通过分析覆冰对输电线路的危害及采取新型防冰涂料的可行性

【摘 要】分析了输电线路覆冰的主要形成原因及其对输电线路及绝缘子的损坏方式，结合国内外的研究指出目前的RTV及PRTV涂料不是有效的防冰闪措施，并介绍了国内最新的新型防冰涂料的原理及应用方式，介绍了新型防冰涂料的防冰性能及性能结论，指出新型防冰涂料应用于现场的可行性。

【关键词】输电线路；覆冰；冰闪；绝缘子；防冰涂料

0.引言

覆冰是自然界的常见现象，当气温保持在0～-4℃的范围内而不是更低时，降下来的雪往往先溶成水后结为冰，导致结冰的速度加快、覆冰的厚度也增加[1]，因此本文就覆冰的特点及对输电线路一次设备的损坏进行分析，并对新型防冰涂料应用于托电现场的可行性提出建议。

1.覆冰的特点

1.1覆冰的主要形成原因

覆冰形成的气象因素主要有气温、空气湿度、风速和风向， 即需要具备足以冻结的气温条件（ 一般90% ， 风速 1～ 8 m/ s。如果不具备以上条件， 雪直接落在导线等一次设备上不会冻结形成雨淞， 而只会形成湿雪， 对电网不会形成危害.此次源霸安输电线路跳闸气候特点符合雨凇的特点。

1.2覆冰对输电线路及绝缘子的损坏

1.2.1覆冰对输电线路的损坏

冰灾初期电力设备覆冰相对较轻， 主要危害表现为导线舞动和脱冰跳跃等。随着灾情的发展和覆冰的加剧，当导线强度不能承受因覆冰增加而增大的拉力时即会发生导、地线断线事故， 断线后引起的冲击受力或不平衡受力也可能进一步造成倒塔事故。图3、图4为源霸一线线路受损后拍摄图片。

线路断线是11.05事件中导致线路试送不上的最重要的方面，也是导致托电紧急停运4台机组的直接原因。线路断线不仅直接影响电力输送与电力供应， 严重时还将造成电网解列甚至全黑事故。同时，在冰冻灾害持续的恶劣天气情况下， 电力工人抢修工作进行得异常艰难， 常常是抢修速度跟不上损坏速度， 抢修过程中也容易发生人身安全事故。

2.防冰闪措施

2.1概述

迄今为止，关于覆冰绝缘子串交流闪络电压与串长是否呈线性关系一直未达成共识[10，11，12]，但增加绝缘子串片数可以提高冰闪电压已得到普遍认可。因此在允许的条件下，增加绝缘子片数、提高绝缘配置是一种有效的提高冰闪电压的方式。但对于已有线路，增加绝缘子片数受塔头尺寸的限制。因此国内外在提高冰闪电压方面，采用了V形串和刷涂防冰涂料等措施[13，14，15]。从冰闪机理来看，预防绝缘子串冰闪应从防止绝缘子上形成覆冰、防止绝缘子串伞裙边沿形成连续“水帘”及水滴落下时避免成串、成帘来考虑，试验和运行实践表明，阻隔导电率高的融冰水形成闪络通道的水帘是提高冰闪电压的基本措施。

2.2 室温硫化硅橡胶涂料

室温硫化硅橡胶涂料（room temperature vulcanized anti-contamination flashover composite coating，RTV）表面具有憎水性，其在防污闪中有着优异的表现。部分研究者希望使用防污闪复合涂料（permanent room temperature vulcanized anti-contamination flashover composite coating，PRTV）来防止绝缘子上覆冰的形成。根据实验室人工模拟试验结果可知：在覆冰初期，由于PRTV 的憎水性，过冷却水滴在绝缘子表面呈水珠状，部分水滴易滑离绝缘子表面，因此在初期绝缘子表面覆冰较未涂覆PRTV的绝缘子表面轻，但仍会形成覆冰，且覆冰呈颗粒状，冰层中形成微小“空腔型”气隙；覆冰一段时间后，PRTV表面被多气隙和凹凸不平的冰层覆盖，其表面粗糙度明显大于未涂覆 PRTV 的表面，改变了覆冰表面的流体力学特性，使其表面更易捕获水滴、迟滞水滴的流失，覆冰速度反而较未涂覆PRTV的表面快；随着覆冰时间的增加，PRTV 表面凹凸不平的间隙逐渐被填平，表面光洁度与未涂覆PRTV的表面一致，覆冰速度也趋于一致[16]。PRTV涂层的憎水性引起覆冰状态的改变，使冰层内部形成“空腔”，这更易发生局部放电。与未涂覆PRTV相比，涂覆PRTV的绝缘子冰闪电压将降低7%～15%，同时，不断熄灭和重燃的局部电弧会烧伤和破坏PRTV 涂层。γ20为340μS/cm，平均每片冰重为 1.1～1.2kg 时，PRTV 对绝缘子冰闪电压的影响虽然在覆冰初期PRTV 具有延缓覆冰的作用，但在覆冰严重后其效果并不明显，且涂覆 PRTV 的绝缘子冰闪电压比未涂覆PRTV的绝缘子冰闪电压低，因此涂覆PRTV不是有效的防冰闪措施。

2.3新型防冰涂料的原理及应用方式

2.3.1 防冰机理

绝缘子防覆冰涂料是在RTV 硅橡胶涂料的基础上研究开发而成，将这种涂料涂覆在绝缘子的表面，涂料固化后形成防绝缘子覆冰涂层。涂层具有优良的憎水特性以及发热特性。防覆冰涂料由于其本身具有良好的憎水性，与冰雪之间具有比较低的粘附力。正是由于冰与涂料表层的粘附力较小，因此借助一定外力将冰从涂料表面除掉较容易。此外，绝缘子防覆冰涂料还具有一般RTV涂料所不具备的电热性能。通过在RTV涂料中加入合适的成分调节涂料的电阻率，在正常运行电压下有覆冰条件时，绝缘子涂层中有一定的泄漏电流流过，发挥电热效应。如果依靠电热效应散发的热量在寒冷天气下使绝缘子表面温度保持在0℃以上，就能够阻止绝缘子覆冰的发生。

2.3.2 开关原理及应用方式

绝缘子防冰涂料是一种主动防冰措施，减缓甚至减少冰在绝缘子表面的附着，采用转化介质损耗发热的方式防冰，因此在非覆冰天气条件下，需要控制能耗，防止没必要的能量损耗。本防冰涂料通过设计绝缘子表面涂料喷涂方式，利用绝缘子表面冰水充当开关。防冰涂料应用方式如图5所示，图中标号6在绝缘子上表面布置圆环状空白或者涂刷RTV涂层的带状区域。在天气晴好时，由于普通RTV涂层的存在，表面涂层不形成导电通道，这时涂层无能耗；降雨量较小或起雾时，由于防覆冰涂层具有优良的憎水性，分散的水珠无法将导电通道贯通，因此，防覆冰涂层中流过的泄漏电流非常小，几乎没有损耗；覆冰天气时，在冰水共存情况下，普通RTV涂层隔离带被带有水膜的冰层桥接，这时候防冰涂层形成通路，整个绝缘子表面有电流流过，开始发挥电热效应，阻碍附着的降水凝结；覆冰天气结束后，导电通道又恢复切断状态，泄漏电流重新恢复极小值。基于这种涂刷方式带来的开关效应，实现了泄漏电流在需要防冰时通过损耗发热起作用，不需要防冰时大大降低损耗的效果。

2.3.3 新型绝缘子防冰性能、试验结论及可行性

2.3.3.1在试验室模拟的覆冰条件下，采用《输电线路绝缘子新型防冰涂料及其性能研的防冰涂料》文中介绍的新型涂料涂刷的绝缘子串无覆冰，而同等试验条件下无防冰涂料的绝缘子串覆冰严重，表明防冰涂料起着显著的效果，见图6。

2.3.3.2污闪对比试验中，采用防冰涂料的绝缘子串污闪电压比无防冰涂料的瓷绝缘子串的要高约20%左右，在污秽条件下带防冰涂料的瓷绝缘子串能安全运行。

2.3.3.3热雾试验中，防冰涂料的电热效应能够迅速烘干污层，切断泄漏电流通路，降低泄漏电流值，减少了损耗，绝缘子串能安全运行，见图7。

2.3.3.4在雨闪对比试验中，尽管由于试验条件限制，没有进行有、无防冰涂料绝缘子雨闪电压的对比，但试验结果显示：带防冰涂料绝缘子串雨闪电压远高于污闪电压，表明在下雨条件下，防冰涂料绝缘子串仍然能安全运行。

2.3.3.5目前托克托发电公司500kV、220kV变电站绝缘子均喷涂RTV涂料，新型防冰涂料在托克托发电公司变电站有很大的应用空间。

3.结语

本文分析了输电线路覆冰的主要形成原因及其对输电线路及绝缘子的损坏方式，结合国内外的研究指出目前的RTV及PRTV涂料不是有效的防冰闪措施，介绍了国内最新的新型防冰涂料的原理及应用方式，介绍了新型防冰涂料的防冰性能及性能结论，指出新型防冰涂料在托克托发电公司变电站有很大的应用空间。

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