对覆冰输电线路设计方案的分析

【摘要】随着我国社会经济的迅速发展，输电线路的维护方案倍受关注，然而严重冰雪灾害又给输电线路设计带来了严重的影响。本文主要是探讨了在覆冰情况下高压输电线路存在问题，并提出了相关解决措施供同行参考。

【关键词】覆冰；输电线路；设计方案；解决措施

引言

由于自然环境的恶化，全球气候进入灾害事件多发期。严重覆冰会导致输电线路机械和电气性能急剧下降，从而导致覆冰事故的发生。在我国湖南、湖北、贵州、江西、四川及云南等省都曾发生过输电线路覆冰事故[1]。覆冰事故已严重威胁了我国电力系统的安全运行，并造成了巨大的经济损失[1]，另外，停电给铁路、交通运输亦造成严重影响。因此，在对覆冰进行长期观测和研究的基础上，总结覆冰监测方法和防止覆冰事故的措施，希望能对减少我国输电线路冰害事故和冰害损失有益。

1、冰雪灾害对输电线路的危害

如2008年，我国华中电网，特别是湖南、湖北地区，遭遇历史上时间跨度最长，范围最广的严重覆冰灾害。数千公里长的电网设施出现覆冰现象，一些地段覆冰厚度达到80～100mm，严重超出了10～20mm的设计标准(如图1所示)。

图1 铁塔和导线上的覆冰

1.1机械危害

线路覆冰直接的危害就是导线、金具和支架负载，随着覆冰厚度的增加输电线路的水平负荷也在增加，严重的覆冰会导致导线、地线断裂，杆塔倒塌和金具损坏；不均匀的覆冰或者不同期脱冰会引起张力差，容易造成导线舞动，会造成导线断裂、杆塔横杆扭曲变形、绝缘子损伤和破裂[2]。

1.2电气危害

绝缘子覆冰或被冰凌桥接后，绝缘强度下降，泄漏距离缩短，容易引起绝缘子闪络；融冰过程中冰体表面的水膜会溶解污秽物中的电解质，提高融冰水或冰面水膜的导电率，引起绝缘子串电压分布的畸变，从而降低了覆冰绝缘子串的闪络电压，形成绝缘子闪络。导线舞动时还可能造成相间短路故障。

1.3线路过荷载事故

当覆冰积累到一定体积和重量之后, 输电导线的重量倍增, 弧垂增大, 导线对地间距减小, 从而导致闪络事故的发生。同时, 在风的作用下, 两根导线或导线与地之间可能相碰,会造成短路跳闸、烧伤甚至烧断导线的事故。

有资料显示,以400 mm导线为例,当覆冰厚度由10 mm 增加至15 mm、20 mm、30mm和50 mm时,杆塔承受的垂直、水平和纵向荷载对应关系如表1 所示。

表1 覆冰厚度与杆塔载荷的关系

覆冰厚度/mm 垂直荷载/% 水平荷载/% 纵向荷载/%

10 100 100 100

15 130 120 120

20 160 480 180

30 240 620 320

50 450 900 660

2、高压输电线路对冰雪灾害的设计方案

2.1优化设计，提高规划设计水平

对线路经过区域进行气象资料、环境资料和环境特征等收集和分析，尽量避开覆冰区域；对于不能避开的覆冰区域，应合理设计抗冰厚度，确保杆塔及导线、地线强度能满足特殊地形和气象条件要求[3]。

据观测，覆冰首先在导线迎风面上成长，当迎风面达到某一覆冰厚度时，导线因重力作用而产生扭转，从而出现了新的迎风面。这样，导线通过不断扭转而使覆冰逐步增大，最终导线上形成圆形或椭圆形的覆冰。除了风速的大小对覆冰有影响外，风向与导线平行时，或当与导线之间的夹角小于45°或大于150°时，覆冰较轻；风向与导线垂直或风向与导线之间的夹角大于45°或小于150°时，覆冰比较严重。

2.2提高输电线路事故预防

2.2.1持续低温天气发生后，应加强对气象预报资料的收集，提前做好预控措施，有针对性的进行特殊巡视，一旦发现线路有覆冰现象，必须立即采取有效的措施除冰，必要时应申请对线路进行停电除冰；