浅谈输电线路覆冰及防范措施

浅谈输电线路覆冰及防范措施

作者：王斌

来源：《科技探索》2013年第11期

摘要：输电线路覆冰是影响电网安全稳定运行的重要因素。输电线路覆冰，会导致杆塔荷载过大，导线弧垂变大，脱冰时导地线发生跳跃等现象。近几年来，大面积覆冰事故在全国各地时有发生，输电线路覆冰导致跳闸及倒塔的事故越来越严重。本文主要探讨输电线路覆冰原因及其防范措施。

关键词：输电线路 覆冰 危害 防范

输电线路覆冰的微气象条件是指某一个大区域内的局部地段，由于地形、位置、坡向、温度和湿度等出现特殊变化，造成局部区域形成有别于大区域的更为严重的覆冰条件。这种微气象条件覆冰具有范围小、隐蔽性强等特点，使得输电线路设计、运行维护人员难以采取防冰抗冰措施。

1 输电线路覆冰的成因和分类

空气中的“过冷却”水滴和湿雪下落过程中碰到温度低于零度的架空线后，会在架空线表面冻结成冰。覆冰大致可分为雨凇覆冰、混合凇、软雾凇、白霜、雪五种类型。雨凇覆冰，超冷却的降水碰到温度不高于 0 ℃的物体表面时所形成的玻璃状的透明或无光泽的表面粗糙的冰覆盖层，附着能力很强，密度较大，约（ 0.5 ～0.9） ×103kg /m3。架空线覆冰常常指雨凇冰。雨凇覆冰是混合凇覆冰的初级阶段。由于冻雨持续期一般较短，因此，导线覆冰为纯粹的雨凇覆冰的情况相对较少。混合凇，气温 0 ℃以下，风比较猛时，容易形成混合凇。在混合凇覆冰条件下，水滴冻结比较弱，积冰有时透明，有时不透明，冰在导线上粘合力很强。导线长期暴露于湿气中，便形成混合凇。混合凇是一个复合覆冰过程，密度较高，生长速度快，对导线危害特别严重。软雾凇，是由于山区低层云中含有的过冷水滴，在极低温度与风速较小情况下形成的。这种积冰呈白色、不透明、晶状结构、密度小，在导线上附着力相当弱。最初的结冰是单向的，由于导线机械失衡，逐渐围绕导线均匀分布，在此情况下，这种冰对导线一般不构成威胁。白霜、雪，白霜是空气中湿气与 0 ℃以下的物体接触时，湿气往冷物体表面凝合形成的，白霜在导线上的粘结力十分微弱，即使是轻轻地振动，也可以使白霜脱离所粘结导线的表面，与其他类型覆冰相比，白霜基本不对导线构成严重危害。输电线路覆冰的形成是一个复杂的物理过程，影响因素众多，各种气象条件对覆冰的影响很大。 2输电线路覆冰的危害

覆冰对线路的危害有过负荷、覆冰舞动、脱冰跳跃、绝缘子冰闪等，后果会造成倒杆塔、导地线断股或断线、金具和绝缘子损坏、绝缘子闪络等事故。

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2.1线路过负荷

（1）垂直负荷：当导线、杆塔覆冰时，冰的质量增加所有支持结构和金具的垂直负载，导致导线弧垂增大，使导线间、导地线间的距离减小，当风吹动时会由于绝缘距离不够引起短路事故。另外由于覆冰会增大导地线的张力，从而增大杆塔及其基础的受力，增大转角杆塔的弯矩，造成杆塔破坏、扭转、弯曲、基础下沉、倾斜等，甚至拉线点以下发生折断等事故；（2）水平荷载：覆冰会使导线受风面增大，杆塔所受的水平荷载增加，线路会因此遭受严重的绝缘子串横向偏移而发生倒杆塔事故；（3）纵向荷载：导线覆冰会引起纵向静张力不平衡，增大纵向荷载。当覆冰不均匀、自行脱落或被击落时，导线悬挂点处会出现很大的纵向冲击荷载，可能会造成导地线从压接管内抽出，或者外层铝股拉断、钢芯抽出，或整根线拉断。如果导线拉断脱落，最终的不平衡冲击荷载或两临档间的残余荷载就会大大增大，容易发生顺线倒杆塔事故。

2.2导线的舞动、脱冰跳跃

输电线路不仅承受自重履冰等静荷载，而且还要承受风力等产生的动荷载。在一定的条件下，覆冰导线受稳定横向风力的作用，可能会引起大幅度低频振动（舞动），导线脱冰时也会使导线发生舞动、跳动。当导线均匀覆冰时，虽然截面增大，但其形状如保持为均匀的圆形，在一定风力所引起的导线振动，其频率会低于裸线时的频率，振幅将比裸线小，且频率低到防振装置的有效运行范围内。当导线覆冰不均匀时，由于其断面不对称，在相应风力的作用下，导地线会发生低频、大振幅的舞动。从而导致金具损坏、导地线断股、相间短路、杆塔倾斜或倒塌等恶性事故。此类舞动的形成取决于4个因素：覆冰、风激励、线路结构与参数、导线不均匀脱冰。

3输电线路防覆冰故障措施 3.1 机械法

机械法的主要原理是使用各种机械动力破坏冰的整体结构，进而使冰从导线上脱落。其具有成本低且耗能少的优点，但同时也非常受地形的限制，工作强度很大，当前的机械法主要有强力振动法及滑轮铲刮法2 种。 3.2 热力法

作为当今世界最有效的防冰除冰方法，热力法是利用焦耳原理来进行融冰，并采用电流加热覆冰导线进行除冰，热力法除冰可以分为以下 3 种：

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（1）利用潮流进行除冰。这种方法主要是对电网的潮流进行合理分配，确保输电线路的电流达到临界融冰的电流以上，以防止线路发生覆冰，利用潮流进行除冰是实际工程中最方便的除冰方法。

（2）利用短路进行除冰。这种方法主要是指人为地将输电线路接成两相或三相短路状态，在形成短路电流后再对导线加热以达到融冰的目的。

（3）直流法除冰。这种方法作为一种新型的输电线路除冰方法，能够有效地完成输电线路的除冰，但其也有自身的缺点，即直流法影响输电线路中继电保护装置的正常运行，采用直流法时必须及时切换线路中所有的继电保护装置，这个操作过程是比较复杂的。 3.3 被动法

被动法除冰主要是指通过外力的作用来进行除冰，如利用风能和太阳能等使冰块脱落或融化。一般情况下，被动法进行除冰的效果都不是非常理想，不可能对覆冰完全除去。但由于其所需的人力和物力较小，成本较低，因此在一定地区也被大量使用。被动法除冰虽然不能遏制覆冰的形成，但能够在一定层面上限制冰雪灾害对输电线路的影响，同时国内外学者也正对如何更加有效地利用外力除冰开展广泛而深入的研究。

通常在输电线路设计阶段就应对其可能存在的覆冰采取相应的措施，对于冰灾易发区和重灾区要尽量避行，输电线路应沿着起伏不大的地形进行走线，采取有效措施避免通过湖泊和横跨风道，避免穿过水库等易产生覆冰的地带；在翻越山岭时也要注意避免出现大档距及大高差的现象，避免在转角点架设在开阔的山脊上，应严格控制转角，从而减轻覆冰的概率。若一定要穿过覆冰重灾区，则其设计档距不宜过大，采用水平排列的方式对输电线路进行排列，增大输电线路杆塔的爬电距离，对绝缘子伞裙的结构进行改善，加强日常的管理，制定相关的输电线路防覆冰应急预案，及时对输电线路及绝缘子、杆塔等进行清扫，增加输电线路的光滑度，防止其发生积雪的现象。 参考文献：

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