超高壓輸電線路冰害分析及防冰害對策研究

宋章勝，宋俊峰

（國網(wǎng)湖南超高壓輸電公司，湖南 衡陽 421002）

0 引 言

超高壓輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分之一，可以將高壓交流電輸送至各個(gè)地區(qū)。超高壓輸電線路運(yùn)行過程中，受覆冰的影響會(huì)出現(xiàn)故障，如絕緣子串覆冰脫落、金具被冰擊穿、導(dǎo)線斷股等。如果不及時(shí)處理這些故障，會(huì)影響整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。近年來，我國一些地區(qū)遭受了嚴(yán)重的雨雪冰凍災(zāi)害，很多輸電線路受到不同程度的影響。在此期間，相關(guān)研究人員深入分析輸電線路的冰害現(xiàn)象，并提出多種防冰害措施，以保證超高壓輸電線路的安全運(yùn)行。

1 超高壓輸電線路冰害成因

1.1 低溫降雪

我國地域遼闊，各地的自然條件和氣候環(huán)境差別很大。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，不同地區(qū)的能源需求也在不斷變化，需要根據(jù)不同地區(qū)的氣候特點(diǎn)及時(shí)調(diào)整超高壓輸電線路的運(yùn)行方式和工作模式。實(shí)際工作中，超高壓輸電線路受低溫降雪天氣的影響較大，尤其是在我國北方地區(qū)。覆雪是指降雪過程中，雪覆蓋在超高壓輸電線路和設(shè)備上，表面部分結(jié)冰。在這種特殊天氣下，電力部門必須采取科學(xué)合理的方法，及時(shí)采取相應(yīng)的措施對線路進(jìn)行維護(hù)和保護(hù)[1]。

1.2 水汽依附

在冬季，如果超高壓交流輸電線路或設(shè)備的表面或周圍環(huán)境中存在水分，就會(huì)形成水滴。低溫環(huán)境下，這些水滴遇冷后會(huì)附著在超高壓交流輸電線路和設(shè)備的表面，形成冰層。當(dāng)冰層達(dá)到一定的厚度時(shí)，會(huì)對超高壓交流輸電線路或設(shè)備造成破壞。如果冰層沒有及時(shí)處理，則會(huì)導(dǎo)致線路或設(shè)備受到嚴(yán)重的損壞，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)Ｖ惯\(yùn)行[2]。

1.3 蒸氣凝華

在氣候較為濕潤且氣溫較低的情況下，輸電線路容易出現(xiàn)凝華現(xiàn)象，即當(dāng)輸電線路周圍溫度較低時(shí)，空氣中的水蒸氣遇冷凝華，形成冰晶。這種凝華現(xiàn)象在我國南方地區(qū)較為常見，特別是在冬季，當(dāng)空氣溫度較低時(shí)，空氣中的水蒸氣遇冷凝結(jié)成冰晶。這些冰晶在線路上積累到一定程度后，會(huì)導(dǎo)致線路受力不平衡，進(jìn)而出現(xiàn)變形、斷裂等問題。在某些特定的氣候條件下，輸電線路中存在的冰晶體與導(dǎo)線之間會(huì)產(chǎn)生碰撞、摩擦，導(dǎo)致輸電線路表面發(fā)生龜裂。當(dāng)導(dǎo)線表面有裂紋時(shí)，導(dǎo)線間會(huì)出現(xiàn)一種“空隙”。如果冰晶體與導(dǎo)線之間的張力過大，這種“空隙”就會(huì)不斷增大[3]。

2 冰害故障特征分析

冰閃機(jī)理包括2個(gè)方面，一是由于絕緣子串覆冰導(dǎo)致表面導(dǎo)電性能發(fā)生改變，二是由于絕緣子覆冰后導(dǎo)致表面電導(dǎo)率發(fā)生改變。近年來，我國超高壓輸電線路中的冰閃故障主要集中在覆冰較多的地區(qū)，并且冰閃故障具有明顯的季節(jié)性。在覆冰過程中，絕緣子串的表面會(huì)形成一層水膜，當(dāng)水膜中含有導(dǎo)電離子時(shí)，其表面電導(dǎo)率會(huì)發(fā)生變化，冰閃電壓會(huì)隨著電導(dǎo)率的改變而改變。

當(dāng)絕緣子覆冰時(shí)，其表面導(dǎo)電性能和電導(dǎo)率會(huì)發(fā)生變化。此時(shí)，絕緣子表面會(huì)形成一層水膜。根據(jù)相關(guān)調(diào)查，當(dāng)絕緣子表面覆冰時(shí)，其表面的離子濃度最高是電導(dǎo)率的9倍，此時(shí)絕緣子表面的冰層導(dǎo)電性較好。此外，當(dāng)線路表面有污穢時(shí)，線路表面的離子濃度會(huì)大于絕緣子表面的離子濃度，此時(shí)絕緣子串覆冰后會(huì)產(chǎn)生水膜，使絕緣子表面出現(xiàn)污穢。對于普通絕緣子，其表面冰污越多，冰閃電壓越低。如果是帶電水霧或水膜，絕緣子串覆冰后會(huì)出現(xiàn)污閃現(xiàn)象。

偏心覆冰的存在會(huì)使導(dǎo)線截面特性發(fā)生變化，在風(fēng)的影響下，導(dǎo)線會(huì)產(chǎn)生舞動(dòng)。相關(guān)研究表明，不同的冰層厚度下，都有可能導(dǎo)致較高的冰層舞動(dòng)。當(dāng)風(fēng)向、風(fēng)速、線路以及偏心覆冰等條件達(dá)到一定程度時(shí)，即使覆冰線路的冰層厚度很小，但由于冰層的不均勻，導(dǎo)線也可能產(chǎn)生舞動(dòng)。

3 超高壓輸電線路防冰害對策

3.1 強(qiáng)化線路覆冰觀察以掌握覆冰規(guī)律

為防止線路覆冰，在設(shè)計(jì)輸電線路時(shí)，要充分考慮線路的冰害因素，并對該線路可能存在的覆冰情況進(jìn)行詳細(xì)考察。針對具體情況展開考察，測量具體的覆冰厚度，并繪制出線路覆冰示意圖。在對輸電線路進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合線路的覆冰厚度明確桿塔位置和導(dǎo)線位置。同時(shí)，要觀察并及時(shí)記錄線路覆冰情況[4]。

設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合自身實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)和對相關(guān)技術(shù)的掌握程度，展開調(diào)查分析，確定線路覆冰厚度計(jì)算方法，并采取相應(yīng)措施避免覆冰現(xiàn)象的發(fā)生。

為避免覆冰現(xiàn)象的發(fā)生，在實(shí)際操作中要詳細(xì)考察線路的走向和位置，并全面了解具體的覆冰情況，確定是否需要采取防冰害措施。此外，還要做好氣象觀測工作，結(jié)合實(shí)際情況展開詳細(xì)的氣象觀測和分析。實(shí)際觀察中，全面分析覆冰量和覆冰率等數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)確定是否需要采取防冰害措施。

3.2 研究覆冰機(jī)理以繪制覆冰分布

輸電線路的覆冰過程是一個(gè)復(fù)雜的物理過程，主要包括冰層形成、發(fā)展、生長以及融化等。在整個(gè)覆冰過程中，還會(huì)受外界環(huán)境因素的影響。研究超高壓輸電線路的覆冰機(jī)理是研究輸電線路覆冰規(guī)律的關(guān)鍵。不同地區(qū)、不同季節(jié)以及不同風(fēng)速條件下，輸電線路的覆冰厚度與分布情況有所不同。

通過研究氣象數(shù)據(jù)和覆冰深度，確定風(fēng)速、溫度以及相對濕度等因素對導(dǎo)線覆冰厚度的影響程度，進(jìn)而繪制輸電線路的覆冰分布圖，反映該地區(qū)的氣象條件對輸電線路覆冰厚度的影響程度。各個(gè)地區(qū)的地理位置和氣候條件有所不同，因此所能承受的最大覆冰重量也有所不同，在輸電線路的設(shè)計(jì)與運(yùn)行過程中，必須根據(jù)具體情況計(jì)算覆冰厚度，以保證輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在計(jì)算覆冰厚度時(shí)，要考慮環(huán)境條件和覆冰重量等因素，導(dǎo)線覆冰厚度的計(jì)算方法不唯一。但準(zhǔn)確性有所差異，因此在實(shí)際計(jì)算時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況來進(jìn)行選擇[5]。

3.3 設(shè)計(jì)多種監(jiān)測方式相結(jié)合的一體化監(jiān)測系統(tǒng)

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，我國超高壓輸電線路也逐漸向信息化方向發(fā)展。通過這種方式，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測輸電線路覆冰情況。尤其是利用光纖傳感技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測輸電線路的覆冰情況。高壓輸電線路監(jiān)測系統(tǒng)是將光纖傳感技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合形成的一種一體化監(jiān)測系統(tǒng)。這種監(jiān)測系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對輸電線路覆冰情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，不僅能準(zhǔn)確定位導(dǎo)線的覆冰位置，還能及時(shí)確定導(dǎo)線的覆冰厚度。同時(shí)，由于光纖傳感器自身具備優(yōu)良的抗電磁干擾能力和較強(qiáng)的耐低溫性能，光纖傳感技術(shù)還可以應(yīng)用于高壓輸電線路覆冰監(jiān)測，為輸電線路防冰提供有力支撐。

高壓輸電線路監(jiān)測系統(tǒng)還具有以下優(yōu)勢：首先，高壓輸電線路監(jiān)測系統(tǒng)可以通過在線監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)輸電線路，從而及時(shí)掌握線路的運(yùn)行狀況；其次，高壓輸電線路監(jiān)測系統(tǒng)能利用光纖傳感技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測導(dǎo)線覆冰情況，有效提高導(dǎo)線覆冰情況的監(jiān)測效率；最后，高壓輸電線路監(jiān)測系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力，不僅能對超高壓輸電線路的覆冰情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，還能將高壓輸電線路的運(yùn)行狀況以曲線圖的形式繪制出來，有效提高超高壓輸電線路的運(yùn)行效率，保障超高壓輸電線路安全運(yùn)行。

3.4 構(gòu)建輸電線路一體化運(yùn)維體系

將輸電線路運(yùn)維工作、電力搶修工作與輸電線路監(jiān)測系統(tǒng)相結(jié)合，可以使輸電線路運(yùn)維體系更具整體性和協(xié)調(diào)性，有效提高運(yùn)維效率，實(shí)現(xiàn)對輸電線路的精準(zhǔn)運(yùn)維，降低維護(hù)成本。

第一，對電力搶修部門進(jìn)行專業(yè)化改革。將電力搶修隊(duì)伍分為專業(yè)搶險(xiǎn)隊(duì)伍和臨時(shí)搶修隊(duì)伍2類，明確職責(zé)、合理分工，并建立長效管理機(jī)制。在專業(yè)搶險(xiǎn)隊(duì)伍中，設(shè)立專門的事故處理小組，負(fù)責(zé)對輸電線路進(jìn)行故障排查和處理；在臨時(shí)搶修隊(duì)伍中，設(shè)立專門的應(yīng)急搶修小組，負(fù)責(zé)輸電線路故障的搶修工作。通過這2個(gè)小組的配合，可以顯著提升輸電線路的故障搶修效率，有效縮短輸電線路的故障處理時(shí)間。

第二，電力搶修部門負(fù)責(zé)輸電線路的定期檢修工作。在輸電線路的日常檢修工作中，要以確保輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行為前提，采取科學(xué)合理的檢修方案，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并進(jìn)行處理。

第三，電力搶修部門應(yīng)與輸電線路監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，利用輸電線路監(jiān)測系統(tǒng)有效收集輸電線路的實(shí)際運(yùn)行狀況。通過輸電線路監(jiān)測系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)輸電線路出現(xiàn)的故障，使電力搶修人員能及時(shí)趕到現(xiàn)場進(jìn)行處理。

第四，在輸電線路出現(xiàn)故障時(shí)，電力搶修人員要及時(shí)對故障位置進(jìn)行定位，盡快對故障點(diǎn)進(jìn)行排查和處理，降低故障影響，保障輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)輸電線路出現(xiàn)故障時(shí)，要采取科學(xué)合理的措施進(jìn)行處理，盡可能避免造成更大的損失。

4 結(jié) 論

文章主要分析輸電線路的冰害成因，并提出相應(yīng)的防冰害對策。即要加強(qiáng)對輸電線路覆冰情況的觀測，掌握輸電線路的覆冰規(guī)律；提高輸電線路的設(shè)計(jì)水平，保證導(dǎo)線的張力、線徑以及桿塔結(jié)構(gòu)等滿足輸電線路運(yùn)行要求；做好輸電線路的防冰害措施；建立綜合監(jiān)測體系，提高輸電線路防冰監(jiān)測能力。在解決輸電線路防冰問題時(shí)，注重對輸電線路運(yùn)行特點(diǎn)的研究，從實(shí)際情況出發(fā)，采取合適的措施進(jìn)行防冰，從而降低冰害事故的發(fā)生率，提高供電可靠性和安全性，確保電力系統(tǒng)能安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。