論輸電線路覆冰防護(hù)

羅思敏　邱　創(chuàng)

摘要：輸電線路覆冰可導(dǎo)致桿塔傾斜或倒塌、斷線、閃絡(luò)等危害，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。要減小線路覆冰對(duì)輸電線路的危害，首先應(yīng)提高電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)質(zhì)量。采用具有高強(qiáng)度、防冰雪等特點(diǎn)的新型導(dǎo)線和憎水性涂料可有效減少線路覆冰。易覆冰地區(qū)線路絕緣子串的合理安裝可消除覆冰線路冰閃狀況。大力發(fā)展除冰技術(shù)是防治覆冰的重要措施。

關(guān)鍵詞：輸電線路；覆冰；防護(hù)措施

中圖分類(lèi)號(hào)：TP212

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-3198(2009)08-0292-02

1引言

2008年初的冰凍天氣造成的線路覆冰給南方電網(wǎng)帶來(lái)的災(zāi)難性后果至今仍讓人揪心。以貴州電網(wǎng)為例，持續(xù)的低溫、雨雪、冰凍天氣影響，造成貴州電網(wǎng)500千伏網(wǎng)架基本癱瘓。最嚴(yán)重時(shí)，貴州電網(wǎng)分成五片分列運(yùn)行，220千伏以下低壓配電線路遭到嚴(yán)重?fù)p壞，累計(jì)停運(yùn)500千伏線路13條、變電站5座，220千伏線路62條、變電站27座，110千伏線路268條、變電站165座。致使全省50個(gè)縣市先后受到停電影響，貴陽(yáng)市一度面臨全部停止供電的威脅。停電還影響了湘黔電氣化鐵路等相關(guān)路段13座牽引變電站的正常運(yùn)行，貴州停止向廣東送電。這些災(zāi)難性的后果，無(wú)一不突顯出線路覆冰防護(hù)的重要性，以下是防止線路覆冰的幾種措施。

2合理規(guī)劃設(shè)計(jì)輸電網(wǎng)

冷的雨滴降落到了溫度低于冰點(diǎn)(0℃)的物體上就形成雨凇。如果是凝結(jié)在電線上，就使電線覆冰，這就是電線覆冰。如果一個(gè)范圍內(nèi)的所有電線都被冰包住，這就是線路覆冰。我國(guó)西北、東北地區(qū)線路和桿塔上也有覆冰，但由于氣候干燥，導(dǎo)致這些覆冰密度較小，被成為霧凇，對(duì)桿塔和線路不會(huì)造成太大影響。而在湖北、湖南、貴州等地恰恰具備形成雨凇的條件，由于氣溫低、濕度大，凍雨滴落到線路上后立即凝結(jié)，形成雨凇，導(dǎo)致線路覆冰。

在電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)階段要進(jìn)行廣泛的調(diào)查研究，搞清楚電網(wǎng)經(jīng)過(guò)區(qū)域歷史上出現(xiàn)過(guò)的覆冰災(zāi)害狀況。對(duì)于南方地區(qū)，應(yīng)盡量避開(kāi)高山風(fēng)口、林區(qū)等嚴(yán)重覆冰地段，無(wú)法避開(kāi)覆冰區(qū)的線路采取增加桿塔強(qiáng)度、縮小當(dāng)距、增大塔窗尺寸、使用防冰特殊導(dǎo)線、加防冰涂料等預(yù)防性措施。除此之，外還應(yīng)確定正確的抗御覆冰災(zāi)害的標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)家電網(wǎng)公司2008年3月1日宣布，將調(diào)整電網(wǎng)設(shè)計(jì)、建設(shè)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以提高電網(wǎng)大范圍抗冰能力。根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司公布的相關(guān)調(diào)整方案：35～330千伏電網(wǎng)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)由15年一遇提高到30年一遇，500千伏電網(wǎng)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)由30年一遇提高到50年一遇，750千伏電網(wǎng)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，正在建設(shè)特高壓工程設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇。

3采用新型導(dǎo)線和憎水性涂料

如JRLX／T復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線(美國(guó)名ACCC導(dǎo)線)，其結(jié)構(gòu)為芯線由碳纖維為中心層和玻璃包覆制成的單根芯棒，以此替代常規(guī)鋼芯鋁絞線鋼芯，外層與鄰?fù)鈱愉X線股為梯形截面。這項(xiàng)用碳纖維材料開(kāi)發(fā)的新型導(dǎo)線具有耐高溫、大容量、低弧垂、低能耗、重量輕、壽命長(zhǎng)等顯著特點(diǎn)，它具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)并由此將冰災(zāi)的危害降到最低。

(1)耐熱性好，載流量是常規(guī)鋼芯鋁絞線兩倍。ACCC導(dǎo)線在200℃高溫下能有效運(yùn)行，而常規(guī)鋼芯鋁絞線的使用溫度為100℃。因此，特別是在大雪災(zāi)發(fā)生時(shí)，通過(guò)提高輸電線的載流量，將導(dǎo)線的工作溫度提高至200℃，及時(shí)融化輸電線上覆蓋的冰雪，能最大限度保護(hù)輸電線免受冰雪的影響。

(2)強(qiáng)度大。普通鋼絲的抗拉強(qiáng)度為1240Mpa－1410Mpa,而ACCC導(dǎo)線的碳纖維混合固化芯棒，是前者的兩倍。因此，當(dāng)輸電線上覆冰后，能承受普通導(dǎo)線兩倍的重量，大大增加了導(dǎo)線的載重量。

(3)低弧垂，降低z倍以上垂度。ACCC導(dǎo)線與普通導(dǎo)線相比具有顯著的低弛度特性，在高溫條件下弧垂不到鋼芯鋁絞線的1／2，能有效減少架空線的絕緣空間走廊，提高了導(dǎo)線運(yùn)行的安全性和可靠性。

(4)重量輕10％－20％。碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的比重約為鋼的1／4，在相同的外徑下，ACCC的鋁截面積為普通導(dǎo)線的1.29倍。ACCC導(dǎo)線單位長(zhǎng)度重量比常規(guī)ACSR導(dǎo)線輕10％－20％，顯示了ACCC導(dǎo)線重量輕的優(yōu)點(diǎn)。自身重量的減輕，更增加其在冰雪中的承載能力。

利用憎水性涂料可以達(dá)到防覆冰的目的，雖不能保證可靠除冰，也不能保證完全阻止冰的形成，但無(wú)需借助外界能量，有利于限制冰災(zāi)的發(fā)生。水易與氫粘合，這是冰構(gòu)造的基礎(chǔ)，故水和冰能夠吸入具有氫結(jié)構(gòu)成分(即氧原子)的襯底，冰附著力低的表面應(yīng)是無(wú)氧原子的，或更具惰性的原子或原子團(tuán)將氧原子隔開(kāi)。以碳?xì)浠衔锖吞挤衔餅槔麄兌季哂械臀院偷捅街芰Γ堰@些憎水性化合物涂于輸電導(dǎo)線、桿塔、絕緣子等上面，降低冰與襯墊表面的附著力，雖不能完全防止冰的形成，但可使凍雨和雪等凍結(jié)或粘結(jié)到導(dǎo)線或絕緣子上之前就可以在自然力，如風(fēng)或?qū)Ь€及絕緣子的擺動(dòng)等力的作用下自然滑落，或者使冰或雪在導(dǎo)線和絕緣子上的附著力明顯降低，達(dá)到防止覆冰、減小線路因覆冰出現(xiàn)事故的目的。與此同時(shí)，在特定條件下，這種方法還能有效阻止絕緣子之間的污穢閃絡(luò)，使用憎水性涂料可謂一舉兩得。

4合理安裝絕緣子消除冰閃

(1)懸式絕緣子增加大盤(pán)徑傘裙。

大盤(pán)徑傘裙可有效阻隔融冰水形成的水簾閃絡(luò)通道，較好的起到防止絕緣子串冰閃的功效。具體來(lái)講，增加大盤(pán)徑傘裙有以下幾種方法：大盤(pán)徑絕緣子隔斷，即在懸式瓷絕緣子上中下部位備更換一片大盤(pán)徑絕緣子以隔斷冰凌橋接通道；特制合成絕緣子，即定做上中下部位各有一片大傘裙的合成絕緣子；合成絕緣子加大盤(pán)徑絕緣子，即在原來(lái)運(yùn)行的合成絕緣予上方加一片大傘裙瓷絕緣子；粘貼大傘裙或絕緣板，即將合成絕緣子與特制大傘裙或絕緣板通過(guò)粘合等方法固定為一體。

(2)懸垂絕緣子串斜掛。

絕緣子串水平懸掛、V型懸掛或倒V型懸掛均可提高覆冰絕緣子串冰閃電壓，而對(duì)直線桿塔來(lái)說(shuō)，懸垂絕緣子串改水平或V型懸掛比較困難，而改為倒V型懸掛工作量也比較大，而“架空送電運(yùn)行規(guī)程”規(guī)定直線桿塔的絕緣子串順線路方向的偏角不得大于7.5°，這是從直線桿塔兩側(cè)的導(dǎo)線檔距內(nèi)的受力平衡來(lái)考慮的。如果考慮了兩側(cè)的平衡，有意識(shí)的將順線路方向的絕緣子串偏斜角加大，也可以改善覆冰絕緣子的冰閃電壓。

5大力發(fā)展除冰技術(shù)

目前，國(guó)內(nèi)外除冰法有30多種，大致可分為熱力除冰法、機(jī)械除冰法和自然脫冰發(fā)三類(lèi)。

(1)熱力融冰法。

熱力融冰法中以短路電流法和帶負(fù)荷融冰法較為常見(jiàn)。短路電流法是通過(guò)加低電壓提供較大的短路電流。從而加熱導(dǎo)線，使覆冰融化。負(fù)荷融冰法是通過(guò)改變潮流的分配，加大目標(biāo)線路上的負(fù)荷電流，使導(dǎo)線表面溫度達(dá)冰點(diǎn)以上，從而落在導(dǎo)體表面的雨雪便不會(huì)結(jié)冰。這兩種方法均運(yùn)用了焦耳效應(yīng)，且被運(yùn)用于實(shí)際，具有較好的效果，另外兩種方法——電阻絲伴隨加熱和鐵磁線則應(yīng)用較少。

(2)機(jī)械除冰法。

機(jī)械除冰法即利用各種機(jī)械動(dòng)力使冰產(chǎn)生應(yīng)力破壞從導(dǎo)線上脫落。滑輪輾壓鏟刮法是利用滑輪在線路上的輾壓作用破壞冰應(yīng)力結(jié)構(gòu)，它是目前唯一可行的輸電線路除冰的機(jī)械方法。滑輪鏟刮法的優(yōu)點(diǎn)是不需特別的設(shè)備和專(zhuān)家、能耗小、操作簡(jiǎn)便、實(shí)用性強(qiáng)及價(jià)格低廉，缺點(diǎn)是費(fèi)時(shí)、安全性不完善及受地形限制。具統(tǒng)計(jì)，要對(duì)1公里線路進(jìn)行滾壓除冰需1至2個(gè)小時(shí)。另外還有一些方法如ad hoe法、強(qiáng)力振動(dòng)法等很少使用。

(3)自然脫冰法。

自然脫冰法是不需要外界供給能量而靠自然力除冰防冰的方法。如可在導(dǎo)線上安裝阻雪環(huán)、平衡錘使導(dǎo)線上的覆冰達(dá)到一定厚度后，依靠風(fēng)力、地球引力、輻射及溫度突變等作用自行脫落。經(jīng)實(shí)踐表明，規(guī)則間隔環(huán)與防冰重球有較好的除冰效果。

(4)其他方法。

除上述方法外，電子凍結(jié)、電暈放電和碰撞前顆粒凍結(jié)、加熱、用高頻波激勵(lì)在60kHz到100kHz范圍內(nèi)融冰等方法正處于國(guó)內(nèi)外研究之中。其中高頻激勵(lì)法是發(fā)展叫快的一種。

針對(duì)不同地區(qū)和實(shí)際情況，我們應(yīng)選取適當(dāng)?shù)某胧﹣?lái)除去線路覆冰，與此同時(shí)，更應(yīng)大力發(fā)展除冰新技術(shù)，保障電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。