输电线路覆冰特征及其防治对策

输电线路覆冰特征及其防治对策

杨国峰张帅张文瀚

（国网山西省电力公司检修分公司030032）

摘要：输电线路覆冰是一种严重的自然灾害，可引发输电线路导线舞动、绝缘子闪络等事故，严重危害电力系统的安全运行。文中总结分析了输电线路覆冰的种类、性质及其影响因素，详细说明了由覆冰引起的绝缘子闪络和线路舞动的定义及防治方法，列举了现有的线路覆冰防治对策，为研究覆冰对输电线路的危害作了较全面的分析，有利于设计抵御冰灾的输电线路，提高了输电线路抵御自然灾害的能力。

关键词：输电线路覆冰；线路舞动；绝缘子闪络；防治对策

0.引言

在许多地区因雨凇、雾凇覆冰而使输电线路的荷重增加，严重覆冰会导致输电线路机械和电气性能急剧下降，从而导致覆冰事故的发生。输电线路覆冰是一种严重的自然灾害，可引发输电线路导线舞动、绝缘子串闪络等事故，严重危害电力系统的安全运行。美国、日本、英国、德国等多国都曾因输电线路覆冰而引发安全事故，造成了巨大的经济损失。我国是高压输电线路覆冰较严重的国家之一。高压输电线路具有档距较大、铁塔较高等特点，线路覆冰对其影响比较严重，同时，输电线路的电压等级较高，载流量较大，线路破坏造成的经济损失巨大。为此，本文研究了输电线路的覆冰特性及防治措施。

1.输电线路覆冰的种类与性质

按照覆冰形成的物理过程和气象条件，可将输电线路覆冰分为三类：第一类是由降水产生的覆冰雪，即降水覆冰，包括由冻雨而形成的雨凇和覆雪；第二类是处在过冷却状态下的液体云粒或水滴碰到地面物体上，经过冻结后而产生的覆冰，此类覆冰称为云中覆冰；第三类是大气中的水蒸汽直接冻结或经过凝华而在地面物体上形成的一种霜，是经过凝华而产生的，称为凝华覆冰，也称这种覆冰为晶状雾凇。在三类覆冰中，云中覆冰发生的概率最大，引起的输电线路事故也最多。根据水滴半径、空气中液态水含量、空气温度、风速四个参量，输电线路绝缘子覆冰分为干增长和湿增长过程，这主要取决于冰面的温度。在干增长过程中，冰面和环境温度低于０℃，而在湿增长过程中，冰面及环境温度等于０℃。研究表明对于不同类型的覆冰，雾凇和干雪是干增长过程，雨凇和湿雪则是湿增长过程，而混合凇湿是介于干、湿增长之间的一种覆冰过程。

2.影响输电线路覆冰的因素

输电线路覆冰的区别主要体现在覆冰种类、厚度及密度等差别上。影响绝缘子覆冰的因素很多，其中气象条件、海拔高度、凝结高度、地形及地理条件、绝缘子种类及外形、悬挂高度、水滴直径、风速风向、电场强度及泄漏电流等是常见的主要因素。

2.1气象因素

在冬季，当温度低于０℃时就会产生覆冰现象，大气中小水滴发生过冷却，在高空甚至在夏季小水滴也会发生过冷却。若处于过冷却水滴包围的输电线路绝缘子与气流中过冷却水滴发生碰撞，并冻结在绝缘子表面就形成了覆冰。有研究表明：导线表面发生覆冰现象必须有三个条件，即（１）大气中要有足够多的过冷却水滴；（２）导线能够捕获过冷却水滴；（３）过冷却水滴必须立即冻结或者在离开导线表面之前冻结。三个条件中条件（１）是必要条件，是气象学问题；条件（２）是流体力学的过程，故由流体力学定律来决定；条件（３）涉及到热力学问题，由覆冰表面的热平衡方程确定。

2.2海拔高度的影响

每一个地区都有一个起始结冰的海拔高程，即凝结高度。对于一个条件相同的地区来说，一般海拔高程愈高愈易覆冰，且多为雾凇；在海拔高程较低处，其冰厚虽较薄，但多为雨凇或混合冻结。我国覆冰凝结高度的分布特点是西高东低，北高南低。在凝结高度以上，随着高程的增加，覆冰厚度一般也会随之增加。

2.3地形及地理条件的影响

导线覆冰的轻重还取决于山脉走向、坡向与分水岭、台地、风口、江湖水体等因素。在山区导线覆冰受地形及地理的影响更为严重。据研究表明：东西走向山脉的迎风坡在冬季覆冰较背风坡严重，分水岭、风口处线路的覆冰较其他地形严重。

2.4季节的影响

覆冰主要发生在前一年的11月至次年３月之间，尤其是在入冬和倒春寒时，发生覆冰的机率最高。１月和12月几乎是所有重覆冰地区平均气温最低的月份，由于湿度相对较小，覆冰相对于其他月份较轻。而在11月份、２月底和３月初，虽然平均温度相对１月和12月较高，但湿度较高，覆冰较１月份要严重。

3.输电线路覆冰事故成因分析

通过对覆冰事故的长期观测和分析，我国输电线路覆冰事故的原因可归纳为以下几方面：（１）输电线路设计路径选择不合理，同时缺乏抗冰害的经验，导致冰害事故频繁发生；（２）某些输电线路的设计抗冰厚度低于实际覆冰值；（３）对于某些重冰区域的输电线路，虽然有一定的抗冰能力，但遇到极端恶劣天气时，输电线路机械及电气性能下降，导致发生严重的冰害事故。严重覆冰导致输电线路机械性能和电气性能急剧下降，是造成重大覆冰事故的直接原因。该原因主要体现在：（１）严重覆冰引起线路过荷载。（２）不均匀覆冰或不同期脱冰引起张力差，导致线股断口有缩颈和导线跳跃。（３）绝缘子串覆冰闪络引起绝缘子的绝缘强度降低。（４）不对称覆冰引起输电导线舞动。

4.输电线路覆冰事故防止措施及方法

在对输电线路覆冰长期观测和研究的基础上，结合国内外的现状和经验，防止输电线路冰害事故可从以下几方面入手：

（１）观测该地区的冰雪状况，掌握输电线路覆冰的规律。对各气象区域的气象状况进行长期监测，掌握输电线路覆冰规律，同时对历年来发生的覆冰事故进行详细记录，为输电线路的抗冰设计和防冰除冰措施选择提供参考。

（２）在输电线路设计时，应考虑微地形、微气候的影响，合理选择线路走向，进而设计合理的抗冰厚度。并对线路沿线的薄弱环节加以重视，安装行之有效的监测装置和防冰抗冰设备，确保线路安全运行。对于经常发生冰害事故的线路，可以对部分重冰区线路进行改道，或进行局部改造，提高其抗冰能力；对于大面积的覆冰地区，宜采用除冰、融冰措施来防止冰害事故。

（３）对输电线路覆冰的特点、机理进行深入观测和研究，绘制各地区输电线路覆冰雪分布图，开发有效的覆冰监测装置、防冰除冰措施和防覆冰舞动措施，制定积极有效的处理冰害事故的应急对策，尽量减少和防止冰害事故带来的灾害。

目前，大约有３0多种处于各种实验、研究及推广阶段的除冰方法和技术，大致可分为以下３大类：

①热力除冰法。热力除冰就是利用附加热源或导线自身发热，使冰雪在导线上无法积覆或者融化。利用焦耳热效应来加热导线，如带负荷融冰方法和短路电流融冰法。此外还可以通过电阻丝伴随加热及铁磁线圈因交流电感应出的边际电流间接加热。

②机械除冰法。机械除冰就是利用机械手工或者自动强制使导线上的覆冰脱落，主要有强力振动法和滑轮铲刮法。

③自然脱冰法。自然脱冰就是在导线上安装阻雪环、平衡锤等装置可使导线上的覆冰堆积到一定程度时，在风或其他自然力的作用下，使冰雪自行脱落。该方法简单易行，但可能会引起导线跳跃而发生线路事故。

参考文献：

[1]李政敏，庾振平，胡琰锋．输电线路覆冰的危害及防护［Ｊ］．电瓷避雷器，2006，（2）．

[2]蒋兴良，马俊,等．输电线路冰害事故及原因分析［Ｊ］．中国电力，2005５，38（11）.

[3]王少华．输电线路典型覆冰事故及防治技术分析［Ｊ］．高压电器，2010，46（10）．