高压输电线路覆冰防冶技术研究

高压输电线路覆冰防冶技术研究

陈金春

（国网四川省电力公司广元供电公司四川广元628000）

摘要：输电线路作为电网的重要环节，对电网安全运行有着极大影响。输电线路故障是电网故障的诱因，特别是线路覆冰对电力系统的安全运行造成极大威胁。文章就高压输电线路中覆冰防冶技术进行分析和论述，以提高高压输电线路的安全运行。

关键词：高压输电线路；线路覆冰；防冶技术

在电网建设中，输电线路覆冰是输是造成线路故障的一种常见的自然现象。在我国，因为输电线路覆冰而造成的停电、断线、倒塔情况时有发生，同时也给一线线路维护人员造成巨大困难。近几十年来，我国的电网规模迅速扩大，尤其是2008年南方地区出现了较长时间的大范围且持续时间较长的雨雪冰冻天气，造成了上千条线路倒塔、3000多基铁塔受损，造成上万条线路故障停运，给当地人民群众生活和经济发展带来严重影响。因此，对高压输电线路覆冰防冶技术进行研究意义重大。

1覆冰的成因分析

我国出现输电线路覆冰现象的地区分布较广，造成这一灾害的主要原因是气候温度的急速变化。我国冬季的低温天气持续时间较长，温度每到低于0℃时，空气中的小水滴会急速冷却，被冷却水滴包围的输电线路会与气流中的水滴發生碰撞，最终形成覆冰冻结在导线表面。除了气候因素外，地形环境、导线所在高度、线路走向也是影响导线覆冰的重要因素。

2输电线路覆冰分类

我国电力系统中发生的输电覆冰现象主要分为雨淞、雾凇、湿雪、混合冻结几种类型。

雨淞主要发生在冬季前后。冬季冷空气出现上升，此时冷空气温度如果下降到零度以下就会成为冷却水滴。根据计算，当外界环境达到以下条件即会形成输电线路雨凇：空气温度0～4℃、空气湿度80%、风速3m/s～15m/s、密度600N/m3～900N/m3。雨凇形成的线路覆冰外部状态类似透明玻璃体，其质地比较硬并且具有很强的附着能力，一旦形成很难去除。因此，整个覆冰线路对供电系统影响较为严重。

雾凇主要的形成原因是冷却雾滴遇到过冷空气，覆冰线路中常见的雾凇有两种形态：粒状雾凇和晶状雾凇。晶状雾凇是由于自身温度骤然下降导致内部含有的水蒸气直接凝华产生，这种形态雾凇主要是白色的晶体，本身质地比较疏松并且自身附着能力很差，形成后容易脱落易于去除，对供电系线路响不大。粒状雾凇是由于雾滴短时间覆盖在输电线路表层冻结产生，粒状雾凇的形成时间很短，外观呈现乳白色不透明状，表面易出现波纹，质地比较疏松，并且附着能力强，对输电线路威胁比较大。

湿雪的自然状态是灰白色或者乳白色，并且质地比较软，一般是由于融化的雪花或者液体覆盖在线路表面形成。湿雪覆盖线路后，如果温度持续下降会形成冻结的冰，一旦形成附着能力很强，密度在100kg/m3～700kg/m3。

混合冻结主要是由于空气中的冷暖气团交汇，在交汇部位形成凝固的界面，低于冰点温度的电线就很容易出现冻结现象，形成混合冻结。混合冻结外观为乳白色，整体空隙比较多，自身体积较大，密度为200kg/m3～600kg/m3。

3覆冰造成的危害

3.1负荷过重

覆冰时如果有风吹过，造成冰晶摆动会造成地线与导线之间的碰撞，情况严重就会造成电线短路、烧线等事故。覆冰厚度不断增加，导线所承受的负荷力也会不断增加，造成电线杆塔扭曲下沉甚至倾斜，严重时会发生电杆倒塌事故。

当覆冰积累到一定重量时，输电导线的重量也会随之增加，最终导致闪络事故的发生。同时，导线与导线之间、导线与地面之间在风力的作用下可能相碰，造成电线短路跳闸甚至烧断导线的事故。

3.2不均匀覆冰

不均匀覆冰会在两根相邻导线之间产生张力差，这种力量差可使导线在电线内部滑动，长时间碰撞，会造成绝缘子损坏甚至破裂。输电线路中相邻电线的不均匀覆冰作用下，会造成导线碰撞烧伤甚至烧断爆裂，失去支撑而倒塌造成大范围停电断网，严重影响了电力通信网络的正常运行。因此，我们要重视对电网覆冰的危害分析，更加深入研究防冰除冰技术，不断完善与提高线路的抗覆冰能力。这对我国保障电力线路安全、提高电网运行稳定性具有重要意义。

3.3导线振动

导线覆冰的不均匀性会造成导线在风力的作用下产生振动，长时间的振动会导致导线、和杆塔受到不平衡的冲击，会损伤导线，还会造成相邻电线短路、杆塔倾斜甚至倒塌等严重事故。覆冰时如果有风吹过，造成冰晶摆动会造成地线与导线之间的碰撞，情况严重就会造成电线短路、烧线等事故。覆冰厚度不断增加，导线所承受的负荷力也会不断增加，造成电线杆塔扭曲下沉甚至倾斜，严重时会发生电杆倒塌事故。当覆冰积累到一定重量时，输电导线的重量也会随之增加，最终导致闪络事故的发生。同时，导线与导线之间、导线与地面之间在风力的作用下可能相碰，造成电线短路跳闸甚至烧断导线的事故。

4输电线路覆冰的防冶

4.1绝缘子防冶措施

我国的绝缘子串防冰措施经过几十年来的经验总结，主要分为加装大盘径绝缘子、绝缘子串插花、“V型”或“倒V型”配置悬垂绝缘子以及更换复合型绝缘子几种方式。以上几种绝缘子串防冰措施在现在的高压线路设计中非常常见，在现实运行维护中或多或少都还有改进的空间。如加装大盘径绝缘子在覆冰程度较重时，因为本身的熔冰水已形成了短路，而铁塔横担上面的冰水下落，导致绝缘子串保护距离不够，从而会短接少部分空气间隙，使闪络电压降低。在覆冰较轻微的地段，可以把悬垂串更换为插花形式，而绝缘子串插花在理论上来说，如果高压线路覆冰达到了一定程度，也就是绝缘子串完全被包裹时，就会发生冰闪了。在地势平坦且两侧档距比较均匀的杆塔段，可以把悬垂串更改为倒V串，“V型”或“倒V型”配置悬垂绝缘子实际上在具有防冰效果的同时对防鸟害、防风偏也有作用，但是它本身投资大、改造过程也非常复杂，对绝缘子要求也比较严格。

4.2导线除冰措施

高压输电线路覆冰最严重也是最容易发生覆冰的地方就是导线，目前国内除冰大致可分为机械除冰法、自然除冰法和热力融冰法三大类，下面进行简单介绍。机械除冰法、自然除冰法在现实使用的效果中并不好，对线路系统的稳定性也会产生影响，而且线路压降也会较大，并且能够除冰工作的前提条件非常高，存在一定偶然性，并不能够保证高压输电线路的除冰可靠性，因此并不推荐使用此种方法。

热力除冰法。热力除冰法有几种，下面简单价绍两种比较常见的热力除冰法，分别是交流短路电流融冰法以及直流电流融冰法。交流短路电流融冰法是人为将融冰线路的一端两相或三相短路，而在另一端提供融冰电源，并将电流控制在导线最大允许电流范围之内加热导线，使输电导线上覆盖的冰融化。直流电流融冰技术的原理就是将覆冰的高压输电线路作为一种负载，在上面施加直流电源，用较低电压提供的短路电流加热输电线路导线，从而使覆盖于导线表面上的冰融化。而目前设计中，一般采用发电机电源整流和系统电源的可控硅整流两种方案。发电机电源整流投资相对来说较少，但发电容易受机组容量与融冰所需容量的限制，大多情况都不满足需求。而采用系统电源的可控硅整流融冰方案，在高压输电线路运行过程中适用性更强，还可以根据不同情况调节直流融冰的电压，使之满足不同应用环境的需要，是现有融冰方法中最理想的一种。

结语

综上所述，高压输电线路的覆冰的原理，进而讲述高压输电线路在运行中出现的问题，输电线路作为我国电网系统中常见的高压线路，在进行高压输电线路设计时应该提前收集资料，有预见性进行线路覆冰原因的分析，并根据分析结果采取合理的方式对线路进行覆冰防冶设计，以提高和保证电网线路的供电运行安全性。

参考文献

[1]巢亚锋，黄福勇，王成，王峰，周卫华.超高压交流输电线路冰害分析及防冰害措施研究[J].高压电器，2016，52(10)：75-79+85.

[2]罗朝祥，万华舰，罗文博，姜岚.输电线路导线覆冰图像处理与识别技术[J].中国电力，2014，47(09)：132-136.

[3]周超，曹阳，李林.输电线路覆冰问题综述[J].电力建设，2013，34(09)：37-41.