10KV高壓架空線路除冰方法探析

張金利

摘 要：2008年，我國南方大部分地區(qū)發(fā)生了歷史較為罕見的低溫、冰凍天氣，極端雨雪冰凍天氣給電力設(shè)施造成了嚴重影響。在通常情況下，南方地區(qū)不會發(fā)生嚴重的線路覆冰現(xiàn)象，但是近幾年來，全球氣候異常，極端天氣頻發(fā)。導(dǎo)致架空線路覆冰造成架空電力設(shè)備損壞。如何利用先進的科學技術(shù)快速、安全、高效地清除架空線路上的覆冰，是保證架空線路安全可靠運行的關(guān)鍵之一。文章主要對當前架空電力線路覆冰的危害和覆冰產(chǎn)生的原因進行分析，在此基礎(chǔ)上提出了預(yù)防和應(yīng)對措施。

關(guān)鍵詞：架空電力；線路覆冰；電力系統(tǒng)

1、架空線路覆冰的危害

（1）線路覆冰導(dǎo)致大面積停電的危害

線路覆冰對整個電網(wǎng)造成嚴重影響，直接反映出來的就是大范圍的停電。線路覆冰使架空線路包裹上了一層厚厚的導(dǎo)體，不斷積累的覆冰導(dǎo)致架空線路嚴重變形。外置的架空線路通常輸電功率非常大，覆冰一方面降低了線路的絕緣性，一方面使的線路自身原有的性能受到影響，線路跳閘現(xiàn)象難以避免。在風力的作用下，很多時候兩條線路的距離變的非常小，進而發(fā)生導(dǎo)線短路造成線路跳閘現(xiàn)象。在線路跳閘的情況下，架空線路不能完成電能輸送。2008年1月下旬，中國中部就出現(xiàn)了嚴重的線路覆冰，其中在貴州，因為線路覆冰，導(dǎo)致全省電網(wǎng)500千伏架空線路基本癱瘓，41個市縣受到停電影響。

（2）線路覆冰造成過負載的危害

過負載危害，是指導(dǎo)線覆冰超過設(shè)計抗冰厚度（覆冰后導(dǎo)線質(zhì)量增加、風壓面積增加）而導(dǎo)致的事故。主要分為機械事故和電氣事故，其中機械事故是指對金具損壞、導(dǎo)線斷股、桿塔損折、絕緣子串翻轉(zhuǎn)、撞裂等事故；電氣事故，是指覆冰使線路弧垂增大導(dǎo)線與其他導(dǎo)體，不能保證足夠的安全距離，從而造成閃絡(luò)和燒傷、燒斷導(dǎo)線等事故。

（3）線路覆冰對桿塔的危害

線路覆冰在較短時間內(nèi)造成輸電線路的負重增加，給桿塔造成的壓力必然增大。線路覆冰嚴重時可以直接造成桿塔倒塌。在我國南方很多地區(qū)，由于高山、丘陵相對較多，同時線路覆冰現(xiàn)象發(fā)生相對較少，在桿塔設(shè)計過程中，對線路覆冰可能造成的危害準備不夠充分，在這種情況下，南方輸電線路桿塔在距離和高度上會存在比較大的差距。比如各個山頂桿塔之間的大跨越，山頂?shù)缴焦葪U塔之間的高落差。這種差距的存在即使在沒有發(fā)生線路覆冰的情形下，桿塔兩端受到的不平衡張力就比較大。當覆冰發(fā)生時，桿塔一端在短時間內(nèi)受力明顯增大，張力增大超過桿塔、導(dǎo)線所承受的極限時，就會發(fā)生桿塔倒塌。

當相鄰檔三條導(dǎo)線上的覆冰有一條脫落，或者導(dǎo)線的覆冰質(zhì)量不一致會產(chǎn)生三條導(dǎo)線張力差，導(dǎo)致導(dǎo)線縮頸或斷裂、絕緣子損傷或破裂、桿塔橫擔扭轉(zhuǎn)或變形、導(dǎo)線和絕緣子閃絡(luò)及導(dǎo)線電氣間隙減少而發(fā)生閃絡(luò)等。

2、影響架空線路覆冰的因素

（1）氣象因素

架空線路覆冰主要發(fā)生在11月至次年3月間，尤其在入冬和倒春寒時覆冰發(fā)生的頻率最高。當溫度低于0℃時，大氣中的小水滴將發(fā)生過冷卻，氣流中過冷卻水滴與處于過冷卻水滴包圍的架空線路導(dǎo)線發(fā)生碰撞，并凍結(jié)在導(dǎo)線表面而形成覆冰。這種現(xiàn)象也就是我們常見到的凍雨天氣，尤其是南方地區(qū)更容易發(fā)生，因為南方氣候比較潮濕，氣溫下降到0度以下時，空氣中的小水滴凝結(jié)成冰水混合物，在接觸到導(dǎo)線時會迅速結(jié)冰附著在架空線路上。

（2）線路走向及懸掛高度因素

東西走向的導(dǎo)線覆冰普遍較南北走向的導(dǎo)線覆冰嚴重。因為冬季覆冰天氣大多為北風或西北風，因此，在嚴重覆冰地段選擇線路走廊時，應(yīng)盡量避免導(dǎo)線呈東西走向。

（3）導(dǎo)線表面電場因素

試驗研究表明，電場強度較小時導(dǎo)線覆冰量、冰厚及密度隨電場強度增加而增加，可當電場足夠高時，帶電導(dǎo)線的覆冰比不帶電導(dǎo)線覆冰少很多，覆冰量與電壓極性有明顯關(guān)系；此外，在強電場作用下，導(dǎo)線覆冰的密度也較無電場時小。

3、架空線路除冰方法

針對架空線路覆冰現(xiàn)象，當前最重要的方法還是除冰，國內(nèi)外有很多除冰方法。目前，國內(nèi)外對除冰技術(shù)的開發(fā)相當重視，提出了30余種除冰技術(shù)。根據(jù)工作原理，這些除冰技術(shù)可歸納為以下三類：熱力除冰法、機械除冰法和自然被動除冰法

（1）熱力除冰法

現(xiàn)代熱力融冰的主要方法有三相短路融冰、帶負荷融冰等幾種方式。從焦耳定律可以看出，架空線路在傳輸電能過程中，自身也會產(chǎn)生相應(yīng)的熱能，通過這種熱能可以在很大程度上減少覆冰的發(fā)生。對于長時間的冰雪天氣而言，架空線路自身產(chǎn)生的熱能難以滿足需求。熱力除冰產(chǎn)生的電能，只能適應(yīng)短時間、冰雪災(zāi)害較輕的時候。熱力除冰雖然安全性高、除冰效果較好，但更多的是適用于局部架空線路除冰。雖然熱力除冰方法效果較明顯，但能量損耗大，投資成本高，不適用于遠距離防護和除冰。

（2）機械除冰法

機械除冰法分為：滑輪鏟刮法和強力振動法。

滑輪鏟刮法，是一種由地面操作人員拉動一個可在線路上行走的滑輪達到鏟除導(dǎo)線覆冰的方法，此種方法是目前唯一得到實際應(yīng)用的架空線路除冰的機械方法，但其被動性強，無防冰效果，工作強度大，效率低，易受地形限制。

強力振動法，是采用電磁力或電脈沖使導(dǎo)線產(chǎn)生強烈而又在控制范圍內(nèi)的振動來除冰，對雨淞效果有限，除冰效果不佳。由于機械除冰法在架空線路上使用時具有操作困難、安全性能不完善等缺點，在我國輸電線路應(yīng)用較少。

機械除冰就是通過一定的機械設(shè)備使得導(dǎo)線脫冰。但是由于輸電線路本身架設(shè)在高山等自然環(huán)境相對惡劣的地區(qū)，在事先沒有準備的情況下，難以直接通過機械進行除冰，同時架空線路自身具有導(dǎo)電性能，對機械操作的要求比較高，簡單除冰容易造成漏電等更嚴重的情況發(fā)生。機械除冰也可以在一定程度上理解為人工除冰，電力工作人員通過攀爬到架空線路上，借助一些簡單的外部工具進行除冰，費時費力、可操作性較低、安全性差。

（3）自然被動除冰法

自然被動除冰法是利用風或其它自然力的作用，再輔以恰當?shù)娜斯ぴO(shè)備，例如在導(dǎo)線上安裝阻雪環(huán)、平衡錘等裝置，使冰雪不易在導(dǎo)線上聚結(jié)而自行脫落，從而起到防、除冰作用。此類方法簡便易行，成本低，但通常只在特定時間和地域（如多風季節(jié)的山脊、風口）有效，不能全面徹底地防止輸電線路覆冰災(zāi)害。而正在研究中的輸電線路防覆冰涂料，也是一種被動除冰方法。被動除冰法雖不能保證可靠除冰，但無需附加能量；雖不能阻止冰的形成，但有助于限制冰災(zāi)。

4、結(jié)語

從前面的分析中可以看出，線路覆冰對電力供應(yīng)有著很大的影響，架空線路覆冰必須得到及時、有效的清理。在2008年南方冰雪災(zāi)害中，電力工人也為線路除冰做了很多工作。當前，輸電線路除冰方式相對機械，更多需要人工方式，早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)防、早處理對于線路覆冰有著重要作用。同時，需要盡快從技術(shù)從面入手，解除線路覆冰問題。