架空输电线路防冰抗灾综合措施探讨

架空输电线路防冰抗灾综合措施探讨

丘仙兵

广东电网有限责任公司韶关供电局 广东韶关 512026

摘要：架空输电线路由于有地域跨度大和距离长等特点，往往会受到气候影响。本文通过阐述凝冻天气引起的覆冰对架空输电线路的危害，结合韶关电网2008年冰灾运行数据，分析受灾地区的气候并且计算覆冰线路张力，找出杆塔倒塌原因，最后提出一些提高输电线路防冰抗灾能力的措施。

关键词：架空输电线路、覆冰、防冰抗灾

前言：架空输电线路是电力系统的重要结构，做好输电线路的运行维护是电力生产工作的重中之重。由于输电线路的设计路径要尽量避开居民区，因此那些途经冬季凝冻地区的输电线路往往会面临着冰雪危害的考验，严重的会引起断线、杆塔变形甚至倒塌、出现大面积停电等事故。

1架空输电线路覆冰的危害

架空输电线路是否出现覆冰一般取决于气象条件和所处地形，通常来说，导线上的覆冰是温湿度、冷暖空气对流、环流及风速等一系列综合因素造成的。覆冰一般包括冰雪凝结、大气中水和雾的冻结等类型。覆冰造成的危害主要有以下四种：导线和杆塔过荷载事故、导线舞动事故、不均匀覆冰和不同期脱冰事故及绝缘子覆冰闪络放电事故，严重影响电网安全运行^[1]。

2冰灾的实例分析

2008年，韶关遭受了百年一遇的冰灾，造成多条线路断杆倒塔，乳源、坪石地区大面积停电，韶关电网受到重创。下面从气候和覆冰情况上简单分析冰灾情况。

2.1韶关地形及气候

韶关属于粤北山区，是岭南山脉交界范围，每年冬季北方冷空气和南方暖空气都在此处交汇；同时，韶关的空气湿度很大，在遭遇冷暖对流的情况容易形成冻雨、冰雹、凝冻气象。在寒潮过程中，韶关市乳源县及乐昌坪石地区最低气温降至-0.4～0.7℃，降温幅度最大的是乐昌坪石地区，高寒山区降至-4～-5℃。2008年1月24日开始至31日，韶关北部高寒山区持续出现雨夹雪、冻雨、雨凇、雾凇和冰冻天气。

2.2覆冰线路张力计算

查阅运行资料发现，冰灾期间线路的覆冰厚度普遍严重超过设计覆冰厚度，相关数据见表1。

表1 2008年冰灾韶关110kV及以上输电线路断线、倒塔覆冰情况统计表

以普通覆冰区的110kV长澜线为例，分析倒塌原因。查阅图纸得知长澜线#80-#155原设计覆冰厚度为10mm，导线型号为LGJ-240/40，作以下张力计算：

（1）按气象条件，设计导线上覆冰10mm时单位导线增加的重量为： 。（计算式是G₁=[3.14×（d/2+b）²-3.14×（d/2）²×1000×0.9]，其中，b是覆冰厚度，d是导线直径，冰密度是0.9）

（2）采用单导线LGJ-240/40的钢芯铝绞线，查阅图纸导线的自重是： 。

（3）假设水平档距为1000米，耐张塔正常设计时应承受的三相导线张力为：

（4）当覆冰为100mm时代入计算式得：

，

（5）由此可知100mm覆冰产生的张力是10mm覆冰的103.686/5.334=19.439倍。

综上所述，虽然输电线路设计对导线取了2.5倍的安全系数，但当覆冰厚度远远超过覆冰设计值时，铁塔承受的张力已经接近设计值的20倍，大大超过了铁塔的使用极限，铁塔倒塌已是必然。

图1 韶关北部高寒地区灾情状况

3如何提高冰区线路的防冰抗灾能力

导线覆冰严重影响着输电线路的安全运行，要保障输电线路的安全运行，只有多措并举，才能有效地避免和防止冰灾对输电线路造成的危害。

3.1设计阶段提高冰区线路标准

（1）选择合适路径及覆冰设计值。

①输电线路路径宜避开风口和高杆植被区。风口由于地理位置特殊，气温低，风也较大，更易在导线上形成积冰，覆冰厚度往往较厚；树木覆冰严重时，可能会倒向输电线路并给线路安全运行带来威胁。

②合理选择覆冰设计值及铁塔强度。在输电线路规划阶段搞清楚设计路径区域历史上出现过的覆冰灾害状况，结合最新版南网冰区分布图选择合乎实际的覆冰设计值，同时应避免追求高强度大型铁塔。

（2）改善杆段分布及绝缘配合。

①对部分冰区线路采取增加线路耐张段提高相邻杆塔安全系数。

②平衡铁塔的前后档距差，避免覆冰时铁塔受力不均倒塌。

③悬垂串采用动力伞型绝缘子，发挥特大伞裙绝缘子阻隔作用提高抗冰闪能力。

④探索新型架空导线的应用，例如防冰雪导线、自阻尼导线、高强度导线等。

3.2应用除冰技术，提前控制覆冰厚度

2008年冰灾大面积倒塔的原因之一是缺乏有效的除冰技术，未能有效控制覆冰厚度。高压线路除冰技术包括热力法融冰、机械法破冰、被动除冰等3类^[2-3]，考虑深化热力法和机械法的应用。

（1）热力法除冰。

热力法是世界公认的最有效的除冰技术，采用焦耳效应融冰原理，利用电流加热覆冰导线进行除冰^[4]，主要包括发电机零起升流融冰、短路融冰及直流融冰。

①发电机零起升流融冰。该方法是将线路末端三相短路，在融冰线路与发电机变压器组连成单独的电气回路的状态下，通过缓慢增加发电机励磁电流逐步提高线路电流至一定数值，从而令线路发热融冰。

②交流融冰。交流融冰是指将线路的一端三相对地短路，另一端以系统作为融冰电源，从而提供较大短电路电流加热导线使导线上的覆冰融化。

③直流融冰。直流融冰是利用直流融冰装置将来自电力系统或交流发电机的交流电能转换为直流电能，并将直流电流加载在待融冰线路上使导线上的覆冰融化的方法。直流融冰时的线路组合形式有多种，一般利用两相导线之间或导线与地线之间构成电流回路。

2. 研发机器人机械破冰。

机器人机械除冰法具有安全性高、风险低等特点。采用具备远程无线操控功能的机器人进行除冰，例如日本学者Debenest等人设计的输电线路自动巡线机器人Expliner，可无线操控，行走也平稳。

3.3加强冰期的线路管控，制定应急预案

（1）安装覆冰在线监测。在输电线路覆冰期，定期开展线路防冰特巡工作，做好观冰工作以及覆冰厚度数据记录，及时更新冰情变化。

（2）完善并修编输电线路融冰方案。运维部门针对所有冰区线路制定“一线一策”，确保冰区线路的现场资料准确及融冰作业顺利开展。

（3）成立应急抢修队伍。针对输电线路不同程度冰灾事故制定多套应急抢修方案，如发生断杆倒塔事故事件，立刻启动应急抢修方案，快速定位事故点，尽快恢复线路供电。

4结束语

综上所述，虽然气候和地形不可控，但我们可以采取措施预防或削弱覆冰危害。通过选择合乎实际路径走向以及覆冰设计标准，改善杆段分布及档距差等措施加强了杆塔强度，减小不平衡张力；提高覆冰在线监测覆盖率并探索应用新除冰技术；结合实际覆冰厚度确定是否启动融冰方案，进而全面地提高输电线路的防冰抗灾能力，从而保障电网的安全稳定运行。

参考文献

1. 山霞,舒乃秋.关于架空输电线除冰措施的研究[J].高电压技术,2006(04):25-27.

2. [1]巢亚锋,岳一石,王成,等.输电线路融冰、除冰技术研究综述[J].高压电器,2016(11):1-9,24.

3. Toussaint K,Pouliot N,Montambault S.Transmission line maintenance robots capable of crossing obstacles: State-of-the-art review and challenges ahead[J]. Journal of Field Robotics, 2009, 26(5)：477-499.

4. 苑吉河,蒋兴良,易辉,等.输电线路导线覆冰的国内外研究现状[J].高电压技术,2004,30(001):6-9.

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