输变电工程设计中抗灾技术的研究

摘要: 针对前些年南方因遭受冰灾导致运行电网大面积停电的严峻现实和迫切需要提高的电力抗灾能力和管理水平，查阅了大量技术文献和专利技术，前后参考山西、贵州、湖南、河北、日本、美国等国内外电网抗灾先进技术及成功经验的基础上，对收集资料进行整理、归纳、分类，重点研究了面对覆冰、地震、雷害、风灾、污秽、鸟害等自然灾害时，从设计角度可以采取的新技术和新材料以及在设计阶段可以采取的应对措施和方法，为我国输变电工程设计中防灾减灾提供技术支持，推动输变电工程设计的创新。

关键词：输变电工程；抗灾设计；技术支持

中图分类号：E271文献标识码： A

绪论 在越来越频繁的自然灾害面前，电力设施保护的标准以前已经无法适应自然条件的变化。在这种情况下，有必要改变气候条件和自然灾害，普遍提高电网规划设计标准，增强电网抵御严重自然灾害的能力，保障社会的稳定和人民生活的基本需求。然而，如果只用一个统一的高标准建设所有项目，会导致投资大，经济性差。事实上，由于不同的因素，如地理位置，气候条件，能力需要来抵抗自然灾害不用严重性是不一样的。同时，输电线路工程中的区域是不一样的，在不同自然灾害面前，所要求的程度也不同。本文在坚持电网规划的前提下，设计标准化的概念基础上，依据常规的设计标准，对需要不同的功率传输的线路以及同回路中的不同位置的差异化的设计。

1 输变电工程设计中抗冰灾技术

目前我国覆冰发生频率越来越高[1]，覆冰灾害影响省份越来越多，覆冰灾害影响范围越来越大，线路覆冰已成为电网灾害第一位，不断造成越来越重的危害。发生线路覆冰会导致线路过载、导线舞动和冰闪等伤害。目前国内外电网主要实施的抗冰灾新材料与新技术有：使用ACCC碳纤维复合芯导线、高强度钢、AERO－Z导线、钢管塔、低居里点铁磁材料和融冰除冰先进技术及策略这几种。

在电网抗灾方面，应从节能、环保、降低成本、增加输送容量、提高电网安全运行等方面综合效益看，在输电线路改造以及电网抗冰灾设计中推广应用新型材料和新技术具有非常大的经济和社会效益。

本人建议抗冰设计时应综合考虑差异化抗冰设计、对冰区分类划分、选择避冰区域设计、输电线路及杆塔抗冰设计、绝缘子抗冰设计和作为融冰电源点的变电站设计这几类设计指导理念。

2 输变电工程设计中抗雷击技术

我国位于温带(部分属于亚热带气候)，所以有强烈的雷闪活动[2]。国内外统计表明，由于雷击输电线路引起的跳闸次数占故障跳闸次数的50%~70%，这给社会带来巨大的经济损失。

虽然雷电是不可避免的自然灾害，但是如果不断探索雷活动规律，分析线路雷害的发生的特点，在高压输电线路的防雷设计中，对各种因素进行综合分析，选择因地制宜的设计，降低事故发生率，提高供电可靠性是完全可能的。输变电工程设计中应考虑防雷差异化设计、避开雷区、合理选择避雷措施和慎用复合绝缘子这些科学合理的设计方法，优化设计理念，提高电力可靠性和电网经济运行。

3 输变电工程设计中抗风灾技术

近年来，随着电网的建设、各种灾害性天气条件的影响，发生的频率和强度导致架空输电线路舞动事故大大增加[3]，尤其是2000年后，我国几乎每年都有严重的舞动事故造成损失。在输电线路设计时应综合考虑对设计区域气象、地形资料的调查、划分完善的导线舞动区域、合理选择线路走向和路径、考虑差异化抗风灾设计以及对新技术、新材料的采用等各种设计指导思想。

4 输变电工程设计中抗地震技术

我国位于环太平洋和欧亚地震带之间，有广阔而分散的地震区域，地震频繁并且激烈，在世界上是在受影响最严重的国家之一。基本烈度6度以上的地震地区面积已经占60%以上的国土面积。

全国450个中型和大型城市中，位于地震区的占74.5%，位于基本烈度为7度及以上地区的有50%左右。5・12四川大地震，国家电网接受到超过120亿元人民币的经济损失，而其中超过106亿元人民币是属于四川省电力公司的。目前国际上输变电工程设计中主要使用消能减震装置、基础抗震和智能型抗震技术。

本人建议严格遵守抗震标准及差异化抗震设计、吸取国外先进抗震技术理念，积极实施变电站和输电塔的抗震设计，采用新型电力设施设备，提高电力传输的抗震可靠性。

5 输变电工程设计中抗污闪技术

随着输电线路以及变电站污染的加重，污闪事故发生频繁且波及面大，绝缘污闪事故仅次于雷击，是目前电网事故总数的次位，造成数倍于雷击事故的损失。

我国电网在向高电压电网发展，与此同时，系统的污闪问题变得越来越突出。污闪事故会造成大面积、长时间停电，往往给人民生活带来诸多不便，给国民经济造成严重经济损失[4]。因此，加强研究电网污闪和防污技术的推广对电网的安全生产和维护工作有着非常重要的意义。本人建议防污闪设计时考虑采用避污设备、调爬设备、在有条件的场合及新建线路，建议选择V型绝缘子串、合理采用防污绝缘子、可以在变电设备绝缘子表面加装硅橡胶伞裙和采用新型复合绝缘子等措施。

6 输变电工程设计中鸟害的防治

输电线路和变电站设备的鸟害对电网安全运行是一个严重的问题。近年来，随着输电线路和变电站数量的增加和生态环境的不断改善，鸟害所造成的事故也在不断上升，由此造成的损失也越来越大。

鸟害是影响架空线路稳定运行的主要威胁，其危害以处于雷闪活动与外力破坏之后。在输变电工程设计中可采用安装隔离、驱逐和引导设备设施的方式方法进行抗鸟害预防和防治，减少鸟害对电网的危害。

7输变电工程在线监测技术

污秽积累、缺陷发展、自然灾害等对输电线路的破坏大多具有各种前期征兆和一定的发展过程，设备的电气、物理和化学特性有少量的增量变化表现，收集相应的信息进行处理和综合分析，根据数值大小和其趋势的变化，可以预测设备可靠性和剩余寿命，以发现潜在的故障[5]，必要时可提供预警或报警信息，这就是所谓的在线监测技术。

动态方面，输电线路动态监测系统的建立可以有效地、安全地增加线路短期输电能力，增容能力用来满足紧急情况下的电力需要，符合供电部门提供优质供电、优质服务的要求。国外对此研究已经多年，有多个技术储备可以选择，有一些已经实用化，在未来输变电工程设计中应给予考虑。

结论 本文自始至终都贯穿了差异化这一设计理念。全文对于给电力系统带来巨大影响的诸如暴风雪、地震、台风、雷电、鸟害等自然灾害分章节进行了讨论。对输变电工程设计中可以采用的新材料及先进技术进行了深入细致的分析和可行性论证，根据新材料及先进技术的工程应用成果，在吸收国内外电网抗灾的成功经验和有效措施的基础之上，对输变电工程的抗灾设计提出了建议和意见。

最后，希望我国输变电工程设计人员在设计时积极采用有成功工程应用经验的抗灾新材料及成熟有效的新技术，通过有区别、有针对性的设计，从输变电工程的源头有效且经济地提高整个电网的抗灾能力。希望本文能对设计人员的抗灾设计工作给予启迪与指导。

参考文献

[1] 刘春城.高压输电线路抗冰灾的研究现状与发展趋势【J】.自然灾害学报，2012（01）

[2] 谭湘海.输电线路的防雷设计【M】.湖南大学，2004

[3] 朱宽军.架空输电线路的舞动及其防治【J】电力设备，2008（06）

[4] 张振民.RTV涂层提高绝缘子防污闪特性的研究【J】电气制造，2008（01）

[5] 黄新波.输电线路在线监测技术现状分析【J】广东电力，2009（01）