常見輸電線路覆冰類型及防控措施分析

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2022-08-10 09:02:00

【摘要】本文就覆冰形成的原因及類型作簡要介紹，并對(duì)其危害進(jìn)行深入剖析，在此基礎(chǔ)上將應(yīng)對(duì)輸電線路覆冰的技術(shù)措施進(jìn)行了分析，供專業(yè)人員參考。

【關(guān)鍵詞】輸電線路覆冰抗冰措施

　前言

在現(xiàn)代化社會(huì)高速發(fā)展的今天，隨著電力需求的不斷上升和增加，輸電線路中的故障問題也越來越復(fù)雜，越來越明顯。就一般情況而言，在工程項(xiàng)目中需要針對(duì)各種常見問題和隱患進(jìn)行全面的分析和總結(jié)，使得這些現(xiàn)象能夠得到及時(shí)有效的預(yù)防和處理，進(jìn)而為社會(huì)發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。由于天氣的影響而造成輸電線路冰閃跳閘現(xiàn)象、導(dǎo)線舞動(dòng)和線路中斷的事故不斷涌現(xiàn)，不但造成了嚴(yán)重的輸電設(shè)備損壞，更是影響了區(qū)域經(jīng)濟(jì)的正常發(fā)展。因此在目前的輸電線路管理工作中，做好冰害事故管理和預(yù)防已成為一項(xiàng)不容忽視的工作流程，是提高電網(wǎng)抗擊自然災(zāi)害能力中不可忽視的一環(huán)。

一、覆冰的形成

覆冰是一種物理現(xiàn)象，是由多種氣象因素綜合決定的，其中包括氣溫、濕度、空氣流速以及大氣環(huán)流等。當(dāng)氣溫在冰點(diǎn)以下時(shí)，雪或雨等水性物質(zhì)與輸電線表面接觸產(chǎn)生凍結(jié)并層層裹覆，此時(shí)覆冰現(xiàn)象就產(chǎn)生了。

1、五種覆冰類型

白霜——當(dāng)氣溫處于冰點(diǎn)以下且濕度較高時(shí)，空氣中的水分與低溫物體接觸，粘著在其表面即形成白霜。一般來說白霜不會(huì)對(duì)輸電線路的安全構(gòu)成威脅，這主要是因?yàn)檫@種覆冰與輸電線的粘連強(qiáng)度不高，低幅度的振動(dòng)就可使其脫離線路表面。

濕雪——當(dāng)空氣濕度較低時(shí)雪花不容易與輸電線表面粘著，但如果空氣濕度較高，雪花飄落過程中聚結(jié)了未形成晶體的水分，就很容易附著在輸電線表面，層層包裹形成積雪。即使出現(xiàn)積雪也不一定會(huì)出現(xiàn)覆雪危情，因?yàn)榇朔N覆冰受風(fēng)力強(qiáng)度影響較大，強(qiáng)風(fēng)很容易就把積覆的雪吹散了。常發(fā)生覆雪危情的地方，往往是海拔不高風(fēng)強(qiáng)較低的區(qū)域。

雨凇——當(dāng)氣溫在零度以下風(fēng)力較強(qiáng)時(shí)，在海拔相對(duì)較低的區(qū)域，覆冰常常呈現(xiàn)高密度、強(qiáng)附著力、高透光性等特點(diǎn)，一般在凍雨期較常見但持續(xù)時(shí)間較短。隨著時(shí)間的推移此種覆冰會(huì)向另一種覆冰類型( 混合凇) 發(fā)展，所以輸電線覆冰為單一雨凇的情況較為罕見。

軟霧凇——在高海拔山區(qū)氣溫極低的條件下，環(huán)境濕度較大，如果風(fēng)力不強(qiáng)則會(huì)形成此種覆冰。其特征恰好與雨凇相反，呈現(xiàn)低密度、弱附著力、低透光性等特點(diǎn)。在初始階段輸電線的覆冰是不均勻的，之后線的失衡狀態(tài)反而會(huì)使覆冰變得越來越均勻，最終的結(jié)果是對(duì)輸電線路威脅不大。

混合凇——當(dāng)氣溫在冰點(diǎn)以下，濕度較高風(fēng)力較強(qiáng)時(shí)，則會(huì)形成這種表征狀態(tài)復(fù)雜的覆冰。在其形成的過程中，水分凍結(jié)有弱有強(qiáng)，透光性有時(shí)好有時(shí)差，但此種覆冰的附著力確實(shí)很強(qiáng)。混合凇的形成是一個(gè)復(fù)雜的結(jié)冰過程，密度較高，生長速度快，對(duì)輸電線路的安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。

綜合以上五類覆冰種類，各類覆冰的威脅等級(jí)可以簡單歸納為表1 的形式。

表1各類覆冰的威脅等級(jí)

很明顯，混合淞類型的覆冰對(duì)輸電線路的威脅是最高等級(jí)的，那么其形成過程到底是什么樣的呢? 以下描述將回答這個(gè)問題。

每年冬春兩季，氣溫在0 ℃以下，5℃以上，風(fēng)速在3 ～ 15 m/s 條件下，如果出現(xiàn)大霧或者小雨，雨凇類覆冰將會(huì)出現(xiàn)在輸電線上，此時(shí)如果天氣轉(zhuǎn)好氣溫回升，覆冰會(huì)緩慢消融，氣溫如持續(xù)回升將導(dǎo)致覆冰終止; 但氣溫如果在短時(shí)間內(nèi)急劇下降，伴隨降雨降雪的出現(xiàn)，雨凇表面會(huì)迅速裹覆形成厚實(shí)的冰層; 氣溫如果繼續(xù)下降5 ～ 10 ℃，剛剛形成的覆冰表面就會(huì)積覆霧凇類覆冰; 不同類型覆冰經(jīng)過反復(fù)堆疊融合最終形成了混合淞。

二、冰害的防治措施

輸電線路覆冰積雪嚴(yán)重威脅著架空線路的安全可靠運(yùn)行，因此必須采取措施防治冰害事故的發(fā)生。具體防控措施分析總結(jié)如下：

1、設(shè)計(jì)避冰設(shè)計(jì)輸電線路時(shí)，避開覆冰區(qū)

在選擇線路路徑時(shí)，認(rèn)真進(jìn)行覆冰調(diào)研，并進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，應(yīng)盡量避開重冰區(qū)，沿起伏不大的地形走線；同時(shí)盡量避免橫跨埡口、風(fēng)道和通過湖泊、水庫等容易覆冰的地帶；翻越山嶺時(shí)應(yīng)避免大檔距、大高差；沿山嶺通過時(shí)，宜沿背風(fēng)或向陽面走線。對(duì)于無法避開覆冰區(qū)的輸電線路，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮線路走廊的地形、氣象等條件，保證足夠的抗冰強(qiáng)度，以防止機(jī)械和電氣事故。

2、抗冰技術(shù)

經(jīng)調(diào)查，目前國家電網(wǎng)在應(yīng)對(duì)輸電線路冰災(zāi)主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研發(fā)和提出相應(yīng)措施，包括發(fā)熱融冰、振動(dòng)除冰、改進(jìn)結(jié)構(gòu)減冰和使用防冰材料。具體設(shè)想分述如下。

（1）發(fā)熱融冰，使輸電線本身發(fā)熱，從而使冰融化。常用的方法有：采用直流電流融冰技術(shù)。利用直流電流在導(dǎo)線電阻中產(chǎn)生熱量使覆冰融化，需要加裝直流換流調(diào)壓裝置；采用交流短路電流融冰技術(shù)。主要是在低壓線路上使用，用特設(shè)變壓器或發(fā)電機(jī)供給與系統(tǒng)斷開覆冰線路短路電流；增大負(fù)荷電流融冰。利用電阻發(fā)熱進(jìn)行融冰。對(duì)于絕緣的架空地線，可采用此法。在線路導(dǎo)線上通過高于正常運(yùn)行電流值的電流。

（2）振動(dòng)除冰。通過使輸電線產(chǎn)生振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)除冰的目的。具體措施有：機(jī)械除冰。當(dāng)線路覆薄冰時(shí)采用滑車式除冰器進(jìn)行除冰；手工除冰。將線路停運(yùn)，組織人員登桿，采用榔頭進(jìn)行敲擊，線路覆冰迅速加厚而未達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，使導(dǎo)線振動(dòng)以脫冰。

（3）改進(jìn)結(jié)構(gòu)減冰。通過導(dǎo)線的改進(jìn)結(jié)構(gòu)，使冰雪不容易附著在導(dǎo)線表面。可使用防積雪型架空導(dǎo)線或在導(dǎo)線上安裝阻雪環(huán)、平衡錘。

（4）使用防冰材料。通過使用新型材料或是在導(dǎo)線上涂刷防覆冰材料來防止電纜結(jié)冰。

三、絕緣子的抗冰雪措施

根據(jù)冰災(zāi)情況統(tǒng)計(jì)表明，冰閃幾率與絕緣子串型式密切相關(guān)，可采取以下防冰措施：加裝大盤徑絕緣子。在懸垂絕緣子串上端加裝大盤徑絕緣子，可以將橫擔(dān)上流下的冰水與絕緣子串本身的覆冰隔斷，從而起到防冰的作用；絕緣子串插花。在瓷或玻璃懸垂絕緣子串上插花加裝大盤徑絕緣子，在復(fù)合絕緣子上插花增加大直徑傘裙，通過這些大絕緣子片或大傘裙隔斷融冰水，使其形成不連續(xù)短接的冰凌；使用V 型或倒V 型配置懸垂絕緣子。將懸垂絕緣子串V 型或倒V 型布置，使絕緣子串傾斜，不僅形不成連續(xù)的冰凌，而且能增加絕緣子串的自潔性能，具有良好的防冰效果。

四、其他融冰方法

1、采用激光器除冰技術(shù)

目前, 正在研究二氧化碳激光器除冰技術(shù)。利用CO2 激光在冰中的穿透長度很短,冰對(duì)它的吸收很強(qiáng)的原理融冰。此項(xiàng)技術(shù)頗具前景。

2、電脈沖除冰

采用電容器組向線圈放電, 由線圈產(chǎn)生強(qiáng)磁場, 在置于線圈附近的導(dǎo)電板上產(chǎn)生一個(gè)幅值高、持續(xù)時(shí)間短的機(jī)械力, 使冰破裂而脫落, 費(fèi)用較高。目前, 已停止此項(xiàng)技術(shù)研究。在此次凝凍災(zāi)害中, 各地根據(jù)實(shí)際情況采用了手工除冰、增大負(fù)荷電流融冰、開斷架空地線等方法。從實(shí)際除冰效果看, 手工除冰方式因作業(yè)面有限、作業(yè)人員有限、影響范圍有限、登桿塔作業(yè)危險(xiǎn)系數(shù)高等原因, 大部分地區(qū)只是在覆冰厚度處于設(shè)計(jì)值以內(nèi)時(shí)采用, 而當(dāng)覆冰厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)值并迅速加厚時(shí), 則另行他法; 開斷架空地線法是此次凝冰災(zāi)害中采用得比較多的冰害處置法, 它直接減輕了桿塔荷載,又消除了地線覆冰過重后地線弧垂下降嚴(yán)重對(duì)導(dǎo)線放電造成線路跳閘的隱患, 能使線路堅(jiān)持供電一段時(shí)間,減少停電給人民群眾生活帶來的不便, 具有直接、明顯的社會(huì)效益,但應(yīng)用此冰害處置法時(shí)要注意對(duì)桿塔進(jìn)行臨時(shí)拉線補(bǔ)強(qiáng), 以防張力不平衡而造成倒桿、倒塔。

結(jié)論

冰害事故對(duì)電力線路的破壞是很大的，通過進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較并結(jié)合已有的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，綜合采用以上的技術(shù)改造方案對(duì)重冰區(qū)、超重冰區(qū)的架空線路進(jìn)行改造，可以提高線路抗覆冰災(zāi)害天氣的能力，從而提高安全穩(wěn)定運(yùn)行的水平。

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