输电线路山区覆冰故障与预防研究

输电线路山区覆冰故障与预防研究

张龙  王楠

中国电建集团贵州电力设计研究院有限公司 贵州贵阳 550081

摘要：随着我国经济水平的不断提升，我国输电线路规模不断扩大，一些输电线路会被建设在山区、寒带，在这些地区，输电线路经常会发生覆冰问题，这会带来巨大安全隐患，甚至会引发事故，导致大面积停电，造成巨大经济损失。环境的恶化导致极端天气频繁发生，而且破坏性、强度也呈现出了显著增加趋势，这对输电线路造成了严重危害，尤其是对山区输电线路的危害尤为显著。加强对输电线路山区覆冰故障与预防，可以确保输电线路稳定运行，这对于为人们提供稳定、高质量电能来说意义重大。

关键词：输电线路；山区覆冰故障；预防研究

引言

近年来，输电线路不均匀覆冰引起的倒塔、断线对我国的供电产生了较大影响，据统计约 90%的不均匀覆冰事故由微地形引起。微地形指易导致局部恶劣气候发生的小尺度复杂地貌，垭口作为典型的微地形，其地形所致的狭管效应加速来流，加剧了垭口输电线路的覆冰，且破坏了风场均匀性，使得线路覆冰不均。由于停机策略可靠性低，当报警线取值较低时，在引发报警时往往已发生大面积结冰现象，对机组安全构成严重威胁，报警线取值较高时又导致大量发电量的损失。在限电率较高的风电区域，解决叶片覆冰问题，提高冬季覆冰期风机运行的安全可靠性，同时降低损失电量尤为重要。

1概述

1.1 覆冰成因

影响输电线路覆冰的因素很多，各影响因素与覆冰厚度之间存在着高度的复杂性和非线性。

主要影响因素有：天气条件包括气温、风速、风向、相对湿度；地形包括山脉走向、山体部位、海拔高度及江湖水体等；电线特性包括挂高、线径等。地理环境与地形分布对导线覆冰的影响很大，因为地理环境与地形分布决定着受寒流影响而降温的程度，又决定一个地区湿度的大小，同时也是气流走向及线路是否挡风的边界条件。

导线覆冰强度南北不同，东西有别，其大小与冷暖空气的强盛与否有关，即与低温、雨、雪、雾天气持续时间有关；与海拔有关，在一定的海拔高度内，比周围相对突出的高地，气温较低，空气容易饱和而凝结出更多水滴；与风口、垭口、突出的坡地等微地形有关。常见的类型主要有雨凇、雾凇、湿雪和混合结冰等几种，其中雨凇对输电线的影响和危害最大。

1.2 覆冰调查与分析

由于线路所经地区气象观测站无导线覆冰观测资料，所以根据沿线覆冰调查，并参照附近已建成和正在建设的输电线路工程设计值，同时结合我省气象部门导线覆冰研究分析成果，经综合分析后，确定本线路的导线覆冰厚度。

目前，通过气象站观测所能获得的导线覆冰资料较少，加之气象站与线路之间不仅海拔高程不同，且尚有一定的距离，因此无法真实反映山区电线覆冰的实际情况。因此在结合线路现场踏勘和现有线路运行情况的基础上，综合考虑并最终推算出设计覆冰厚度建议值。

2输电线路出现覆冰故障的原因

输电线路出现的覆冰类型主要有雨凇、软雾凇、混合淞、雪淞、白霜几种类型。输电线路发生覆冰的原因是：当空气温度低于 0℃时，水将会结冰；当空气内湿度超过 80%，空气中会具有足够多的过冷却水滴；风速超过 2m/s，此时，冷却水滴可以移动，这也就形成了覆冰条件，可能会出现覆冰现象，会对输电线路造成破坏。从输电线路出现的覆冰情况来看，在覆冰时，风对于输电线路中出现的覆冰现象来说发挥着重要作用，风会将使输电线路上的冷却水不断运输到输电线路上，这会与地线、导线、杆塔、绝缘子等物质表面不断发生碰撞，加快了覆冰形成速度，若输电线路长期都在湿度较高空气中，空气中大量水分都会粘结到输电导线上，形成雾凇。输电线路中覆盖的雾凇会现在迎风面上形成，不断生长，若风向没有发生较大程度改变，迎风面上雾凇厚度将会随着时间推移不断增加。

2.1地形地貌因素

山区地区海拔较高的，0℃以下气温持续时间较长，并且许多山区树木生长茂盛，湿度大。山区地区受微气候、地形特殊等各项因素影响，经常会出现雪淞、雾凇、覆冰等各种不良现象。

2.2气象条件影响

从大量实践经验来看，多数输电线路病害都是受微气象条件影响造成的，山区地区，湿气会遭受到山脉阻挡，水汽容易发生集中问题，难以扩散，一旦遇到冷空气，将会在局部区域形成覆冰条件，从而导致输电线路上会产生大面积覆冰。而从整体情况来看，覆冰类型以雾凇为主，主要发生在凌晨、夜间等时间段。

3预防山区输电线路防覆冰现象的合理措施

3.1严格执行验收标准

把好新建线路竣工验收关，严格执行线路验收标准。运行部门特别应对易发生风偏故障区域的新建输电线路进行风偏校验，加强导线跳线的验收，测试跳线松弛度和对塔身的净空距离，现场对照设计要求进行验算，确保跳线对塔身的距离满足风偏要求；检查导地线弛度，线路周围构筑物、树木等风偏距离是否满足运行要求，针对大跨越档距应按照导线最大弧垂进行校核。

3.2完善冰灾应急体系

电力行业部门在日常工作开展时要加强与气象部门之间的协作，针对冰灾进行预警，从而做好气象数据的监督与分析工作，完善出现天气灾害紧急情况下，停电应急预案，针对电网制定相应的保护策略，确保灾害天气下，电网能够稳定运行，避免发生大规模停电现象。加强系统调度和需求策略管理，对电网运行方式进行适当优化，保证在特殊时期电网能够稳定运行，最大程度挖掘输电线路的输电潜力，从而降低电网在运行过程中的电力损失，确保主网架稳定运行，为人们提供稳定电能，满足人们生活、生产需求。

3.3加强对新型防冰措施的应用

主要从降低覆冰强度方面做好相应分析工作。例如，采用单分裂碳纤维导线，在输送容量相同状况下，导线温度能够达到约 150℃，而在正常负荷下，能够温度会达到约 40℃；安装隔冰环装置；采用覆冰涂料喷涂导地线；通过上述方式，能够有效预防输电线路中的绝缘子、导地线在温度较低环境下发生覆冰现象。在制定有关输电线路覆冰故障的防范措施时，应做到：优化输电线路的抗冰设计方案。通过对输电线路工作区域实际状况的深入分析，计算出覆冰厚度，促使线路设计中应置于覆冰厚度最小的区域，并设置加强型直线塔，避免基塔倒塌现象的出现;选择可靠的输电线路除冰方法。加强机械破冰法、热力融冰法的合理运用，增强线路除冰效果。

结语

输电线路覆冰是造成输电线路故障的一项主要自然因素，特别是在山区尤为严重。输电线路覆冰会引起绝缘子闪络、断线、倒塌等重大事故，这会对输电线路运行稳定性造成直接影响。因此，气象、电力部门的设计、运行、生产相关工作人员长期以来都不断探索覆冰问题，目的就是减少覆冰带来的危害，保证输电线路稳定运行。建议根据风电场环境气候特点、叶片覆冰类型、覆冰周期选择不同的或综合性的防覆冰技术。对于新建风电场，在叶片设计阶段提前考虑叶片覆冰问题，会大大降低风机叶片改造风险。

参考文献

[1]李军,庄红军,周海,候永洪,莫刚,钟以平.基于机载在线监测系统的输电线路覆冰预测研究[J].现代信息科技,2019,3(17):34-36+39.

[2]杨梅,苏沛,冯建辉.基于分形理论的输电线路覆冰厚度测量[J].测控技术,2018,37(09):111-116.