架空輸電線路覆冰危害預防措施分析

秦文祥??

【摘要】架空輸電線路覆冰對電網有著很大的危害，進而對電網運營和經濟發展造成很大的負面影響，導線發生覆冰后易；誘發舞動，其脫冰引發的導線跳躍也容易致使斷線、倒塔等事故發生。為使高壓電網安全可靠地運行；對輸電線路覆冰形成機理的研究以及覆冰荷栽下的力學研究是一個重要課題。

【關鍵詞】預防；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，我國南方大部分地區出現了歷史罕見的低溫、雨雪冰凍天氣。給輸變電設施帶來大面積覆冰。雪災導致國家電網直接經濟損失高達104.5億元。正確認識電網覆冰的危害，加強和改善線路的抗覆冰能力對保證電力線路安全、提高電網可靠性具有至關重要的作用。

1. 輸電線路覆冰危害的特點

1.1線路覆冰倒桿（塔）斷線的特點。

線路覆冰倒桿（塔）斷線的特點：一是由于覆冰時桿（塔）兩側的張力不平衡造成的。在一些地形起伏較大的地區，兩相鄰的桿（塔）在高度和距離上存在很大的差距，在還未覆冰時兩側就形成了較大的不平衡張力，當線路上出現大密度的覆冰時，桿（塔）兩側的不平衡張力加劇，當張力不斷加大，直至到達桿（塔）、導線所能承受的極限時，就出現了導線斷落或桿（塔）倒塌的現象。因此，在災后恢復和未來的設計改造中，應盡量避免大高度差、大距離和大轉角。二是線路上有大密度的雨凇覆冰時，因為雨凇覆冰是“濕”度增長過程，其粘附能力強，不易掉落。在風的激勵下，導線會產生大振幅、低頻率的自激振動。當舞動的時間過長時，會使導線、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特性。

（1）絕緣子的冰閃是冰害的另一種，當絕緣子發生覆冰現象后，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很快溶解污穢物中的電解質，并提高融冰水或冰面水膜的導電率，引起絕緣子串電壓分布的畸變（而且還會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，將會使絕緣子覆冰融化時，冰水電導率進一步增加。另外有關試驗數據表明，覆冰越重、電壓分布畸變越大，絕緣子串兩端，特別是高壓引線端絕緣子承受電壓百分數越高，最終造成冰閃事故。

（2）實際上，純冰的電阻很高，完全可以滿足電力系統安全運行的要求，只有當冰中混雜有導電雜質后，覆冰絕緣子的閃絡電壓才會降低。這不僅因為冰閃是由于冰中含有污穢等導電雜質造成的，而且從污穢絕緣子和覆冰絕緣子的耐受電壓和閃絡機理也可發現其相似性。

2. 架空輸電線路防冰除冰措施

雪災過后，為了提高電網對冰雪災害的應對能力，國家電網公司提出，將全面提高電網設防標準，其中110～330KV電網設防標準由15年一遇提高到30年一遇：500kV電網設防標準由30年一遇提高到50年一遇：750kV電網設防標準為50年一遇。正在建設的特高壓工程設防標準按100年一遇考慮。除此之外，應該有針對性地對導線防舞、導線自身性質以及防冰除冰采取相應措施，為貫徹“避、抗、融、改、防”五字方針，國內主要采取以下防水除冰措施。

2.1導線防舞。

這次冰災過程中，大量線路在覆冰嚴重的情況下發生舞動。導致倒塔斷線。線路舞動機理復雜，防舞動機理和措施研究是世界性的難題。對于導線舞動，已建立了導線的結構動力學模型，并對自由振動以及舞動進行了分析計算。國內外學者也提出多種方法，增加相間導線及對地線的電氣間隙，同時提高桿塔的強度，縮短耐張段長度和檔距，提高導地線的最大張力。加大金具及絕緣子的安全系數，滿足部件強度的需要。將目前地線普遍采用的GJ-50鋼絞線改為GJ-70鋼絞線.與導線最大應力相匹配。導地線覆冰后弛度變化相近。應防止造成混線；在有條件時應減少導線垂直排列方式。還可以在局部覆冰舞動嚴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.應著手于防冰。在導線表面包涂憎水憎冰性涂料，要求這種涂料不僅對金屬基體有很好的結合力、較高的熱傳導性，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，從而達到防止凝冰和除冰的目的。現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線之間的黏附力。到目前為止。國內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的實驗室條件下對靜態（未通電和未考慮風速）鋁導線有一定的防冰效果，是一種值得研發的具有發展前景的防覆冰涂料。

2.3除冰。

目前，國內外除冰防冰的方法有30余種，基本上可分為機械除冰法和熱力除冰法2類。

2.3.1機械除冰法。

利用各種機械動力使導線脫冰，目前經常使用的有ADHOC法、滑輪鏟刮法。盡管機械除冰法價格低廉，但是耗費大量人力物力，可操作性低，安全性很差。

2.3.2熱力除冰法。

（1）根據焦耳定律可知，在傳輸電能的過程中導線本身會產生熱能。可以利用該性質融冰。熱力融冰法主要有改變潮流分配融冰、三相短路融冰、帶負荷融冰及采用低居里點合金熱敏電線等方法。

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

3. 結語

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

（1）進一步優化輸電通道的規劃布局，同一方向重要輸電通道應盡可能分散走廊，盡可能減少易發生嚴重自然災害的同一氣象帶重要輸電通道數量，重點城市和經濟發達區域形成多回路線路供電。

（2）對電網實施區別化設計，可以將桿塔、線路分為A、B、C3類，制定區別對待的設計標準。A類指跨高速公路、鐵路、河流等。對其他重要系統產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、維護或對環境生態有重大影響的輸電塔和線路；C類指其他輸電塔和線路。

（3）對導線和絕緣子表面憎冰涂料進一步研究，從根本上防止導線覆冰。