本文摘要：摘要：架空輸電線路覆冰對(duì)電網(wǎng)有著很大的危害，進(jìn)而對(duì)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成很大的負(fù)面影響，導(dǎo)線發(fā)生覆冰后易;誘發(fā)舞動(dòng)，其脫冰引發(fā)的導(dǎo)線跳躍也容易致使斷線、倒塔等事故發(fā)生。為使高壓電網(wǎng)安全可靠地運(yùn)行;對(duì)輸電線路覆冰形成機(jī)理的研究以及覆冰荷栽下的
摘要：架空輸電線路覆冰對(duì)電網(wǎng)有著很大的危害，進(jìn)而對(duì)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成很大的負(fù)面影響，導(dǎo)線發(fā)生覆冰后易;誘發(fā)舞動(dòng)，其脫冰引發(fā)的導(dǎo)線跳躍也容易致使斷線、倒塔等事故發(fā)生。為使高壓電網(wǎng)安全可靠地運(yùn)行;對(duì)輸電線路覆冰形成機(jī)理的研究以及覆冰荷栽下的力學(xué)研究是一個(gè)重要課題。
關(guān)鍵詞：架空輸電線路;覆冰問(wèn)題;研究
1覆冰形成原因和過(guò)程
導(dǎo)線覆冰首先是由氣象條件決定的，是受溫度、濕度、冷暖空氣對(duì)流、環(huán)流以及風(fēng)等因素決定的綜合物理現(xiàn)象。云中或霧中的水滴在0℃或更低時(shí)與輸電線路導(dǎo)線表面碰撞并凍結(jié)時(shí)，覆冰現(xiàn)象就產(chǎn)生了。
覆冰按形成條件及性質(zhì)可分為A、B、C、D、E五種類(lèi)型。
A型稱(chēng)雨凇覆冰，是在凍雨期發(fā)生于低海拔地區(qū)的覆冰，持續(xù)時(shí)間一般較短，環(huán)境溫度接近冰點(diǎn)，風(fēng)相當(dāng)大，積冰透明，在導(dǎo)線上的粘合力很強(qiáng)，冰的密度很高，雨凇覆冰是混合凇覆冰的初級(jí)階段，由于凍雨持續(xù)期一般較短，因此，導(dǎo)線覆冰為純粹的雨凇覆冰的情況相對(duì)較少。
B型稱(chēng)混合凇，當(dāng)溫度在冰點(diǎn)以下，風(fēng)比較猛時(shí)，則形成混合凇。在混合凇覆冰條件下，水滴凍結(jié)比較弱，積冰有時(shí)透明，有時(shí)不透明，冰在導(dǎo)線上粘合力很強(qiáng)。導(dǎo)線長(zhǎng)期暴露于濕氣中，便形成混合凇�；旌馅∈且粋�(gè)復(fù)合覆冰過(guò)程，密度較高，生長(zhǎng)速度快，對(duì)導(dǎo)線危害特別嚴(yán)重。
C型稱(chēng)軟霧凇，是由于山區(qū)低層云中含有的過(guò)冷水滴，在極低溫度與風(fēng)速較小情況下形成的。這種積冰呈白色、不透明、晶狀結(jié)構(gòu)、密度小，在導(dǎo)線上附著力相當(dāng)弱。最初的結(jié)冰是單向的，由于導(dǎo)線機(jī)械失衡，逐漸圍繞導(dǎo)線均勻分布，在此情況下，這種冰對(duì)導(dǎo)線一般不構(gòu)成威脅。
D型和E型分別為白霜、雪，白霜是空氣中濕氣與0℃以下的物體接觸時(shí)，濕氣往冷物體表面凝合形成的，白霜在導(dǎo)線上的粘結(jié)力十分微弱，即使是輕輕地振動(dòng)，也可以使白霜脫離所粘結(jié)導(dǎo)線的表面，與其他類(lèi)型覆冰相比，白霜基本不對(duì)導(dǎo)線構(gòu)成嚴(yán)重危害。
導(dǎo)線覆冰的基本物理過(guò)程是嚴(yán)冬或初春季節(jié)，當(dāng)氣溫下降至-5～0℃，風(fēng)速為3～15m/s時(shí)，如遇大霧或毛毛雨，首先將在導(dǎo)線上形成雨凇，這時(shí)如果氣溫再升高，雨凇則開(kāi)始融化，如天氣繼續(xù)轉(zhuǎn)晴，則覆冰過(guò)程就停止;這時(shí)如果天氣驟然變冷，出現(xiàn)雨雪天氣，凍雨和雪則在粘結(jié)強(qiáng)度較高的雨凇面上迅速增長(zhǎng)，形成較厚的冰層;如溫度繼續(xù)下降至-15～-8℃，原有冰層外則積覆霧凇。在這樣一個(gè)過(guò)程中，出現(xiàn)多次晴～冷變化天氣，短暫的融化加強(qiáng)了冰的密度，如此往復(fù)發(fā)展將形成霧凇和雨凇交替重疊的混合凍結(jié)物，即混合凇。
2輸電線路覆冰的危害
2.1相間短路事故
當(dāng)導(dǎo)線和避雷線上的覆冰有局部脫落時(shí)，因各導(dǎo)線的載荷不均勻使導(dǎo)線發(fā)生跳躍現(xiàn)象，從而使導(dǎo)線發(fā)生碰撞，造成相間短路。
2.2絕緣子串短路造成的接地事故
絕緣子串覆冰后，雖然其冰層厚度所增加的質(zhì)量不大，但會(huì)大大降低絕緣子串的絕緣水平。在懸式絕緣子串上的冰雪融化時(shí)會(huì)形成冰柱，使絕緣子串短路，從而引起接地事故。
2.3桿塔倒塌事故
這種情況一般是由于直線桿塔某一側(cè)導(dǎo)線斷線造成的。此時(shí)因帶覆冰的導(dǎo)線在該桿塔的一側(cè)形成較大的張力，使桿塔受到過(guò)大的載荷，從而造成桿塔倒塌。
2.4安全距離不夠引起的事故
由于各檔距內(nèi)線路覆冰不均勻，導(dǎo)致各檔距內(nèi)線路的弧垂發(fā)生較大變化。有嚴(yán)重覆冰的檔距內(nèi)導(dǎo)線載荷很大，使導(dǎo)線嚴(yán)重下垂，當(dāng)小于安全距離時(shí)就會(huì)引起事故。
3預(yù)防思路
通過(guò)上述分析和研究，防治或減少輸電線路覆冰給電網(wǎng)帶來(lái)的危害，應(yīng)基于“預(yù)防為主、綜合治理”的思路，從設(shè)計(jì)源頭貫徹消除或減少冰雪災(zāi)害對(duì)輸電線路的危害的思維，切實(shí)提升輸電線路的本質(zhì)安全水平，提高其可靠性。
3.1基本思路
按照事故危害防范措施的優(yōu)先順序，著眼于輸電線路覆冰事故發(fā)生的根源――危險(xiǎn)源，在選用防范措施時(shí)，首先考慮的是能消除或避免輸電線路覆冰事故的各類(lèi)措施，使輸電線路覆冰危害不發(fā)生，是比較理想的結(jié)果;其次，當(dāng)無(wú)法完全消除或避免輸電線路覆冰的時(shí)候，應(yīng)考慮減少或削弱或避免輸電線路覆冰事故造成的后果或影響;以上兩種措施措施采用后，事故發(fā)生的概率會(huì)降到很低，最后再考慮當(dāng)輸電線路覆冰事故萬(wàn)不得已發(fā)生后的應(yīng)急處置措施。
基于以上思路，防范輸電線路覆冰危害的綜合思路如下：
3.2優(yōu)先采用設(shè)計(jì)措施
在設(shè)計(jì)階段融入輸電線路覆冰防治措施，會(huì)使輸電線路覆冰事故發(fā)生的概率降到最低，且是所有輸電線路覆冰事故防治措施中成本最低的措施，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，同一類(lèi)事故的防范在設(shè)計(jì)階段做的成本是運(yùn)行階段成本的10%左右。
3.2.1使輸電線路不覆冰的措施
對(duì)于新建的輸電線路，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，多收集當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料，尤其是最近年份極端惡劣氣候條件下的冰凍雨雪氣象記錄，包括要調(diào)查清楚已有線路、植物等的覆冰情況(冰厚、突變范圍)、季節(jié)風(fēng)向、覆冰類(lèi)型、雪崩地帶、冰凍雨雪氣候的持續(xù)時(shí)間、影響范圍、覆冰覆雪厚度、風(fēng)速等資料，然后進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，根據(jù)評(píng)估結(jié)果，在輸電線路路徑選擇時(shí)，盡可能避開(kāi)覆冰厚度達(dá)到20mm以上、風(fēng)速大于8m/s的重冰區(qū)域，這樣盡管可能會(huì)因?yàn)槁窂皆黾咏ㄔO(shè)一次投資會(huì)加大，但是后續(xù)的運(yùn)行維護(hù)成本會(huì)減少，特別是對(duì)于骨干、重要輸電線路，會(huì)大大提高其可靠性，減少因覆冰帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。
3.2.2減少輸電線路覆冰危害的措施
對(duì)于設(shè)計(jì)必須經(jīng)過(guò)重冰區(qū)的新建輸電線路或已運(yùn)行在重冰區(qū)的輸電線路，在設(shè)計(jì)新線路或舊線路改造時(shí)，應(yīng)考慮以下措施：
(1)在重覆冰的地區(qū)，架設(shè)耐覆冰式的線路，這種線路的桿塔較一般桿塔的機(jī)械強(qiáng)度大，檔距較短，導(dǎo)線張力較小。
(2)為了避免碰線，導(dǎo)線應(yīng)采用水平排列的布置方法并應(yīng)適當(dāng)?shù)丶哟髮?dǎo)線和避雷線之間的距離。
(3)重覆冰區(qū)的線路桿塔選擇盡量采用孤立耐張段且使線路檔距適當(dāng)縮小布置形式，使線路即使覆冰導(dǎo)線在耐張段的位移最小，從而減少線路相間短路、與避雷線接地短路的幾率。
(4)適當(dāng)增加絕緣子的片數(shù)或采用防污絕緣子，增加絕緣子的爬電距離，減少線路發(fā)生冰閃事故的概率。
(5)避免靠近湖泊且在結(jié)冰季節(jié)的下風(fēng)向側(cè)經(jīng)過(guò)，避免線路在山峰附近迎風(fēng)面?zhèn)韧ㄟ^(guò)，以免出現(xiàn)嚴(yán)重結(jié)冰現(xiàn)象。
(6)注意交通運(yùn)輸情況，盡量創(chuàng)造維護(hù)搶修的便利條件。
3.3運(yùn)行預(yù)防措施
3.3.1調(diào)度措施
根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)記錄覆冰區(qū)域輸電線路的運(yùn)行資料，掌握線路覆冰厚度與運(yùn)行負(fù)荷、當(dāng)?shù)販囟鹊年P(guān)系曲線，一方面，在冰雪雨凍的天氣情況下，及時(shí)調(diào)整運(yùn)行負(fù)荷，特別是夜間的負(fù)荷，避免線路在低負(fù)荷情況下運(yùn)行，防止線路覆冰;另一方面，當(dāng)線路已經(jīng)覆冰，盡量使線路不要超負(fù)荷或在較高負(fù)荷區(qū)域運(yùn)行，減少不均勻覆冰或不同期脫冰危害。
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3.3.2維護(hù)措施
每年覆冰期來(lái)臨之前，及時(shí)檢測(cè)線路弧垂情況，并進(jìn)行設(shè)計(jì)校核，然后將線路弧垂偏大的導(dǎo)線段進(jìn)行調(diào)整，減少導(dǎo)線位移，保持線間距離負(fù)荷覆冰期間的安全要求。
結(jié)束語(yǔ)
隨著我國(guó)高電壓、大電網(wǎng)建設(shè)速度的不斷加快，全國(guó)電網(wǎng)間的互聯(lián)互通的交換能力空前強(qiáng)大，但是大電網(wǎng)任何一個(gè)地方的任意一條輸電線路發(fā)生覆冰事故，均可能造成電網(wǎng)的崩潰或瓦解。在考慮電網(wǎng)抗冰雪雨凍天氣的措施時(shí)，要從實(shí)際出發(fā)，著眼于長(zhǎng)遠(yuǎn)利益，實(shí)施標(biāo)本兼治的綜合防治措施，大力提高輸電線路的可靠性。
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作者：劉彥林
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