高海拔山區(qū)輸電線路抗冰主動防災(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。如果線體覆冰就會對引起導(dǎo)線、金屬、絕緣子及桿塔的應(yīng)力超過其極限強度，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) 抗冰主動防災(zāi)設(shè)計

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

1 運輸線路覆冰的危害

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個省、市電網(wǎng)（約占全國電網(wǎng)總數(shù)的43%），近570個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)損壞極其嚴重。輸電線路覆冰會對線路產(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)遭受到嚴重的冰雪災(zāi)害時，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，嚴重時也可能發(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)致偏遠山區(qū)出現(xiàn)供電問題。

1.2 冰閃加大

通常情況下，覆冰會使絕緣子受到一定的影響，導(dǎo)致運輸電路的絕緣強度開始下降，線路泄露的距離也會開始降低，此時若氣溫開始回升，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防災(zāi)能力的技術(shù)研究

2.1 優(yōu)化運輸線路設(shè)計

（1）對山區(qū)輸電線路覆冰分布規(guī)律進行調(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理，基于主動防災(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，并進行該主動防災(zāi)裝置的結(jié)構(gòu)及構(gòu)造設(shè)計，采用不同的建模方式比較分析桿件結(jié)構(gòu)受力情況，必要時進行塔架結(jié)構(gòu)承載力試驗，基于試驗結(jié)果對模型進行修正，然后進行傳力機制及承載力分析，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，大幅度縮短搶修時間，達到防災(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)計的方法，并且保證每個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)線脫冰會產(chǎn)生舞動，在預(yù)絞絲式護線條附近會產(chǎn)生很大的軸向剪切力，此時，導(dǎo)線就很容易發(fā)生斷股，嚴重時甚至?xí)a(chǎn)生導(dǎo)線熔斷。

（3）加大爬電比距。這項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。可以根據(jù)實際情況采取改進措施，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)生時可以擴散出電離子氣，并且此時產(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)的運輸線路進行絕緣改造，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)線上的覆冰厚度達到一定程度時，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用最低的除冰方式，但是除冰的時間較長，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）采用機械除冰法。機械除冰法是通過對覆冰的導(dǎo)線施加機械力，從而使覆冰脫落的過程。機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、槍擊必要時采用直升機等方式的除冰方法，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比較新的除冰方式，機器人不僅可以對輸電線路上的覆冰和積雪進行清除，還可以根據(jù)不同的任務(wù)需要更換不同的任務(wù)頭，實現(xiàn)多種工作任務(wù)，機器人的功能強大，但是缺點是不能故障作業(yè)，只能在兩檔之間作業(yè)，經(jīng)過專家改進后的機器人具備了越障作業(yè)的功能，工作效率明顯提升，機器人的除冰原理是機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)計標準，進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、帶負荷融冰技術(shù)及新材料抗冰防冰措施的研究，達到預(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，我們的相關(guān)理論研究還要根據(jù)實踐的檢驗來反復(fù)改進，因此，我們必須積極做好線路覆冰分析和管理，進行技術(shù)經(jīng)濟比較，結(jié)合相對成熟的經(jīng)驗確定線路出現(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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