输电线路高海拔重重冰区设计相关问题

【摘 要】高海拔地区输电线路杆塔的可靠性、遭受冰雪灾害时的安全性对整个电网都有很大影响，应当加强对架空输电线路路径设计原则、导线的选用及地线抗冰，以提高杆塔结构的安全性及可靠性，保障输电安全。

【关键词】输电线路 高海拔 冰区设计

1输电线路在高海拔地区的覆冰概况

架空输电线路是电力网络重要的组成部分，其背负着将不同地区的发电站、变电站及负荷点连接的功能。因此，输电线路的设计质量的好坏直接影响电网运行的经济性和可靠性。2008年初，我国南方地区遭受50年一遇特大型冰灾，特别是高海拔地区在暖湿气流的共同作用下，先后出现降雨、雨夹雪转降雪天气，输电线路覆冰加厚以致受灾，具体表现为：倒塔或变形、导线断线或受损等。而高海拔地区往往伴随着交通条件差，地形复杂等自然因素，对快速、及时、有效地进行电力抢修增加不少难度。因此，有必要针对该情况进行对输电线路线路设计进一步进行研究。

2输电线路在高海拔地区防冰灾措施

（1）输电线路在高海拔地区的路径选择。高海拔地区输电线路倒塔或变形的情况，较多发生在耐张段较长、转角度数较大、铁塔两侧档距相差较大地段。其主要原因为：当输电线路有较大覆冰时，铁塔两侧容易产生较大的不平衡张力，以致超过原铁塔设计的条件范围。针对此类现象，设计人员在线路路径定位过程应充分参考冰区分布图，科学合理选择路径；路径选择应结合微地形、微气象条件，避开调查确定的覆冰严重地区，尽可能避免横跨垭口、风道和通过湖泊、水库等容易覆冰的地带；尽量沿起伏不大的地形走线，通过山岭地带时，宜沿覆冰时背风坡或山体阳坡走线。

（2）导线防冰措施

在无法避开或因迂回绕行过长而不得不通过重冰区的线路，应采用重型塔来抗重覆冰荷载。但有时受实际地形条件限制，在高海拔地区的线路所经地质情况不满足重型塔使用条件（重型塔的根开大，基础深）。因此，我们考虑导、地线的防冰措施。

目前国内外导线防冰灾措施有：三相短路熔冰、负荷导线熔冰、带负荷熔冰。由于三相短路熔冰需花大量的人力、物力，耗费电能多、操作程序繁琐，这种方法在我国还没有用过且不敢用；带负荷熔冰，由于要建与熔冰线路同电压等级的熔冰站，对于在超高输电线路中要建这样的熔冰站投资巨大；复合导线熔冰虽有不中断供电、节约人力、物力、消耗电能少等优点，但因使用有局限性、长度不超过5公里、负荷电流过大时可能将发热钢线烧断、负荷电流过小又不能熔冰，特别是因铝线与钢芯间绝缘层使用寿命只有5年左右。

对于我国220kV及以上输电线路普遍采用多分裂导线，目的是使导线周围磁场分布改变, 从而等效地增大了导线半径, 减小了导线电抗； 同时也改变了导线周围的电场分布,（因导体的载流量与导体的散热能力成正比, 而散热能力又与导体的表面积有关）使导线的电纳也相应增大，并在运行中不出现全面电晕；减少电压降, 有效地提高线路的自然功率因数, 从而改善中低压电网的电能质量。然而在高海拔重冰区的输电线路，分裂导线的子导线根数越多（每根子导线的覆冰厚度均认为相同），铁塔承受的冰荷载就越大，因此单导线为相导线时，铁塔的冰荷载为最小，但常规分裂导线对于降低输电线路导线表面最大工作场强是一种较好的方法，但是不是唯一的方法。从导线表面的最大工作场强计算公式：Em=0.0147×CUm÷Nro，kV/cm可看出，导线表面的最大场强Em与线路的相工作电容C、最高工作电压Um成正比，与分裂导线N及子导线的半径ro成反比。因此，降低输电线路导线表面的最大工作场强，也可以改变相导线的结构来解决。假如我们能适当增大导线直径来将导线表面的最大工作场强限制在可接受的范围内，并采用导线的特殊材质，使导线的载流量满足要求，这样即能满足电网的安全运行，对于铁塔坑冰灾也有很大益处。目前，我国一些地区开始使用耐热导线，其主要优点是可在150℃及以上运行，低弧垂等优点。目前，我国的云南电网在使用NRLH55GJ-500/70型单根耐热导线去更换原线路的LGJ-400型双分裂导线后，在冰厚20mm时大大降低了铁塔的冰荷载，每基转角塔每相导线的垂直荷载减少约40%，风荷载减少约50%。为此，在满足输送负荷不减少、电晕也能限制在可接受的范围内的前提下，在重冰区可通过改变分裂导线的相导线结构，即减少分裂导线数（四分裂改双分裂、双分裂改单分裂），并用耐热导线作为相分裂导线的子导线，适当增加导线直径的方法，可大大减少铁塔冰荷载、提高输电线路的抗冰能力。

（3）地线防冰措施。目前，我国地线防冰措施主要采用地线熔冰技术防冰，且地线熔冰技术已在我国已比较成熟，并在我国南方地区推广使用。地线熔冰主要原理为：选定合适地点将地线与地线绝缘子短接，使用专用熔冰变压器提供熔冰电源与地线接通，用较低电压提供较大短路电流加热，使地线上的覆冰融化。例如利用变电站10kV的1个备用间隔，加装10kV特种熔冰电压器1台，采用10kV电缆与特种变压器高压侧连接，特种变压器低压侧也采用10kV电缆与杆上单极刀闸相连，刀闸另一侧连接架空地线，即将10kV降压至满足至架空地线绝缘子工频放电电压的要求。如图2所示。

图2地线熔冰示意图

（4）导线在高海拔重冰区防受损措施。高海拔地区输电线路导线断线或受损的情况，主要原因为：我国的输电线路导线大多采用钢芯铝绞线，借助钢芯来提高导线的综合机械强度，以弥补铝股机械强度很低的弱点。但钢、铝的弹性系数相差很大，在重冰地区，由于导线脱冰跳跃、覆冰过载及不均匀脱冰时产生较大的不平衡张力使悬垂线夹滑动等原因，以致发生中、小级钢芯铝绞线严重脱股的现象。为了防止或减少钢芯铝绞线断线、断股现象，我们可以优先选用机械强度较高的铝包钢绞线或者钢芯铝合金绞线。现就采用LGJ-150/25钢芯铝绞线、LHAGJ-150/25钢芯铝合金绞线及JLBGJ-150铝包钢绞线进行技术比较。

从机械力学特性来看，铝包钢绞线最优，钢芯铝合金绞线次之，钢芯铝绞线较差。三种绞线的载流量，钢芯铝绞线最高（539A），钢芯铝合金绞线次之（500A），铝包钢绞线较差（396A）。如线路的输送容量为25000kW，最大工作电流为164A，该型号铝包钢绞线已完全满足输送负荷的要求。对于高海拔重冰区输电线路的导线选择，机械强度是一个很重要的因素。除此外，现今我国的钢芯铝合金绞线与铝包钢绞线及其配套金具已标准化、定型化、系列化，设计选用十分方便，上述绞线在我国电网中均有较好的运行经验。总之，在保证导线最大工作电流的前提下，高海拔重冰区采用铝包钢绞线或钢芯铝合金绞线可以避免减少断线、断股事故。

3结论

输电线路是电网运行中的重要部分,而且受经过各种气象区及不同的地形影响。由于输电线路对整个电网的安全运行具有重要的影响，因此，针对经过对于高海拔重冰区输电线路普遍出现的受冰害情况,我们要出实际情况进行设计。

（1）在选择线路路径上，应尽量避开易覆冰的地形。在地质条件允许的前提下，采用重型塔进型来防冰害，如220kV线路经过较大档距下，可以采用相近气象区的500kV线路铁塔来代替220kV线路铁塔。

（2）对于导线防冰措施，可采用减少分裂导线数，适当增加导线直径的方法，以减少铁塔冰荷载，从而提高输电线路的抗冰能力。对于减少线路分裂导线数后的线路，在投运初期电晕点源较多，可听噪音和无线电杂音比较大，但线路导线并未发生全面电晕。经过一年时间运行后，电晕点源、可听噪音、无线电杂音都会大大减少。

（3）地线防冰措施，可采用低压熔冰电源进行对地线进行熔冰。

（4）导线在高海拔重冰区防受损措施, 我们可以优先选用机械强度较高的铝包钢绞线或者钢芯铝合金绞线来代替钢芯铝绞线。

参考文献：

[1] 国电公司，东北电力设计院.电力工程高压送电线路设计手册[M].2 版.北京：中国电力出版社，2003.

[2] 王守礼.铝包钢绞线在高海拔多冰雪地区输电线路上的应用[M].上海：电线电缆，1994.