10kV架空线路的冰雪灾害分析预防喻远智

10kV架空线路的冰雪灾害分析预防喻远智

喻远智

（中国铁路上海局集团公司南京供电段江苏南京210000）

摘要：我段电力供电线路多采用10kV架空线路和电缆混合的方式，其中既有线电力供电多采用架空线路的供电方式。做为传统供电方式，架空线路具有结构简单、架设方便、投资少、散热条件好、维护方便等优点；但相较于电力电缆，则具有易受外部环境影响、故障率高等缺点，特别是应对恶劣天气的能力较差。经过近年来我段电线路改造、大修，线路抗事故能力得到显著提高，但10kV架空线路故障仍时有发生。现就10kV架空线路在寒冷天气下常见故障进行分析，并对寒冷天气下故障防范措施进行探讨，以求提高10kV架空线路的安全运行水平，提高供电可靠性。

引言

南京供电段滁州供电车间供电线路以架空线路为主，加之2018年年初又遇暴雪灾害，导致多处故障。提高架空电线路的灾害预防及供电安全性迫在眉睫。

1.架空线路的特点：

10KV架空线路属于中压配电网。由于要保证铁路用户特别是信号供电，对于供电可靠性的要求很高。

1.1电杆的选用

目前我段主要电杆类型为环形预应力钢筋混凝土电杆。此电杆比普通钢筋混凝土杆可节约钢材40%左右，同时水泥用量也减少，电杆质量减轻，壁厚相应减少，抗裂性能好，能延长电杆的使用寿命。电杆应符合《中华人民共和国国家标准：环形混凝土电杆（GB/T4623-2006）》。

1.2导线的选用

目前使用钢芯铝绞线和铝芯交联聚乙烯绝缘架空电缆两种导线。因钢芯铝绞线为传统使用导线，因目前钢芯铝绞线不能很好地应对危树、鱼塘等外部环境带来的安全隐患，所以新近大修线路均使用铝芯交联聚乙烯绝缘架空电缆作为导线。

1.3金具和瓷瓶

自闭线路多使用铁横担和柱式绝缘子，贯通线路多使用瓷横担。由于近期铝芯交联聚乙烯绝缘架空电缆的使用越来越多，而瓷横担机械强度较低，故贯通线路也正陆续更换为铁横担和柱式绝缘子的形式。

架空线经常受到外界条件的影响，风力的振动、重力作用、冰雪压力、温度变形等等问题，这些问题都是不可避免的，但是在运行和施工中要采取措施，尽量避免事故的发生，只要严把材料质量、施工质量，做好日常检查，就一定可以确保架空线的运行安全。

2.架空线路结冰及预防

2.1架空线路结冰原理

雨凇、雾凇凝附在导线上或湿雪冻结在导线上的现象，称为电线积冰。雨淞是由过冷却雨与导线表面接触后冻结而成的冰壳，雾凇是低温时空气中的水汽直接凝华，或过冷雾直接冻结在物体上的乳白色冰晶沉积物。导线结冰通常有雾淞（雾冰）、雨淞（雨冰或冰凌）和两者的混合冻结物以及冻结雪四大类。

2.2影响导线结冰的因素

2.2.1风速对结冰的影响

风对水汽和雨有输送作用，一定程度上对导线结冰有重要影响。无风或微风时，有利于晶状雾淞的形成；风速较大时，则有利于粒状雾淞的形成。同时，近地表气层内风速和雾的密度随着高度的增加而增大，因而雾淞、雨淞等结冰物也会随着离地高度的增加而增大。所以，在同一地点，较高的线路上的结冰状况往往比较低的线路更重。

2.2.2地形对结冰的影响

在受风条件较好的突出地形，如迎风坡、山顶、隧道口、风口等处的结冰现象往往比其他地区要严重。并且在空气湿度较大的地区，如大江河湖或水库森林附近以及云雾环绕的山腰或山顶，结冰现象不仅比干燥地区容易出现，而且程度也较严重，因为在这些特定的地形和环境条件下，往往产生有利的结冰气流与充分的水分供应相结合的条件。譬如云南省以往输电线路发生事故的地点大多属于这类清况，后将线路部分改道却避免了这类事故。

2.2.3线路走向对结冰的影响

线路走向与结冰气流的方向之间也有着极为蜜切的关系。一般认为导线的结冰厚度与气流对导线交角的正弦成正比。实践证明，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。在线路设计过程中对此应多加注意。

2.3线路结冰的危害

2.3.1线路结冰倒杆断线

（1）线路覆冰导致电杆两侧的张力不平衡。在山坡之类的一些地形起伏较大的地区，两相邻电杆之间存在高度差，在还未覆冰时两侧就形成了较大的不平衡张力，随着线路上出现的覆冰渐渐加厚，电杆两侧的不平衡张力也随之加剧，当张力不断加大，直至到达电杆、导线所能承受的极限时，就出现了导线断落或电杆倒塌的现象。因此，在灾后恢复和未来的设计改造中，应尽量避免大高度差、大距离和大转角。

（2）线路震动导致的疲劳性损伤。由于雨凇覆冰是一个缓慢累积的过程，且粘附能力强，不易掉落。寒冷的天气也会造成电线路收缩，使得线路更加紧绷脆弱，在电线路档距较大时，加之风力的作用，导线将会产生低频率、大振幅的自激振动。长期的振动会使导线、金具、瓷瓶甚至电杆受不平衡冲击导致疲劳性损伤。

2.3.2覆冰绝缘子的闪络

绝缘子的冰闪是冰害的另一种重要形式。在低温降雪天气，绝缘子串覆冰后，形成贯穿整串的冰柱。由于冰雪的电阻很高，一时不会造成短路。同时冰中含有多种污秽物，污秽物的来源一方面瓷瓶横担等由于长期暴露在外，表面原本就包含着一定量的污物，另一方面，由于雪、雾等吸附、凝结了空气中的各种杂质，杂质随着覆冰附着在绝缘子串上。当气温回升到摄氏零度以上时冰柱开始融化，融化的冰水沿着绝缘子串流淌，形成导电通路，在金具和电线路之间形成短路，进而造成跳闸停电。

2.4线路结冰预防措施

通过选址预防上文提到，迎风坡地或水分充沛的地方，容易形成雾淞和雨淞，因此，山坡和鱼塘附近也是线路结冰的高发地。在架空线路设计之初，应想法设法避开山顶、山脊、迎风口、鱼塘等附近，沿覆冰季节的背风向阳而走线。若实在无法避开此类地区，则应使用电缆或将线路档距改小，以减小冰冻灾害带来的安全隐患。

导线的结冰严重程度通常与线路走向和风向之间交角的正弦值成正比。因此，设计架空线路走向时尽可能地与当地盛行的冬季寒流风向方向一致，或者尽可能地减小角度，将线路结冰严重程度降到最低。

3.线路除冰方式

3.1人工除冰

人工除冰是一种机械除冰方式，电力工作人员通过攀爬到电杆上，或站在地面上，带绝缘手套使用打冰杆来清除线路覆冰。人工除冰效率低下、费时费力、安全性不高，但这也是一种最经济最直接的除冰方式，目前使用广泛。

3.2热力除冰

热力除冰是一种通过提高电线路发热效率来除冰的方式。目前有过电流防冰融冰法、带负荷融冰法、高频激励融冰法、交流短路电流融冰法、复合导线融冰法。热力除冰安全性高，除冰效果好，适用于大氛围输电线路覆冰。但是成本较高，部分方法结构复杂，多使用在110kV以上高压输电线路，在35kV和10kV输电线路很少使用。

4.雪灾外部环境对架空线路影响

4.1树木的危害

暴雪导致的树木倒伏现象也是架空线路的一大隐患。今年1月的暴雪导致管内树木大面积倒伏，主要危树树种为香樟、松树等常绿阔叶和针叶树木，此类树木多为城市园林树木和林场树木。一来由于积雪较厚，导致步巡困难，一时很难发现树木倒伏地点，二来由于部分树木高大，处理时甚至需要使用吊机，应急处置时十分不便。所以危树造成的雪灾隐患也不容小视。

4.2应对措施

一方面电线路选址时应尽量规避此类树木，如无法规避可选择使用电缆，使用绝缘线也能一定程度上延缓树木倒伏引起的跳闸断电。另一方面，应加大此类侵限树木的修伐力度。

5.结语

在了解架空线路构造和电线路结冰原理的基础上，我们得出，应对架空电线路结冰故障应从预防和处置等各方面着手。首先从选址开始就将结冰隐患尽量降低，其次从设备安装和选择方面要考虑到各种防结冰手段，最后在电线路结冰时要运用合适的除冰手段进行除冰，提高除冰效率。

参考文献：

[1]铁路电力设备安装标准（第三版）[S]孙燕澄.中国铁道出版社.2005

[2]架空线路的结冰及冰厚计算[J]滕中林.中国学术期刊电子出版社。

[3]输电线路覆冰危害及防范措施的研究现状[J]顾雨生.电力设备