输电线路的覆冰与主要危害

输电线路的覆冰与主要危害

[摘要]输电线路覆冰严重威胁了电力系统的运行安全，在总结输电线路典型覆冰事故的基础上，对输电线路覆冰事故原因及危害进行了总结分析。

【关键词】输电线路;覆冰;危害

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。

一、线路覆冰的分类和成因

1.气象条件影响导线覆冰的气象因素主要有4种：空气温度、风速风向、空气中或云中过冷却水滴的直径、空气中液态水的含量。随着空气温度的升高，雾粒直径变大，相应液态水的含量增加。当气温在—5—0℃之间，空气或云中过冷却水滴的直径在10—40?m之间，风速较大时形成雨淞；当气温在—16——10℃之间，过冷却水滴的直径在1—20?m之间，风速较小时形成雾淞；混合成的形成介于雨淞和雾淞之间，此时的温度在—9——3℃之间，过冷却水滴的直径在5—35?m之间：严格地说，雨淞—混合淞之间及混合淞-雾淞之间没有严格界限、如气温太低，则过冷却水滴都变成雪花，导线也行不成覆冰了。

2.季节的影响导线覆冰主要发生在前1年的11月到次年的3月之间，尤其是入冬和倒春寒时覆冰发生的概率较高。

3.地形及地理条件的影响东西走向山脉的迎风坡比背风坡严重，山体部位的分水岭、风口处线路覆冰比其他地形严重，线路紧靠江湖水体比线路附近无水源时覆冰严重。总之，受风条件较好的突出地形和空气水分较充足的地区，覆冰程度比较严重。

4.海拔高度的影响就同一地区来讲，一般海拔高度越高，越易覆冰，覆冰也越厚巳多为雾淞，海拔高度较低处多为雨淞和混合淞。

5.线路走向的影响导线的覆冰程度与线路的走向有关，东西走向的导线覆冰普遍比南北走向的导线覆冰严重。冬季覆冰天气大多为北风和西北风．线路南北走向时，风向与导线的轴向基本平行，单位时间内与单位面积内输送到导线上的水滴及雾粒较东西走向的导线少得多；线路东西走向时，风与导线约成90°的夹角，使得导线覆冰最为严重。在严重覆冰地段选择线路走廊时，如条件许可，应尽量避免线路成东西走向。

6.导线悬挂点的影响导线悬挂点越高覆冰越严重，因为空气中的液态水含量随高度的增加而增高，风速越大，液态水含量越高，单位时间内向导线吹送的水滴越多，覆冰越严重。

7.导线本身的影响导线覆冰往往总是在迎风面上先出现扇形或新月牙形积冰，产生偏心荷重，对导线施加扭矩，迫使导线扭转，对未覆冰或覆冰较少的表面对准风向，继续覆冰。导线的刚度越小，扭转越大，覆冰速度越快。

8.电场和负荷电流的影响导线的电场会使其周围的水滴粒子产生电离，并对其有吸引力，因此电场的吸引力会使更多的水滴移向导体表面，增加导线的覆冰量。

9.负荷电流影响导线表面温度当电流较小时，导线产生的焦耳热不能使导

线表面温度维持0℃以上，还会由于电场的影响，增加导线的覆冰量；当电流足够大时，导线产生的焦耳热使导线表面温度维持0℃以上，这时过冷却水滴碰撞导线就不会产生覆冰，从而达到自然消冰的结果。维持导线表面温度为0℃以上的电流称为临界负荷电流，临界负荷电流的大小由气温、风速及导线表面的热辐射特性等因素决定。

二、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。

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．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。

(1)覆冰:线路覆冰是舞动的必要条件之一；(2)风的激励:舞动离不开风的激励。冬季和初春的季节里，冷暖气流的交汇容易引起较强的风，在地势平坦开阔或山谷风口等地区的线路，能使均匀的风持续地吹向导线，当导线覆冰、风速在4—20m/s之间、风向与线路走向的夹角不小于45°时，导线容易发生舞动；(3)线路结构与参数条件:线路结构和参数条件也是形成舞动的重要因素。在相同的环境、气象条件下，分裂导线比单导线更容易发生舞动，大截面导线比小截面导线容易产生舞动；(4)导线不均匀脱冰:随着导线覆冰量的增加，相应的张力明显增大，弧垂也有所下降，当大段或整档脱冰时，由于导线的弹性储能迅速地转变为导线的动能，引起导线向上跳跃，进而产生舞动，使相邻绝缘子串产生剧烈摆动，杆塔两端的导线张力也会有显著变化。

三、小结

冰灾造成输电线路断线、倒塔的直接原因是由于导地线和铁塔覆冰产生的荷载超过其设计承载力所致；导地线覆冰引起的纵向不平和张力和断线冲击荷载是铁塔破坏的主要原因。电力工业是关系国计民生的基础产业和公用事业，输电线