供电架空导线覆冰危害及防治.docx

供电架空导线覆冰危害及防治陈清强2008年1月至2月, 我国南方大范围遭遇了严重的冰雪、冻雨灾害天气, 这次天气过程属于极端异常天气。国家气象局认为:“这次气象灾害具有范围广、强度大、持续时间长、灾害影响重的特点, 很多地区为50 年一遇,部分地区为100 年一遇,属历史罕见”。冰冻灾害对南方电网的安全运行造成了极大的危害, 贵州、广西、广东、云南、湖南等电网都先后出现了大面积冰灾事故, 设施遭受严重破坏。仅以湖南省为例： 500kv 线路停运 14 条， 220kv 线路停运 56 条， 110kv 线路停运139 条。全省最大可供电力负荷仅为475 万千瓦， 其中湖南郴州成为电力孤岛，全城停水停电达12 天。给工农业生产带来严重损失、人民生活造成严重困难。1、导线覆冰的形成冰灾事故主要由导线覆冰造成。架空导线的覆冰是在初冬和初春时节，降雪或雨雪交加的天气，在导线及避雷线、绝缘子串等处附着水滴。当气温下降时，这些水滴便凝结成冰，即覆冰。在湿雪继续落在已有的导线冰层上，使得冰层越结越厚。这是一层结实而又紧密的透明或半透明的冰层， 最厚可达10mm以上。覆冰的断面形状与风向有关：当风向与线路平行时，覆冰的断面呈椭圆形；当风向与线路垂直时, 覆冰的断面呈伞形；无风时，覆冰则是均匀的覆盖在导线上。有研究表明，导线覆冰的必要气象条件是:1) 具有足可冻结的气温, 即0以下。2) 具有较高的湿度, 即空气相对湿度一般在80%以上。3) 具有可使空气中水滴运动之风速, 即大于1m / s的风速。2、导线覆冰的危害覆冰对架空输电线路的危害有过荷载、覆冰舞动和脱冰跳跃、绝 缘子冰闪,会造成杆塔变形、倒塔、导线断股、金具和绝缘子损坏、绝缘子闪络等事故。过荷载。当导线、杆塔覆冰时, 冰的重量会增加所有支持结构和金具的垂直负载, 导致导线的弧垂变大, 使导线间或者导地线之间的绝缘距离减小, 当风吹动导线时由于绝缘距离不够而发生短路, 另外, 由于覆冰过重,覆冰会增大导线张力 ,从而增大杆塔基及基础的力矩 , 增大转角塔的扭矩,造成杆塔扭转、弯曲、基础下沉、倾斜,甚至在拉线点以下发生折断。覆冰也会使导线受风面积增大, 此时杆塔所受的水平荷载也随之增加, 线路因此可能遭受到严重的横向倒杆事故。因为输电线路相邻各档之间、高度不同,使导线在覆冰时引起纵向静力不平衡,产生纵向荷载。当覆冰不均匀、自行脱落或被击落时, 导线的悬挂点会产生很大的纵向冲击荷载, 可能造成导线或地线从接管内抽出, 或者外层铝股断裂。如果导线拉线断或脱落, 则最终的不平衡冲击荷载和两相临档之间的残余荷载就会大大增加, 发生顺线倒杆事故。导线覆冰舞动、脱冰跳跃事故。输电线路不仅承受其自重、覆冰等静荷载, 而且还要承受风产生的动荷载。在一定条件下, 覆冰导线受稳态横向风的作用, 可能引起大幅低频振动, 即舞动。此外, 导线脱冰跳跃也会使导线发生舞动。导线舞动是威胁输电线路安全运行的重要因素。绝缘子串覆冰过多导致的冰闪事故。绝缘子串覆冰过厚会减小爬 距使冰闪电压降低。绝缘子覆冰过厚可完全形成冰柱,绝缘子串爬距大 大减小,且融冰时冰柱表面形成贯通型水膜 , 耐压水平降低导致沿冰柱贯通性闪络。3、导线覆冰的监测目前国内外对覆冰理论、冰闪机理和覆冰监测方面做了大量的理 论研究工作。覆冰监测、预警研究,主要是针对有代表性的输电线路覆 冰,安装覆冰在线监测系统,建立一个统一的覆冰在线监测平台,作为覆冰线路在线监测的基础。覆冰监测系统的主要原理为:监测系统通过在线测量风速、风向、垂直挡距内导线重量 (含导线自重、冰重、风荷载) 、绝缘子倾斜角,根据风荷载数学模型确定风阻系数,建立覆冰载荷计算模型;利用绝缘子倾斜角测量导线自重及杆塔三维受力状态，建立杆塔不均衡张力和风偏距离数学模型;在杆塔上安装气象、视频、振动、电流传感器等装置，直接获取 数据；采用移动通信网络进行实时视频图像/ 数据传输;根据设计条件,通过专家库和对各种理论模型的计算,实现对导线等值覆冰厚度、杆塔不均衡张力、风偏距离、气象条件、导线振动频 率、绝缘子泄漏电流、现场图像等过程监测，并提供灾害预警，为预 防电网因覆冰倒塔等事故的发生提供可靠的依据。4、除冰技术大体划分为四类: 热力除冰法; 机械除冰法；自然被动法; 其它防冰法。热力除冰法是目前使用最多的方法。热力除冰法:利用附加热源或导线自身发热, 使冰雪在导线上无法积覆, 或是使已经积覆的冰雪融化。利用附加热源主要就是短路电流法。用较低 电压提供较大短路电流加热导线使导线的覆冰融化，一般使用附加的移动或固定电源设备，在需要融冰导线段人工设置短路使导线产生大电流，发热融冰。利用导线自身发热一是带负荷融冰法，当输电线路 为分裂导线时，采用改变其分裂导线的运行方式，减小其导电截面积 从而增大目标线路上的负荷电流，因为焦耳效应使导线自身的温度达到冰点以上。一是应用低居里铁磁材料, 这种材料在温度< 0°C时, 磁滞损耗大, 发热可阻止积覆冰雪或融冰; 当温度> 0°C时, 不需要融冰, 损耗很小。这种方法除冰的效果较明显, 低居里热敏防冰套筒和低居里磁热线已投入工程实用。机械除冰法:最简单原始的方法如从地面上向导线或避雷线抛掷短木棍、用长竹杆或绝缘杆敲打使覆冰脱落。形成机械方法后则有“ad hoc”法、滑轮铲刮法和强力振动法, 其中滑轮铲刮法较为实用, 它耗能小, 价格低廉, 但操作困难时间较长, 安全性能亦需完善。采用电磁力或电脉冲使导线产生强烈的而又在控制范围内的振动来除冰, 对雾淞有一定效果, 对雨淞效果有限, 除冰效果不佳。从80年代起,国外开展了机器人巡线技术研究, 目前国内开展机器人巡线技术研究取得了跨杆塔及障碍物的突破。可在巡线机器人加装机械除冰装置进行线路除冰。被动除冰法:在导线上安装阻雪环、平衡锤等装置可使导线上的覆冰堆积到一 定程度时,由风或其它自然力的作用自行脱落。该法简单易行, 但可能因不均匀或不同期脱冰发生导线跳跃的线路事故。其它除冰方法:激光除冰技术激光除冰技术主要原理是利用高能激光产生的热能进行融冰除冰。但大功率的激光器对陶瓷、金属等物体的损害也比较大, 在实际应用中要考虑融冰的具体方案, 避免对输电线路的危害。光子除冰技术其原理是利用不同频率的间歇性激光脉冲打在冰的表面产生的超声波来使覆冰破碎 , 在重力的作用下 , 使覆冰脱落达到除冰的效果。此项除冰思路目前还只是一种理论推导的设想。防冰涂料技术要求涂料具有低表面能、强憎水性、高传热吸光性和良好的耐候 性等特点, 同时方便施涂，价格低廉。目前已研究生产的有机硅防冰涂料，能使冰的附着力降低91%。而防绝缘子覆冰涂料能大大减少绝缘子上的覆冰量并延缓覆冰的形成 ,根据线路所在不同地区的污秽环境, 调整涂料中的填料、溶剂与聚二甲基硅氧烷的配比。防覆冰涂料成本低廉, 不仅具有原来RTV涂料所具有的防污闪性能, 还能有效降低覆冰对输电线路上绝缘子的危害。电子冻结、电晕放电和碰撞前颗粒冻结、加热等方法也正在国内外研究。冬季落雪结冰是众多自然现象之一。可同样是覆冰，雾凇、冰挂 是人们难得一见的极其珍惜的美景。而导线覆冰的出现不仅不会给人以愉悦的享受，反而会加以警惕的关注以致想方设法的去消除它。导 线覆冰的防治将是摆在广大科技工作者和工程技术人员面前的长期而重要的课题。参考文献杨腾栋等110 kv输电线路覆冰受损原因分析科技创新导报2008NO.28杨晴等国内外抗冰融冰技术研究综述云南电力技术2008年第4期吴荣输电线路覆冰监测及预警探讨广西电力2008年第4期李宁等输电线路除冰技术的研究防灾科技学院学报2008年第10卷第3期陈家斌主编电力架空线路运行维护和带电作业中国水利水电出版社2006年第一版联系电话：