架空电力线路覆冰的除冰及防控

摘要：冬季覆冰是造成架空电力设备损坏的重要原因之一。文章主要对当前架空电力线路覆冰的原因和覆冰情况下导线与杆塔承受能力分析进行分析，在此基础上提出了有效的预防和应对措施。

关键词：架空电力；线路覆冰；电力系统

中图分类号：TM726 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）09-0132-02

2008年，我国南方大部分地区发生了历史较为罕见的低温、冰冻天气，极端雨雪冰冻天气给电力设施造成了严重影响。在通常情况下，南方地区不会发生严重的线路覆冰现象，但是近几年来，全球气候异常，极端天气频发。作为保障人民生产、生活的电力供应单位，必须采取一定的方法应对这种情况的发生。对于我国南方供电企业而言，线路覆冰是当前面对的首要难题。

1 线路覆冰形成原因分析

线路覆冰的形成原因是多方面的，是一种综合物理现象，受到温度、湿度、冷暖空气对流、风速的影响。当空气中的水滴在零度或者更低温度时，与输电线表面接触就会形成覆冰。以2008年的贵州省覆冰输电线路为例，玉贵高原海拔在1500米以上，高山、丘陵众多，空气潮湿，同时受到太平洋暖湿气流和西伯利亚寒流的影响，直接造成了输电线路覆冰的结果。从外界环境及对线路覆冰相关研究来看，要想形成线路覆冰，首先空气要满足一定的湿度，及空气中含有大量的水滴，同时温度足够低、风力不够大，冷水滴可以有足够的时间与导线接触。

按照覆冰形成的条件及形成过程中可以分为雨凇覆冰、混合淞覆冰、软雾淞覆冰、白霜淞覆冰、雪淞覆冰等五种类型，每种覆冰形成的原因和性质都存在一定的差异。雨凇覆冰主要发生在冻雨期、低海拔地区，持续时间通常相对较短。当外界环境很低时，水滴粘合力比较强，一接触到输电线路就容易粘合在一起，雨凇覆冰是混合淞覆冰的初始阶段。随着温度一直保持在低温状态下，风速比较大，这种情形下，雨凇覆冰变会发展成混合淞覆冰。混合淞覆冰造成输电线路在短时间内产生大量覆冰，对输电线路造成严重危害。

2 线路覆冰的危害

2.1 线路覆冰导致大面积停电

2008年1月下旬，中国中部就出现了严重的线路覆冰，造成10多个省的部分电力供应中断。其中湖南电网骨干线路覆冰总长度近6000公里，上万名电力职工抢修线路，在贵州，因为线路覆冰，导致全省电网500千伏网架基本瘫痪，41个市县受到停电影响。线路覆冰在会对整个输电电网造成严重影响，直接反映出来的就是大范围的停电。

2.2 对杆塔的危害

从很多新闻报道中可以看出，线路覆冰严重时可以直接造成杆塔倒塌。线路覆冰在较短时间内造成输电线路的负重增加，给杆塔造成的压力必然增大。在我国南方很多地区，由于高山、丘陵相对较多，同时线路覆冰现象发生相对较少，在杆塔设计过程中，对线路覆冰可能造成的危害准备不够充分，在这种情况下，南方输电线路杆塔在距离和高度上会存在比较大的差距。这种差距的存在即使在没有发生线路覆冰的情形下，杆塔两端受到的不平衡张力就比较大。当覆冰发生时，杆塔一端在短时间内受力明显增大，张力增大超过杆塔、导线所承受的极限时，就会发生杆塔倒塌。在线路发生覆冰时，风速较大的情形下，导线自身会发生一定幅度的震动，输电线路的舞动又会在一定程度上增加杆塔的张力，造成杆塔的倒塌。

2.3 线路跳闸

线路覆冰使输电线路包裹上了一层厚厚的导体，不断积累的覆冰导致输电线路严重变形。在风力的作用下，很多时候两条输电线路的距离变的非常小，进而发生导线短路造成线路跳闸现象。外置输电线路通常输电功率非常大，覆冰一方面降低了输电线路的绝缘性，一方面使的输电线路自身原有的性能受到影响，线路跳闸现象难以避免。在线路跳闸的情况下，输电线路不能完成电能输送，通过电能输送产生部分热能减少覆冰的效用又进一步减弱。

2.4 降低绝缘子的绝缘水平

在输电线路覆冰严重情况下，绝缘子串会冻成冰柱，而当冰融化后又会形成导电水膜，降低绝缘子的绝缘水平。当绝缘水平降低到一定程度时，绝缘子串将由局部弧光放电转变为闪络。线路覆冰会在很大程度上减低绝缘子的绝缘水平，引起短路现象的发生。

3 线路覆冰的防治措施

在雪灾发生后，为提高南方电网对冰雪灾害的应对能力，南方电网根据南方输电线路特点制定了相应的线路覆冰防治措施。

3.1 导线防舞

线路覆冰直接造成输电线路自身的承受重力变大，同时，由于线路舞动，又进一步增大了对杆塔的拉力。如何减少覆冰线路舞动是一个非常重要的问题。很多学者从实际出发，对输电线路的结构动力学进行了模拟，并提出了很多震动以及线路舞动计算方法，进而也提出了一系列的方法，比如通过增强杆塔的强度，减少耐张长度；提高导地线的最大张力；增加相见导线及对底线的电气间隙等方法都可以在一定程度上减少线路舞动，还可以在部分舞动比较严重的输电线路上安装防舞动装置等。总之，最大限度的减少导线防舞是减少线路覆冰危害的重要一步。

3.2 常用除冰办法

针对输电线路覆冰现象，当前最重要的方法还是除冰，国内外有很多除冰方法，但总的来说就是机械除冰和热力除冰。

机械除冰就通过一定的机械设备使得导线脱冰、价格低廉。但是由于输电线路本身架设在高山等自然环境相对恶劣的地区，在事先没有准备的情况下，难以直接通过机械进行除冰，同时输电线路自身具有导电性能，对机械操作的要求比较高，简单除冰容易造成漏电等更严重的情况发生。机械除冰也可以在一定程度上理解为人工除冰，电力工作人员通过攀爬到输电线路上，借助一些简单的外部工具进行除冰，费时费力、可操作性较低、安全性差。在南方冰雪灾害中，多名电力工作人员就是在这种工作中失去了年轻的生命。

其次就是热力除冰。从焦耳定律可以看出，输电线路在传输电能过程中，自身也会产生相应的热能，通过这种热能可以在很大程度上减少覆冰的发生。对于长时间的冰雪天气而言，输电线路自身产生的热能难以满足需求。热力除冰产生的电能，只能适应短时间、冰雪灾害较轻的时候。现代热力融冰的主要方法有三相短路融冰、改变潮流分配融冰、带负荷融冰等几种方式。热力除冰虽然安全性高、除冰效果较好，但更多的是适用于局部输电线路除冰。

3.3 融冰装置

（1）融冰装置原理。融冰装置的主要原理是利用变压器调压后连接到二极管不可控整流装置转换成直流，直流输出连接到具有短接点的导线进行通流发热而融冰的。当前主流融冰装置是是直流融冰，主要通过对输电线路施加直流电压并在输电线路末端进行短路，使导线发热对输电线路进行融冰，从而避免线路因结冰而倒杆断线。直流融冰技术先进，不需要很大的负荷，一般只需要1至2万千瓦，而且直流输出电压可调，可在一定范围内针对不同长短的单条线路进行融冰，不再需要进行线路串接，操作比较简单，为线路的融冰工作提供了更为简便的方式。

（2）融冰装置特点、效果。目前对于线路覆冰采取的融冰装置主要有交流融冰装置和直流融冰装置两种。从当前的资料分析，国内外对直流融冰技术的开发和应用更加广泛，南方电网还进行了相关融冰装置样机研发和工程试验。直流融冰装置主要原理是通过对输电线路通直流电压并在线路末端进行短路，在短时间内产生大量热能进行融冰。通常情况下，融冰装置可以很好的减少倒杆断线的产生，而且，直流融冰技术不需要很大负荷，直流输出电压可调，可以对不同范围、不同长短线路进行融冰，操作方便。

（3）安装融冰装置的条件。就当前的科技水平而言，交流融冰装置和直流融冰装置技术要求都相对较高，在安装过程中需要较高的技术支持。2008年冰灾以后，南方电网公司也对两种融冰装置进行了大量研究，在2008年年底，便成功投运了多套500千伏直流融冰装置，目前已有110～500千伏各个电压等级的融冰装置投运。融冰装置虽然自身具有很好的融冰效果，但是自身也有一定的要求，直流融冰装置存在直流输出电流大、已建变电站的接入等多项新的要求。此外，直流融冰装置的安装过程中，需要满足几点要求：一是对于融冰线路需要的最小融冰电流需要通过测算得到；二是要明确直流融冰装置的容量及其能够提供的最大融冰电流和输出直流电压；三是换流器运行时产生的无功和谐波对电网没有影响。

4 结语

从前面的分析中可以看出，线路覆冰对电力部门电力供应有着很大的影响，输电线路覆冰必须得到及时、有效的清理。在2008年南方冰雪灾害中，电力工人也为输电线路除冰做了很多工作。当前，输电线路除冰方式相对机械，更多需要人工方式，早发现、早预防、早处理对于线路覆冰有着重要作用。同时，需要尽快从技术从面入手，解除线路覆冰问题。

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