藍(lán)長(zhǎng)盛

摘要：冬季覆冰是造成架空電力設(shè)備損壞的重要原因之一。文章主要對(duì)當(dāng)前架空電力線路覆冰的原因和覆冰情況下導(dǎo)線與桿塔承受能力分析進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上提出了有效的預(yù)防和應(yīng)對(duì)措施。

關(guān)鍵詞：架空電力；線路覆冰；電力系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM726 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）09-0132-02

2008年，我國(guó)南方大部分地區(qū)發(fā)生了歷史較為罕見(jiàn)的低溫、冰凍天氣，極端雨雪冰凍天氣給電力設(shè)施造成了嚴(yán)重影響。在通常情況下，南方地區(qū)不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的線路覆冰現(xiàn)象，但是近幾年來(lái)，全球氣候異常，極端天氣頻發(fā)。作為保障人民生產(chǎn)、生活的電力供應(yīng)單位，必須采取一定的方法應(yīng)對(duì)這種情況的發(fā)生。對(duì)于我國(guó)南方供電企業(yè)而言，線路覆冰是當(dāng)前面對(duì)的首要難題。

1 線路覆冰形成原因分析

線路覆冰的形成原因是多方面的，是一種綜合物理現(xiàn)象，受到溫度、濕度、冷暖空氣對(duì)流、風(fēng)速的影響。當(dāng)空氣中的水滴在零度或者更低溫度時(shí)，與輸電線表面接觸就會(huì)形成覆冰。以2008年的貴州省覆冰輸電線路為例，玉貴高原海拔在1500米以上，高山、丘陵眾多，空氣潮濕，同時(shí)受到太平洋暖濕氣流和西伯利亞寒流的影響，直接造成了輸電線路覆冰的結(jié)果。從外界環(huán)境及對(duì)線路覆冰相關(guān)研究來(lái)看，要想形成線路覆冰，首先空氣要滿足一定的濕度，及空氣中含有大量的水滴，同時(shí)溫度足夠低、風(fēng)力不夠大，冷水滴可以有足夠的時(shí)間與導(dǎo)線接觸。

按照覆冰形成的條件及形成過(guò)程中可以分為雨凇覆冰、混合淞覆冰、軟霧淞覆冰、白霜淞覆冰、雪淞覆冰等五種類型，每種覆冰形成的原因和性質(zhì)都存在一定的差異。雨凇覆冰主要發(fā)生在凍雨期、低海拔地區(qū)，持續(xù)時(shí)間通常相對(duì)較短。當(dāng)外界環(huán)境很低時(shí)，水滴粘合力比較強(qiáng)，一接觸到輸電線路就容易粘合在一起，雨凇覆冰是混合淞覆冰的初始階段。隨著溫度一直保持在低溫狀態(tài)下，風(fēng)速比較大，這種情形下，雨凇覆冰變會(huì)發(fā)展成混合淞覆冰?；旌箱粮脖斐奢旊娋€路在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量覆冰，對(duì)輸電線路造成嚴(yán)重危害。

2 線路覆冰的危害

2.1 線路覆冰導(dǎo)致大面積停電

2008年1月下旬，中國(guó)中部就出現(xiàn)了嚴(yán)重的線路覆冰，造成10多個(gè)省的部分電力供應(yīng)中斷。其中湖南電網(wǎng)骨干線路覆冰總長(zhǎng)度近6000公里，上萬(wàn)名電力職工搶修線路，在貴州，因?yàn)榫€路覆冰，導(dǎo)致全省電網(wǎng)500千伏網(wǎng)架基本癱瘓，41個(gè)市縣受到停電影響。線路覆冰在會(huì)對(duì)整個(gè)輸電電網(wǎng)造成嚴(yán)重影響，直接反映出來(lái)的就是大范圍的停電。

2.2 對(duì)桿塔的危害

從很多新聞報(bào)道中可以看出，線路覆冰嚴(yán)重時(shí)可以直接造成桿塔倒塌。線路覆冰在較短時(shí)間內(nèi)造成輸電線路的負(fù)重增加，給桿塔造成的壓力必然增大。在我國(guó)南方很多地區(qū)，由于高山、丘陵相對(duì)較多，同時(shí)線路覆冰現(xiàn)象發(fā)生相對(duì)較少，在桿塔設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)線路覆冰可能造成的危害準(zhǔn)備不夠充分，在這種情況下，南方輸電線路桿塔在距離和高度上會(huì)存在比較大的差距。這種差距的存在即使在沒(méi)有發(fā)生線路覆冰的情形下，桿塔兩端受到的不平衡張力就比較大。當(dāng)覆冰發(fā)生時(shí)，桿塔一端在短時(shí)間內(nèi)受力明顯增大，張力增大超過(guò)桿塔、導(dǎo)線所承受的極限時(shí)，就會(huì)發(fā)生桿塔倒塌。在線路發(fā)生覆冰時(shí)，風(fēng)速較大的情形下，導(dǎo)線自身會(huì)發(fā)生一定幅度的震動(dòng)，輸電線路的舞動(dòng)又會(huì)在一定程度上增加桿塔的張力，造成桿塔的倒塌。

2.3 線路跳閘

線路覆冰使輸電線路包裹上了一層厚厚的導(dǎo)體，不斷積累的覆冰導(dǎo)致輸電線路嚴(yán)重變形。在風(fēng)力的作用下，很多時(shí)候兩條輸電線路的距離變的非常小，進(jìn)而發(fā)生導(dǎo)線短路造成線路跳閘現(xiàn)象。外置輸電線路通常輸電功率非常大，覆冰一方面降低了輸電線路的絕緣性，一方面使的輸電線路自身原有的性能受到影響，線路跳閘現(xiàn)象難以避免。在線路跳閘的情況下，輸電線路不能完成電能輸送，通過(guò)電能輸送產(chǎn)生部分熱能減少覆冰的效用又進(jìn)一步減弱。

2.4 降低絕緣子的絕緣水平

在輸電線路覆冰嚴(yán)重情況下，絕緣子串會(huì)凍成冰柱，而當(dāng)冰融化后又會(huì)形成導(dǎo)電水膜，降低絕緣子的絕緣水平。當(dāng)絕緣水平降低到一定程度時(shí)，絕緣子串將由局部弧光放電轉(zhuǎn)變?yōu)殚W絡(luò)。線路覆冰會(huì)在很大程度上減低絕緣子的絕緣水平，引起短路現(xiàn)象的發(fā)生。

3 線路覆冰的防治措施

在雪災(zāi)發(fā)生后，為提高南方電網(wǎng)對(duì)冰雪災(zāi)害的應(yīng)對(duì)能力，南方電網(wǎng)根據(jù)南方輸電線路特點(diǎn)制定了相應(yīng)的線路覆冰防治措施。

3.1 導(dǎo)線防舞

線路覆冰直接造成輸電線路自身的承受重力變大，同時(shí)，由于線路舞動(dòng)，又進(jìn)一步增大了對(duì)桿塔的拉力。如何減少覆冰線路舞動(dòng)是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。很多學(xué)者從實(shí)際出發(fā)，對(duì)輸電線路的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了模擬，并提出了很多震動(dòng)以及線路舞動(dòng)計(jì)算方法，進(jìn)而也提出了一系列的方法，比如通過(guò)增強(qiáng)桿塔的強(qiáng)度，減少耐張長(zhǎng)度；提高導(dǎo)地線的最大張力；增加相見(jiàn)導(dǎo)線及對(duì)底線的電氣間隙等方法都可以在一定程度上減少線路舞動(dòng)，還可以在部分舞動(dòng)比較嚴(yán)重的輸電線路上安裝防舞動(dòng)裝置等?？傊?，最大限度的減少導(dǎo)線防舞是減少線路覆冰危害的重要一步。

3.2 常用除冰辦法

針對(duì)輸電線路覆冰現(xiàn)象，當(dāng)前最重要的方法還是除冰，國(guó)內(nèi)外有很多除冰方法，但總的來(lái)說(shuō)就是機(jī)械除冰和熱力除冰。

機(jī)械除冰就通過(guò)一定的機(jī)械設(shè)備使得導(dǎo)線脫冰、價(jià)格低廉。但是由于輸電線路本身架設(shè)在高山等自然環(huán)境相對(duì)惡劣的地區(qū)，在事先沒(méi)有準(zhǔn)備的情況下，難以直接通過(guò)機(jī)械進(jìn)行除冰，同時(shí)輸電線路自身具有導(dǎo)電性能，對(duì)機(jī)械操作的要求比較高，簡(jiǎn)單除冰容易造成漏電等更嚴(yán)重的情況發(fā)生。機(jī)械除冰也可以在一定程度上理解為人工除冰，電力工作人員通過(guò)攀爬到輸電線路上，借助一些簡(jiǎn)單的外部工具進(jìn)行除冰，費(fèi)時(shí)費(fèi)力、可操作性較低、安全性差。在南方冰雪災(zāi)害中，多名電力工作人員就是在這種工作中失去了年輕的生命。

其次就是熱力除冰。從焦耳定律可以看出，輸電線路在傳輸電能過(guò)程中，自身也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的熱能，通過(guò)這種熱能可以在很大程度上減少覆冰的發(fā)生。對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間的冰雪天氣而言，輸電線路自身產(chǎn)生的熱能難以滿足需求。熱力除冰產(chǎn)生的電能，只能適應(yīng)短時(shí)間、冰雪災(zāi)害較輕的時(shí)候?，F(xiàn)代熱力融冰的主要方法有三相短路融冰、改變潮流分配融冰、帶負(fù)荷融冰等幾種方式。熱力除冰雖然安全性高、除冰效果較好，但更多的是適用于局部輸電線路除冰。endprint

3.3 融冰裝置

（1）融冰裝置原理。融冰裝置的主要原理是利用變壓器調(diào)壓后連接到二極管不可控整流裝置轉(zhuǎn)換成直流，直流輸出連接到具有短接點(diǎn)的導(dǎo)線進(jìn)行通流發(fā)熱而融冰的。當(dāng)前主流融冰裝置是是直流融冰，主要通過(guò)對(duì)輸電線路施加直流電壓并在輸電線路末端進(jìn)行短路，使導(dǎo)線發(fā)熱對(duì)輸電線路進(jìn)行融冰，從而避免線路因結(jié)冰而倒桿斷線。直流融冰技術(shù)先進(jìn)，不需要很大的負(fù)荷，一般只需要1至2萬(wàn)千瓦，而且直流輸出電壓可調(diào)，可在一定范圍內(nèi)針對(duì)不同長(zhǎng)短的單條線路進(jìn)行融冰，不再需要進(jìn)行線路串接，操作比較簡(jiǎn)單，為線路的融冰工作提供了更為簡(jiǎn)便的方式。

（2）融冰裝置特點(diǎn)、效果。目前對(duì)于線路覆冰采取的融冰裝置主要有交流融冰裝置和直流融冰裝置兩種。從當(dāng)前的資料分析，國(guó)內(nèi)外對(duì)直流融冰技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用更加廣泛，南方電網(wǎng)還進(jìn)行了相關(guān)融冰裝置樣機(jī)研發(fā)和工程試驗(yàn)。直流融冰裝置主要原理是通過(guò)對(duì)輸電線路通直流電壓并在線路末端進(jìn)行短路，在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量熱能進(jìn)行融冰。通常情況下，融冰裝置可以很好的減少倒桿斷線的產(chǎn)生，而且，直流融冰技術(shù)不需要很大負(fù)荷，直流輸出電壓可調(diào)，可以對(duì)不同范圍、不同長(zhǎng)短線路進(jìn)行融冰，操作方便。

（3）安裝融冰裝置的條件。就當(dāng)前的科技水平而言，交流融冰裝置和直流融冰裝置技術(shù)要求都相對(duì)較高，在安裝過(guò)程中需要較高的技術(shù)支持。2008年冰災(zāi)以后，南方電網(wǎng)公司也對(duì)兩種融冰裝置進(jìn)行了大量研究，在2008年年底，便成功投運(yùn)了多套500千伏直流融冰裝置，目前已有110～500千伏各個(gè)電壓等級(jí)的融冰裝置投運(yùn)。融冰裝置雖然自身具有很好的融冰效果，但是自身也有一定的要求，直流融冰裝置存在直流輸出電流大、已建變電站的接入等多項(xiàng)新的要求。此外，直流融冰裝置的安裝過(guò)程中，需要滿足幾點(diǎn)要求：一是對(duì)于融冰線路需要的最小融冰電流需要通過(guò)測(cè)算得到；二是要明確直流融冰裝置的容量及其能夠提供的最大融冰電流和輸出直流電壓；三是換流器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的無(wú)功和諧波對(duì)電網(wǎng)沒(méi)有影響。

4 結(jié)語(yǔ)

從前面的分析中可以看出，線路覆冰對(duì)電力部門(mén)電力供應(yīng)有著很大的影響，輸電線路覆冰必須得到及時(shí)、有效的清理。在2008年南方冰雪災(zāi)害中，電力工人也為輸電線路除冰做了很多工作。當(dāng)前，輸電線路除冰方式相對(duì)機(jī)械，更多需要人工方式，早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)防、早處理對(duì)于線路覆冰有著重要作用。同時(shí)，需要盡快從技術(shù)從面入手，解除線路覆冰問(wèn)題。

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