的危害。

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