输电线路覆冰

浅谈输电线路覆冰故障处理技术

左亚鹏、柴冰、史宏伟

摘要：在运行输电线路中，导线覆冰现象较为普遍，特别是近几年来天气气候的变化，导线覆冰的几率日趋增大。输电线路覆冰引起的故障严重地影响了电力系统的安全正常运行，给社会经济带来巨大的损失。浅谈影响覆冰的因素、形成、类型，借鉴现有的有效方法和技术，对周口地区的输电线路覆冰故障建议防范与处理的措施。

自2005年1月以来周口地区多次遭受了50年一遇的冰雪凝冻灾害，电网因冰灾损害严重。特别是220kV川水线、薛淮线和川淮线在冰灾中多处受损，共造成导线和架空避雷线30余出损伤，187处杆塔绝缘子、金具、横担损坏等严重现象。灾情过后，也向电力企业敲响了警钟；对于天气寒冷而又多雨的中原地区来说，输电线路导线覆冰严重影响着输电线路的安全运行，覆冰也给安全生产方面带来了严重危害，并加大了输电线路运行维护的工作量，增加了企业成本；同时也反映出输电线路抗自然灾害的能力比较薄弱。因此有效地避免和防止冰灾对输电线路造成的危害，是电力企业必须面对的新的课题。只有多措并举，才能积极有效地防治输电线路导线覆冰带来的危害。

1 输电线路覆冰的危害

一般来讲，覆冰对电网输电线路的破坏有三种。第一种是少量的覆冰，它在导线上这种圆截面的覆冰不是均匀地包在上面，它可能形成一个椭圆或者形成其他形状，在大气当中构成了一个迎风面，当风的角度和冰的迎风面角度合适的时候导线就会舞动。第二种情况就是闪络，结构也不破坏，但是它的绝缘失去了，一闪络，电就送不出去了。第三种也是最普遍的，由于垂直负载过重，把结构整个压垮。

2 影响输电线路覆冰的因素

2.1 影响导线覆冰的气象条件

影响输电线路导线覆冰的气象因素主要有空气温度、风速风向、空气中或云中过冷却水滴直径、空气中液态水含量。这四种因素的不同组合确定了导线导线覆冰类型。多发生在每年1、2月份，尤其在冬季和初春季节，当气温下降至-5℃～0℃，风速在3～15m/s时，如遇大雾、毛毛雨或小雨加雪，首先将在导线上形成雨凇；如此时气温升高，天气转晴，导线上的雨凇便开始融化；如天气继续转晴，则覆冰过程终止；如天气骤然变冷或气温继续下降，冻雨和湿雪则在粘结强度很高的雨凇冰面上迅速增长，形成密度大于0.6g/cm3的较厚的冰层；如气温继续下降至-15℃～-8℃，原有冰层外侧积覆雾凇。这种过程将导致导线表面形成雨凇——混合凇——雾凇的复合冰层。如在这种过程中天气变化出现多次晴转冷的天气，融化再结冰增加了覆冰的密度，如此往复发展将形成雨凇和雾凇交替重叠的混合冻结物，即混合凇。

一般来说，最易覆冰的温度为-8℃～0℃。若气温在-20℃～-15℃或更低时，水滴将变成冰雹或雪花而不易于形成覆冰。当有了足够的温度后，覆冰的形成还必须有较高的空气湿度，一般空气湿

度达到90%以上。

在覆冰过程中，风对输电线路导线覆冰起着终于熬的作用，它将大量过冷却水滴源源不断地输向输电线路，与导线相碰撞，被导线捕获而加速覆冰。当具备了形成覆冰温度和水汽条件后，除了风速的大小对覆冰有影响外，风向也是决定导线覆冰轻重的重要参数之一。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；风向与输电线路垂直或风与导线之间的夹角小于45°或大于150°时，覆冰则比较严重。但在覆冰形成过程中，风向不是固定不变的，总有一些时间风与输电线路导线有一定夹角。

2.2 地形及地理条件的影响

输电线路导线覆冰的轻重还取决于山脉走向、坡向与分水岭、台地、风口、江湖水体等因素。在冬季或初春时节，在高空受西南温湿气候和东北寒冷气候的交替影响，黄淮地区长期持续的低温、雨雪、冰冻极端天气给河南、湖南、安徽等省（市、区）的生产生活带来了严重影响，电力输电线路覆冰严重。周口位于黄淮地区中东部豫东平原，河南省东南部，东临安徽阜阳；西接漯河、许昌；南与驻马店相连；北与开封、商丘接壤。地势平坦，农田肥沃辽阔，农田灌溉水利建设发达，河流河网错综复杂、密布，空气湿度较大。其中220kV川水线、川淮线路东西走向，地势平坦开阔，多次跨越河流，空气中水汽充足，部分线路杆塔处在两村庄或河堤河道内形成风口等微气候地段，在输电线路覆冰观测中输电线路导线覆冰直径20mm左右,覆冰面积大、范围广。

2.3 走向及悬挂高度对覆冰的影响

输电线路导线覆冰与线路走向有关，东西走向的线路导线覆冰普遍较南北走向的线路导线覆冰严重。冬季覆冰天气大多为北风或西北风，输电线路导线为南北走向时，风向与导线轴线基本平行，单位时间与单位面积内输送到输电线路导线上的雾粒叫东西走向的线路导线少得多。输电线路导线为东西走向时，风与导线约成90°的夹角，从而使导线覆冰最为严重。输电线路导线覆冰与风向几乎成正弦关系。而且输电线路导线为东西走向在覆冰后，由于不均匀覆冰的影响，导线覆冰可能会诱发覆冰舞动。在条件相同的地区，一般海拔高程愈高，愈易发生覆冰，覆冰厚度越厚，且多为雾凇；海拔高程较低处，其冰厚虽较薄，但多为雨凇或混合冻结。周口地区的输电线路大多为东西走向，导线悬挂高度平均在23m左右，又处于密布的河网河道内，输电线路受覆冰的几率较大，也比较严重，线路一旦覆冰多为雨凇或混合冻结。输电线路导线悬挂高度越高，覆冰越严重，这是因为空气中液水含量随高度的增加而升高。风速越大、液水含量越高，单位时间内向导线输送的水滴越多，覆冰也越严重。因此，覆冰随导线悬挂高度的升高而增加。

2.4 导线直径与覆冰厚度和扭转对覆冰的影响

当风速在3～8m/s时，导线直径越大，其相对导线单位长度覆冰量越重；当风速大于8m/s时，对于任何直径的导线，导线直径越大其覆冰量越重，但覆冰的厚度是随导线直径的增加而减小。覆冰在迎风面上生长，达到一定厚度时产生扭转力矩。导线扭转加速覆冰增长。这是因为导线覆冰时形状往往很不规则（有扇形、椭圆形、新月形、圆形等）导线承受偏心荷重，由于其扭转角度与L2/Φ4 (L为线路档距,Φ为导线直径)成比例，而L＞Φ,故导线易发生扭转，这就便于在导线的各个侧面上进一步积冰。档距中央线段的扭转程度要比悬挂点线夹处附近大，随风运动的过冷却水滴得以均匀地积聚到扭转导线的整个表面，而不像固定不扭转的线段那样覆冰主要积聚在迎风面一侧，，对比之下，悬挂点线夹附近导线与气流平行的长径增长得快，与气流正交的短径增长的慢，迎风面积增加不多，冰重增长较慢，而档距中央长径、短径增长比较均匀，与气流正交的迎风面积增加较多，冰重增长较快，质量较大。