架空输电线路导地线、杆塔覆冰危害及防治

架空输电线路导地线、杆塔覆冰危害及防治

马跃飞任振峰唐磊刘渊罗潇

(国网新疆电力有限公司昌吉供电公司新疆昌吉831100)

摘要：自2008年冰灾后，输电线路设备覆冰情况日益频发，恶劣环境下的架空输电线路大面积覆冰，导致杆塔、绝缘子倒塌，严重影响输电网的正常运行。2016年3月、2017年1月、2017年12月，新疆部分地区均爆发出大面积覆冰事件，造成新疆电网输电线路设备受损、电网稳定收到严重威胁。因此，架空输电线路在冬季的运维工作中，防治覆冰隐患已作为重中之重。

关键词：输电线路；导地线；杆塔；覆冰；运维

0引言

覆冰输电线路容易发生多种事故，是影响电网安全稳定运行的重要因素。输电线路覆冰，会导致杆塔荷载过大，导线弧垂变大，脱冰时导地线发生跳跃等现象。近几年来，大面积覆冰事故在全国各地时有发生，输电线路覆冰导致跳闸及倒塔的事故越来越严重。线路覆冰直接的危害就是导线、金具和支架负载，随着覆冰厚度的增加输电线路的水平负荷也在增加，严重的覆冰会导致导线、地线断裂，杆塔倒塌和金具损坏；不均匀的覆冰或者不同期脱冰会引起张力差，容易造成导线舞动，会造成导线断裂、杆塔横杆扭曲变形、绝缘子损伤和破裂。绝缘子覆冰或被冰凌桥接后，绝缘强度下降，泄漏距离缩短，容易引起绝缘子闪络；融冰过程中冰体表面的水膜会溶解污秽物中的电解质，提高融冰水或冰面水膜的导电率，引起绝缘子串电压分布的畸变，从而降低了覆冰绝缘子串的闪络电压，形成绝缘子闪络。导线舞动时还可能造成相间短路故障。

1输电线路覆冰危害的特点

线路覆冰倒杆（塔）断线的特点：一是由于覆冰时杆（塔）两侧的张力不平衡造成的。在一些地形起伏较大的地区，两相邻的杆（塔）在高度和距离上存在很大的差距，在还未覆冰时两侧就形成了较大的不平衡张力，当线路上出现大密度的覆冰时，杆（塔）两侧的不平衡张力加剧，当张力不断加大，直至到达杆（塔）、导线所能承受的极限时，就出现了导线断落或杆（塔）倒塌的现象。因此，在灾后恢复和未来的设计改造中，应尽量避免大高度差、大距离和大转角。二是线路上有大密度的雨凇覆冰时，因为雨凇覆冰是“湿”度增长过程，其粘附能力强，不易掉落。在风的激励下，导线会产生大振幅、低频率的自激振动。当舞动的时间过长时，会使导线、绝缘子、金具、杆（塔）受不平衡冲击疲劳损伤。

绝缘子的冰闪是冰害的另一种，当绝缘子发生覆冰现象后，在特定温度下使绝缘子表面覆冰或被冰凌桥接后，绝缘强度下降，泄漏距离缩短。在融冰过程中冰体表面或冰晶体表面的水膜会很快溶解污秽物中的电解质，并提高融冰水或冰面水膜的导电率，引起绝缘子串电压分布的畸变（而且还会引起单片绝缘子表面电压分布的畸变），从而降低覆冰绝缘子串的闪络电压。大气中的污秽微粒直接沉降在绝缘子表面或作为凝聚核包含在雾中，将会使绝缘子覆冰融化时，冰水电导率进一步增加。另外有关试验数据表明，覆冰越重、电压分布畸变越大，绝缘子串两端，特别是高压引线端绝缘子承受电压百分数越高，最终造成冰闪事故。

实际上，纯冰的电阻很高，完全可以满足电力系统安全运行的要求，只有当冰中混杂有导电杂质后，覆冰绝缘子的闪络电压才会降低。这不仅因为冰闪是由于冰中含有污秽等导电杂质造成的，而且从污秽绝缘子和覆冰绝缘子的耐受电压和闪络机理也可发现其相似性。

冰害对输电线路的安全稳定运行产生很大的影响，因此必须采取有效的措施，防治冰害事故的发生。

2输电线路防覆冰运维当前措施

一般而言，防止输电线路冰害事故的最重要方法，是在可研规划、设计阶段采取有效措施，尽量避开不利的地形，即尽量避开最严重的覆冰地段或“避重就轻”。线路宜沿起伏不大的地形走线，尽量避免横跨垭口、风道和通过湖泊、水库等容易覆冰的地带，翻越山岭时应避免大档距、大高差，沿山岭通过时，宜沿覆冰季节背风向阳而走线，应避免转角点架设在开阔的山脊上，且转角角度不宜过大等，达到减少覆冰概率和减轻覆冰程度的目的。经过重冰区的输电线路应严格按《重冰区架空输电线路设计规定》进行设计，对于档距较大的重覆冰地段，采取增加杆塔、缩小档距的措施，以增加导线的过载能力，减轻杆塔荷载，减小不均匀脱冰时导线、地线相碰撞的机遇。对重覆冰区新建线路应尽量避免大档距，使重覆冰区线路档距较为均匀。

由于近年《技术监督精益化实施细则》的大力推行及推广应用下，运维单位对于新建线路的防覆冰工作已节点前提，最大可能避免隐患投入运行。增加输电线路的覆冰承载能力，在不改变原有杆（塔）位置的情况下，将钢芯铝绞线更换为新型的钢芯铝合金导线；阻断绝缘子串裙边融冰水形成水帘，绝缘子串水平悬挂、V型串、斜向悬挂等，防止融冰水形成垂直水帘；大盘径绝缘子隔断：在直线悬式瓷绝缘子串的上部、中部、下部各更换一片大盘径绝缘子，阻断了整串绝缘子冰凌的桥接通路。绝缘子串水平悬挂或V型悬挂以及倒V型悬挂，均可提高覆冰绝缘子串的冰闪电压，而对于直线杆塔来说悬垂绝缘子串，改水平悬挂或V型悬挂是有较大的困难，而改为倒V型悬挂工作量也很大，而《架空送电线路运行规程》中规定，直线杆塔的绝缘子串顺线路方向的偏斜角不得大于7.5°，这是从直线杆塔两侧的导线档距内的受力平衡来考虑的。如果考虑了两侧的平衡，有意识地将顺线路方向的绝缘子串偏斜角加大，这样也可以改善覆冰绝缘子的冰闪电压。多次发生舞动的线路区段加装防舞动装置，双串绝缘子间增大挂点间距或加装间隔装置。

除了采取以上措施外，还要加强地形、气象区的资料收集，建立专门为解决输电线路覆冰问题的观测站，细化对冰区的划分。

3输电线路防覆冰运维现状

目前，检测线路覆冰的方法主要由人工巡视检测、视频监测等。由于监测覆盖率不高，现阶段覆冰防治主要依托巡视人员根据天气状况及时判断并发现覆冰线路。并蹲守进行观察，及时反馈脱冰情况，必要时采取人工脱冰措施。

但新疆地区高压和超高压输电线路一般分布在地形复杂、环境恶劣的地理区域，且新疆气候因素导致覆冰地段多处在山区、戈壁风区，人工巡检非常困难，不仅劳动强度大，而且花费时间久，检测结果也不准确。输电线路覆冰有可能导致输电线路过负载、绝缘子串覆冰闪络、导线舞动以及发生不均匀覆冰或不同期脱冰事故，从而造成巨大的经济损失和严重的社会影响。

覆冰在线监测装置的应用，目前以称重法较为简便、误差率小，包括冰样称重检测法和荷重增量法，目前荷重增量法的应用较广泛。其工作原理是线路覆冰后，导线上的荷重产生一个增量，这个增量即为覆冰的质量。先称取一段导线上的覆冰质量（将拉力传感器测量在一个垂直档距内导线的质量）,折算出单位长度导线上的覆冰质量G（利用风速、风向和倾角传感器计算出风阻系数和绝缘子的倾斜分量,最终得出覆冰质量）,再用设计时所用计算公式算出导线的平均等值覆冰厚度。目前试用阶段中可一定程度反映出部分地区的覆冰情况。

输电线路覆冰在线监测及预警技术对电网运行安全具有重要的作用。现有的覆冰监测和预警技术弥补了传统人工巡视的不足，但仍不能满足实际应用的要求。在监测和通信手段上出现了光纤传感技术、无线传感器网络技术、感应取电技术等值得关注的新技术。在输电线路覆冰预警方面，可以着重考虑利用实测数据研究基于神经网路、支持向量机、机器学习等预测分析理论的预警技术，并且和输电线路可靠性评估和电网的EMS系统结合起来，提高电网运行的安全水平。

参考文献:

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[2]凌平,钱之银,赵文彬.华东电网输电线路覆冰灾害防治体系的研究【J】.华东电力,2008.36（11）：1——5.

[3]张成,盛戈,汪秀成等.基于图像处理技术的绝缘子覆冰自动识别【J】.华东电力,2009.37（1）：146——149.