输电线路防覆冰事故的技术措施_综合治理

第21卷第2期2008年6月

江西电力职业技术学院学报Journa l of J i a ngx i Voca ti ona l and Techn i ca l College of Electr i c ity

Vol 121,No .2

Jun .2008输电线路防覆冰事故的技术措施

———综合治理

熊先仁1

,沈亚红1

,杨　燕

2

(1.江西电力职业技术学院,江西　南昌　330032;　2.南昌供电公司,江西　南昌　330006)

摘　要:为防止线路发生覆冰事故,首先在设计输电线路阶段应采用合适的抗冰设计措施;在设计阶段

无法做到有效抗冰时,则应考虑采用合适的防冰和除冰技术措施。

关键词:输电线路;防覆冰事故;技术措施中图分类号:T M726 文献标识码:A 文章编号:1673-0097(2008)02-0001-03

收稿日期:2008-04-01

作者简介:熊先仁(1949-),男,江西高安人,教授,硕士,主要从事《输电线路设计》课程的教学和研究工作.

覆冰对架空输电线路的危害表现在造成杆塔变形、倒塔、导线断股、金具和绝缘子损坏、绝缘子闪络等事故。今年的冰雪灾害造成的恶果,人们永世难忘。防止冰害事故发生的方法从原理上可分为防冰方法和除冰方法。为防止线路发生覆冰故障,首先在设计输电线路阶段采用合适的抗冰设计措施;在设计阶段无法做到有效抗冰时,应该考虑采用合适的防冰和除冰技术措施。

1　输电线路抗冰设计方法

在设计阶段采取有效措施是防止输电线路冰害事故的最重要方法。对重冰区输电线路采取加强抗冰设计的措施,往往比融冰、防冰以及其他后期措施更为合理和有效。《重冰区架空输电线路设计规定》是根据我国重覆冰线路的特点,在总结以往运行经验的基础上,特别是抗冰线路运行经验的基础上制定的,可供重冰区送电线路设计参考使用。因此,在对重覆冰地区送电线路进行设计时,应按国家制定的《重冰区架空输电线路设计规定》要求对输电线路进行设计。

1.1　认真调查气象条件、避开不利的地形

总的来说,我国建立的专门为解决输电线路覆冰问题的观测站不多,设计部门在选择新建线路的气象条件时,除了收集气象部门的历史观测资料外,必须对沿线现有输电线路及通信线路的覆冰及运行情况进行深入的调查访问,认真听取当地居民有关历年冰凌频数、性质、分布及危害等方面的情况,邀请气象部门的专业技术人员共同踏勘、核实,综合分析,合理划分冰区和确定设计冰厚。对于地形复杂多变的微气象覆冰区,应有计划地先期在沿线建立观测站,以便掌握覆冰的特征和资料。

当线路不可避免地要通过重覆冰地区时,应力求“避重就轻”,即进行线路路径选择时,应尽量做到避开最严重的覆冰地段,线路宜沿起伏不大的地形走线。尽量避开横跨垭

口、风道和通过湖泊、水库等容易覆冰的地带。翻越山岭时应避免大档距、大高差。沿山岭通过时,宜沿覆冰季节背风面或向阳面走线,应避免将转角点架设在开阔的山脊上,且转角角度不宜过大,如遇台地宽窄不一、不连续时,则应注意选取云雾不连续地段,达到减小覆冰概率和减轻覆冰程度的目的。

1.2　采取抗冰措施

对于确定为重覆冰地段的输电线路,可根据其具体情况采取以下防冰抗冰措施。

1.2.1　防倒塔断线措施

(1)在海拔较高、湿度较大、雨凇和雾凇易于形成的山

顶、风口、垭口地带,对较长的耐张段,宜在中间适当位置设立耐张塔或加强型直线塔,以避免一基倒塌引起的连环破坏。对其它微地形、微气象特性明显,历史上覆冰频繁发生的线段,也应参照事故线路安排技改和加强。另外,针对地线上覆冰密度大这一特点,应加强地线支架的补强。

(2)对于档距较大的重覆冰地段,采取增加杆塔、缩小档距的措施,以增加导地线的过载能力,减轻杆塔荷载,减小不均匀脱冰时导地线相碰撞的机率。对重覆冰区新建线路应尽量避免大档距,使重覆冰区线路档距较为均匀。对于

35k V 线路,档距一般在250m 以下;对于110k V 线路,档距一

般在300m 以下;对于220k V 线路,档距一般在400m 以下;对于500k V 线路,档距一般在500m 以下;当地形受限制必须采用较大档距时,宜采用耐张塔或采用其他加强措施。(3)加强杆塔、缩短耐张段长度。将事故频繁、荷重较大、两侧档距相差较大及垂直档距系数小于0.6的直线杆塔采用加固措施后改为耐张塔;对于横跨峡谷、风口处则改为孤立档,并相应加强杆塔。例如,对前后档距或高差角较大的铁塔提高冰厚等级,铁塔主材可选用Q390或Q420高强度钢,提高强度。

2　江西电力职业技术学院学报第21卷

(4)改善杆塔结构、扩大导线与地线的水平位移。

(5)为减少或防止覆冰后钢芯铝绞线断线或断股,重覆冰区输电线路导线可采用高强度钢芯铝合金线或其他加强型的抗冰导线。

(6)为减轻或防止重覆冰区线路由于不平衡张力作用和脱冰跳跃振动而损害导线,宜采用预绞丝护线条保护导线。

(7)对于悬挂角与垂直档距较大的直线杆塔采用双线夹,以增加线夹出口处导线的受弯强度。受微地形影响而产生由下往上吹的风使导线容易产生跳跃的局部地段,应采用双联双线夹,使绝缘子串强度增加,避免绝缘子球头弯曲或折断。

1.2.2　防绝缘子串冰闪措施

(1)悬式绝缘子串增加大盘径伞裙阻隔法。①大盘径绝缘子隔断,冰柱在直线悬式瓷绝缘子串的上、中、下部各更换一片大盘径绝缘子,阻断其冰凌的桥接通路。②特制合成绝缘子向厂家定做上、中、下各有一片特大伞裙的合成绝缘子替换原运行的合成绝缘子。③在原合成绝缘子上方加一片大盘径瓷绝缘子。加特制伞裙或绝缘板(草帽型),用粘贴或热塑等方法将原有普通合成绝缘子与伞裙固定为一体或加草帽型绝缘板。④双串绝缘子间应增大挂点间距或加装间隔装置。

(2)悬垂绝缘子串斜挂法。绝缘子串V型及倒V型悬挂均可提高冰闪电压,但对直线杆塔悬垂绝缘子串改V型悬挂或改为倒V型悬挂工作量也很大,而《架空送电线路运行规程》规定,直线杆塔的绝缘子串顺线路方向的偏斜角不大于7.5°,这是从直线杆塔两侧的导线档距内的受力平衡来考虑的。如果考虑了两侧平衡,有意将顺线路方向的绝缘子串偏斜角加大,也可改善冰闪电压。

(3)为防止杆塔横担上积水,冰水不致淌落到绝缘子串上,可在绝缘子串悬挂点处增设一块防水挡板。

(4)涂具有憎水性能的涂料。可考虑在绝缘子表面覆涂具有憎水性能的涂料,降低冰与积覆物体表面的附着力,虽不能防止冰的形成但可使冻雨或雪在冻结或黏结到绝缘子之前就可在自然力,如风或绝缘子摆动时的力的作用下即能滑落,或者使冰或雪在绝缘子上的附着力明显降低,则同样可以达到防覆冰、减少线路出现冰害事故的目的。

1.2.3　防导线舞动措施

(1)开展导线舞动观测,力求获取全面的基础数据和资料,划分出舞动易发区域。1990年前后辽宁电网的导线舞动观测获取了第一手气象资料、导线舞动基础资料、录像资料,并绘出了全省易舞动区域分布图,以备设计避让时参考。

(2)改进铁塔紧固方式,加强易舞动地区杆塔强度。220～500k V输电线路耐张杆塔位于导线舞动系统的终端,相当于一个刚性阻尼器,舞动能量经横担、塔身到地面而消耗,其所受的交变应力最大,其紧固件最容易松扣或受到钢材相对运动的剪切力。因此应加强易舞区耐张塔螺栓和塔杆强度,必要时采用高强度螺栓。对杆塔节点螺栓,特别是横担螺栓采取防松措施(500k V线路董辽线舞动段曾经使用过)。

(3)对易舞动区域线路(特别是<220k V的直线杆塔),设计时加大导线间距离(包括垂直距离和水平偏移),这不能避免导线舞动,但可避免它造成的相间短路。如大连新明左右线1997年将易舞段原66k V塔更换成110k V铁塔,垂直间距由2.5m改为3.5m,水平偏移由0.5m改为1m,投运后未发生导线舞动混线事故;66k V连周线17号～18号鼓型塔三相垂直距离原2m改为上中横担3.4m,中下横担2.5m后,均未再发生舞动混线故障。二是采用气流干扰线,破坏导线覆冰后的空气动力学特性,改变导线受力条件,以其阻尼性能抑制导线舞动。此法不改变导线和杆塔的受力,投资小,效果好,但需根据线路的导线直径、档距及舞动半波数单独设计,通用性有限。如1993年鞍山66k V鞍灵线43号-44号、52号-53号中相导线安装了干扰线,导线舞动时加装集中防振锤的相线发生了舞动,而加装干扰线的中相则从未发生舞动。

(4)利用失谐摆、重锤、集中防振锤的阻尼作用抑制起舞条件,但对不同线路效果各异,因这些装置的设计特性不能完全耦合所有频率的导线舞动。如针对2003年500k V龙斗、斗双等输电线路发生的舞动,就采用基于动力稳定性机理的双摆防舞器作为防舞方案。针对中山口大跨越工程的舞动,采用了双摆防舞器,对200k V、500k V一般档距线路采用了偏心重锤式防舞器。

(5)66k V线路加装复合绝缘相间间隔棒,防止舞动时相间短路,如盘锦田大线、大连岔瓦东线17号一18号实施后效果良好。合理调整导线驰度亦可防止混线,如盘锦电业局曾在设计允许的范围内将易舞线段上线弛度收紧2.5%,下线弛度放松2.5%～5%,中线不变,实施后未发生重复混线故障。

(6)新线路采用双绞线导线,不但可提高输电能力,而且其阻尼特性可破坏导线覆冰形状,改变其空气动力学特性,防止舞动。

2　输电线路防冰、除冰方法

防覆冰方法是在覆冰物体覆冰前采取各种有效技术措施,使各种形式的冰在覆冰物体上无法积覆,或即使积覆其总的覆冰荷载也能控制在物体可承受的范围内。除冰方法定义为物体覆冰达到危险状态后采取有效措施,部分或全部除去物体上覆冰的方法或措施。一般来说,只有当设计阶段无法达到抗冰目的和无法了解输电线路的局部地区的准确覆冰情况时,才采取后期防冰除冰技术方法。

国内外用来防冰、除冰的方法有很多,这些方法从类别上可分为:①热力融冰法。包括潮流分配、短路电流、铁磁线、热气、热吸收器、电磁波微波激光器等。②机械破冰法。包括风力、电磁力、强力振动、电磁脉冲、超声振动、气动法等。③自然被动法。包括平衡导线重量、使用防雪环、使用憎水、憎冰性涂料等。以上防冰、除冰的方法中可用于输电线路的方法有改变潮流分配法、短路融冰法等。

2.1　改变潮流分配融冰

工程应用中针对输电线路最方便、有效、适用的除冰方法为增大线路传输负荷电流。相同气候条件下,重负载线路覆冰较轻或不覆冰,轻载线路覆冰较重,而避雷线与架空地线相对于导线覆冰更多,这一现象与导线通过电流时的焦耳效应有关。当负荷电流足够大时,导线自身的温度超过冰点,则落在导体表面的雨雪就不会结冰。