高原地區輸電線路覆冰分析及處理措施

馬克俊

摘要: 輸電是電力系統的一個重要環節，確保線路的正常運行對整個系統來說是十分重要的。電力線路覆冰引起的故障，嚴重影響了線路安全運行，給社會經濟帶來巨大的損失。本文淺談輸電線路覆冰災害基本情況、影響因素、形成、類型、借鑒現有的有效方法、技術，并且分析了輸電線路覆冰的機理和防治覆冰故障處理的措施。

關鍵詞：輸電線路; 覆冰；故障; 防治；處理措施。

中圖分類號： F407 文獻標識碼： A

覆冰是在特定氣候條件下，由過冷卻水滴或過飽和云粒在運動阻止力和慣性力作用下，與自然界中的物體表面碰撞釋放潛熱而凝固的晶狀或粉狀附著物，是一種美麗的自然景象，而對處在自然環境中的輸配電線路會構成嚴重災害。輸電線路覆冰災害在我國大部分地區極其普遍,所導致的災害極為嚴重。近幾年，我局針對固原電網曾發生過的輸電線路覆冰災害故障，認真分析，總結經驗，積極探索，采取了一些預防輸電線路覆冰災害的措施，并取得了一定成效。

一.固原地區輸電線路覆冰災害基本情況

固原地處寧夏南部山區，屬典型的西北高原山區，由于受六盤山山脈氣候影響，固原地區局部形成許多微氣象區，具有典型代表的有六盤山、程兒山、黃峁山微氣象區。在每年冬春季節交替的1～3月份，最低氣溫在－5～－20℃之間，空氣相對濕度較大，并伴有3～4級東南風時，容易產生雨淞、霧淞、混合淞、積雪等天氣。

我局輸電線路多分布在海拔2000米左右的大山、溝谷和丘陵地帶，處在重覆冰區的線路有14條200多公里。在覆冰氣候多發季節里，輸電線路會發生絕緣子串冰閃或導線嚴重覆冰后負載過重引起導線損傷斷線、橫擔變形，或不同期脫冰引起導線舞動造成相間短路或接地故障。多年來，覆冰引起的導線混線、斷線和絕緣子覆冰閃絡事故經常發生,線路發生覆冰災害的概率比寧夏其他地區都高。2002年～2007年，我局所轄輸電線路因覆冰災害引起故障22次,110kV南彭線1次、固將線2次、瓦隆線5次；35kV北王線8次、官寨線1次、西白線1次、王草線2次、彭草線1次、古新線1次。其中2004年1月16日，110kV南彭線42＃桿絕緣子覆冰閃絡故障引起固原電網大面積停電事故。因此，我局對輸電線路防覆冰的研究與投入對電網的安全運行是十分必要的。

二、輸電線路覆冰的影響因素

根據多年覆冰現場的觀測分析和有關覆冰研究的論斷，得出輸電線路覆冰的影響因素有四個。

（1）氣象因素:受溫度、濕度、過冷卻水滴直徑、冷暖空氣對流、環流以及風等因素決定的綜合物理現象，在固原地區的冬天及初春季節,尤其是在六盤山、黃峁山、程兒山等微氣象區容易具備該條件；

（2）地形及地理環境:山頂、分水嶺、風口、迎風坡處以及水汽較重的湖庫、山腰等線路覆冰較其它地形嚴重；

（3）海拔高程、線路走向及導線的懸掛高度:海拔越高,線路走向為東西方向，導線的掛點越高覆冰越嚴重；

（4）線路本身的條件:絕緣子、導、地線表面形狀、直徑、剛度等影響過冷卻水滴、云粒的附著，且電場對過冷卻小水滴或過冷卻云粒有吸引力作用。

三、輸電線路易遭受覆冰災害的原因和類型

輸電線路遭受覆冰災害分析來看，輸電線路易發生覆冰災害的根源有二：一是復雜的地理環境和特殊的氣象條件容易產生覆冰；二是重冰區線路的設計標準偏低，絕緣子、導、地線、桿塔選型不當，抗覆冰能力差。覆冰災害的類型有兩種：其一是絕緣子覆冰，覆冰種類多為霧淞和混合淞，積雪次之，雨淞較少。由于空氣中有一定成分的導電介質，當覆冰匯集絕緣子表面和邊沿橋接至導線與橫擔連接時，絕緣子泄漏距離縮短，絕緣下降，融冰時，絕緣子表面的局部電阻不同，此時便發生閃絡，燒傷絕緣子及金具，導致線路跳閘；其二是導線覆冰，覆冰種類多為霧淞和混合淞，積雪次之，雨淞較少。覆冰形狀多為橢圓形和翼形，當導線覆冰到一定程度，直徑最大可達200～300mm，導線弛度大幅增加，若相鄰檔覆冰程度不同或檔距相差較大時，絕緣子、金具便向覆冰嚴重側或大檔一側嚴重傾斜，該側導線弛度變化更大，使導線對跨越物距離不足或接近，從而造成線路接地跳閘。尤其是單桿斜三角形排列的導線在脫冰期，由于不同期脫冰，引起導線舞動，使排列在同一側的上下相導線重復混線，造成線路重復跳閘。覆冰最為嚴重的是導線負載過重斷線、桿塔受損，我局導線覆冰災害主要發生在設計標準偏低的35kV線路上。

瓦隆線自投運以來，曾多次遭受覆冰災害的洗禮。經過多年對覆冰現場的實地觀測，覆冰型式主要為霧淞和混合淞，覆冰厚度在30mm左右。雖然設計中對覆冰厚度做了劃分，但對重冰區線路的桿塔、導線、絕緣子選型不當，標準偏低，造成線路在運行中抵抗覆冰災害的能力差。由于瓦隆線31?！?3＃段橫跨六盤山，海拔2500米～2800米。每年秋冬、冬春季節交替時，常常因覆冰災害造成線路跳閘。根據近年來對該區域覆冰情況的觀察和對覆冰引起線路跳閘的原因分析，得出以下結論：一是該區域覆冰十分嚴重，覆冰厚度大于35mm；二是檔距較大檔內，導、地線嚴重覆冰后，導、地線馳度變化較大且馳度變化差異大，不同期脫冰時引起導地線跳躍舞動，容易造成中、邊相導線與架空地線混線；三是檔距過大，導線嚴重覆冰后，馳度急劇增大，造成對林區樹木的跨越距離不足；四是直線塔導線懸掛方式采用I型單串，抑制導線縱、橫向相對運動的能力差，相鄰檔不同期脫冰時，容易引起導線縱向竄動，橫向擺動。

四、針對輸電線路覆冰災害所采取的防范措施

按照預防覆冰災害“避”、“抗”、“改”、“防”、“融”的指導方針，對運行中的線路，我們有針對的采取“改”、“防”、“融”的綜合技術措施，最大限度的減小覆冰災害。

防覆冰閃絡型復合絕緣子通過產品型式試驗和模擬覆冰閃絡試驗以及兩年多的現場掛網運行，證明了防覆冰型復合絕緣子設計思路正確，符合覆冰環境要求的電氣和機械條件，并具有以下優點：傘裙平直無凹槽，表面光滑，憎水性強，不易浸潤，表面不易結冰，傘裙邊沿結冰速度也緩慢；由于加大了傘裙直徑和大小傘裙有序間隔排列增大了爬電距離，因此其閃絡電壓相對較高；大傘裙間冰淞不易橋接，即使完全橋接但試驗閃絡電壓高于運行中的相電壓。

2004年12月，我們在110kV南彭線42?！?5＃三基桿塔為試點，首次安裝共9支防覆冰閃絡型復合絕緣子，掛網運行近兩年，經過兩個冬春交替季節，多次覆冰的考驗，處在迎風坡處的重覆冰區段線路絕緣子未發生絕緣子閃絡故障。2006年至2007年，我們又在覆冰災害嚴重的110kV南彭線、固將線安裝防覆冰閃絡型復合絕緣子600多支。對輸電線路采取局部改造，提高線路抗覆冰災害的能力，是預防覆冰災害各項措施中最有效的措施。

1、 改變導線排列方式

我局處在重冰區的多條35kV線路由于設計時對覆冰氣象條件考慮不足，設計標準偏低，砼桿多為“上”字型單桿，導線呈斜三角形排列，導線覆冰過重時易引起混線，或不同期脫冰時引起導線舞動造成反復混線，為了解決“上”字型單桿覆冰混線問題，我們以安全為本，認真分析計算，從桿塔橫擔結構著手，以每基不足千元的改造成本將處在重冰區的35kV王草線、西新線部分“上”字型單桿橫擔進行改造，使導線排列方式由原來的斜三角形改變為正三角形。通過近兩年的運行情況來看，這一措施能有效遏制覆冰混線，成功解決了斜三角形排列導線混線問題。在改造橫擔困難的線路上我們將嘗試采用加裝相間間隔棒，縮短次檔距的方法抑制導線覆冰混線問題，該措施計劃在35kV北王線、110kV瓦隆線上試點實施。

2、 縮短檔距增加桿塔

對重冰區較大檔易發生導、地線混線、對跨越物接地問題，在有條件改變桿塔檔距的情況下，適當增加桿塔，縮短檔距，可以改變導、地線應力，轉移覆冰荷載，有效控制導地線馳度變化，從而提高導、地線抗覆冰能力。這一措施需要投入的費用較大，改造停電時間較長，降低線路的可用系數。該措施我們已在35kV北王線、古新線部分區段實施。目前正在110kV瓦隆線42?！?3＃、36?！?7＃、32?！?3＃檔采取增加桿塔的改造。

3、 改變直線桿塔I型絕緣子串的受力

處在重冰區線路的大部分直線桿塔導線懸掛采用I型單串方式，該懸掛方式抑制導線縱、橫向相對運動的能力差，當導線嚴重覆冰后，相鄰檔不同期脫冰時，由于受不平衡張力作用，容易引起導線縱向竄動，橫向擺動，引起電氣距離超限變化，造成對橫擔放電接地或導線向上翻轉。為了抑制導線縱向竄動和橫向擺動，我們在導線懸掛點的反向用絕緣子串和拉線向塔身連接，給懸掛點增加一個反向預張力，當導線受不平衡張力時，會將不平衡張力分解到導線的上下懸掛點上，可以減小不平衡張力引起導線的相對位移。該措施實施簡單便捷，投入小，我們已在35kV官寨線和110kV瓦隆線上實施，效果需在運行中進一步檢驗。

4、采用短路電流熱融冰措施

（1）交流短路融冰

在防導地線覆冰災害方面，由于受覆冰災害所迫，我局干部職工群策群力，曾進行過許多大膽有益的嘗試，也采取了許多有效而成功的措施。1991年初，35kV北王線連續覆冰多天，導線積覆硬霧淞直徑達300mm左右，受災線路達30公里，線路被迫停運，造成王洼煤礦停產，煤礦告急，且人工除冰無法進行，形勢所迫，我局決定采取大電流融冰法除冰，經過分析計算，在當時測溫、控制手段有限的條件下進行了低電壓大電流融冰的大膽嘗試，并一舉成功，解了燃眉之急，使線路在短時間內恢復了運行。

2007年，我們又對北王線交流三相短路熱融冰方案重新進行了優化，確定短路融冰距離為42km，短路電流312A，從110kV北郊變選擇了一條10kV線路為融冰電源。根據理論計算和已有的短路電流熱融冰經驗，此方案對解決北王線嚴重覆冰被迫停運后，在較短時間恢復線路運行是可行的。

（2） 直流短路融冰

直流融冰技術也是利用熱力融冰中的短路電流融冰方法，與傳統的交流三相短路融冰方法相比，其電源采用直流電源，由系統中主變壓器低壓側整流后得到，短路相數為二相。由于在等效電路中直流阻抗遠小于交流阻抗，直流融冰技術對電源容量要求要低得多。直流融冰技術可調節直流輸出電壓，以適應不同截面導線和不同距離的線路融冰，不需采用交流融冰中的線路串接方法，可零起升壓，減少對系統的沖擊。此外，由于對系統的正常供電影響也遠小于交流融冰方法。

直流融冰裝置主回路由高壓斷路器、過壓吸收保護、三相橋式整流電路、續流電路、直流過壓保護以及平波電抗器組成。裝置分為戶內、戶外和車載三種型式。融冰時將交流10kV接入融冰裝置高壓斷路器，再將整流后的直流電源接入待融冰的兩相短路線路中，通過控制回路，進行零起升壓加載融冰。直流融冰技術目前還處于研究試驗階段，尚無成熟的融冰經驗。2007年10月，我局已與西電公司簽訂了購置直流融冰裝置的意向書，這一技術即將在我局輸配電線路防覆冰災害中會發揮重大的作用。

五、結束語：

雖然我局在輸電線路防覆冰跳閘方面進行了積極的探索和嘗試，并取得了一定的效果，但輸電線路防覆冰技術的研究在全國也處于探索階段，沒有十分成熟的理論依據和典型經驗，我們所采取的一些措施還需要實踐檢驗，因此，我們必須積極開展線路覆冰分析和管理，不斷積累各區的溫度、風速和冰凍天氣持續時間等影響覆冰產生和發展的各種因素情況，進行技術經濟比較并結合已有的運行經驗，確定線路出現覆冰的可能性，因地制宜采取有效措施，才能既經濟又可靠地達到減輕覆冰災害對線路的影響。