輸電線路覆冰災(zāi)害的防護(hù)

編號：SM-ZD-15677輸電線路覆冰災(zāi)害的防護(hù)Throughtheprocessagreementtoachieveaunifiedactionpolicyfordifferentpeople,soastocoordinateaction,reduceblindness,andmaketheworkorderly.編制：____________________審核：____________________批準(zhǔn)：____________________本文檔下載后可任意修改FS精編解決方案 |SOLUTIONTEMPLATE輸電線路覆冰災(zāi)害的防護(hù)簡介：該方案資料適用于公司或組織通過合理化地制定計(jì)劃，達(dá)成上下級或不同的人員之間形成統(tǒng)一的行動方針，明確執(zhí)行目標(biāo)，工作內(nèi)容，執(zhí)行方式，執(zhí)行進(jìn)度，從而使整體計(jì)劃目標(biāo)統(tǒng)一，行動協(xié)調(diào)，過程有條不紊。文檔可直接下載或修改，使用時請?jiān)敿?xì)閱讀內(nèi)容。摘要：自20xx年1月12日開始，貴州全省各地區(qū)遭受了五十年一遇的冰凍災(zāi)害，給輸電線路帶來了巨大損害，文章通過介紹覆冰形成、線路冰害的類型，著重分析絕緣子覆冰特性及對運(yùn)行中的線路提出預(yù)防措施。關(guān)鍵詞：覆冰；冰害；冰害防護(hù)在我國，導(dǎo)線覆冰主要發(fā)生在西南、西北及華中地區(qū)。貴州省按地區(qū)冬季平均氣溫計(jì)算，大都在 0℃以上，受北方南下冷空氣及西南暖濕氣流共同影響下， 自20xx年1月12日開始，全省各地區(qū)持續(xù)低溫多雨、雨夾雪天氣，遭遇了50多年來最為嚴(yán)重的一次大范圍、長時間的冰凍災(zāi)害。貴州電網(wǎng)被分割瓦解成7塊，貴州電網(wǎng)累計(jì)受到冰害破壞的電力線路達(dá)5029條，占貴州全省線路總數(shù)的77%；全省50多個市縣被迫停電；停運(yùn)的變電站 649所，占貴州全部變電站的69%；倒桿線路有 416條。由此可見，由覆冰、舞動引起的第2頁/總14頁FS精編解決方案 |SOLUTIONTEMPLATE輸電線路倒桿（塔）、斷線及跳閘事故，嚴(yán)重威脅到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行及供電可靠性。覆冰形成原因和過程導(dǎo)線覆冰首先是由氣象條件決定的，是受溫度、濕度、冷暖空氣對流、環(huán)流以及風(fēng)等因素決定的綜合物理現(xiàn)象。云中或霧中的水滴在 0℃或更低時與輸電線路導(dǎo)線表面碰撞并凍結(jié)時，覆冰現(xiàn)象就產(chǎn)生了。貴州省地處云貴高原，海拔在1500m 以上，境內(nèi)溝壑縱橫，地勢高低不平，空氣潮濕，受西伯利亞寒流和太平洋暖濕氣流的共同影響， 20xx年初貴州大面積的遭受了覆冰危害。導(dǎo)線表面發(fā)生覆冰現(xiàn)象必須滿足以下幾個條件：大氣中必須有足夠的過冷卻水滴，過冷卻水滴與導(dǎo)線接觸，過冷卻水滴立即凍結(jié)在導(dǎo)線表面。覆冰按形成條件及性質(zhì)可分為 A、B、C、D、E五種類型。A型稱雨凇覆冰，是在凍雨期發(fā)生于低海拔地區(qū)的覆冰，持續(xù)時間一般較短，環(huán)境溫度接近冰點(diǎn)，風(fēng)相當(dāng)大，積冰透明，在導(dǎo)線上的粘合力很強(qiáng)，冰的密度很高，雨凇覆冰是混合凇覆冰的初級階段，由于凍雨持續(xù)期一般較短，因此，導(dǎo)第3頁/總14頁FS精編解決方案 |SOLUTIONTEMPLATE線覆冰為純粹的雨凇覆冰的情況相對較少。型稱混合凇，當(dāng)溫度在冰點(diǎn)以下，風(fēng)比較猛時，則形成混合凇。在混合凇覆冰條件下，水滴凍結(jié)比較弱，積冰有時透明，有時不透明，冰在導(dǎo)線上粘合力很強(qiáng)。導(dǎo)線長期暴露于濕氣中，便形成混合凇?；旌馅∈且粋€復(fù)合覆冰過程，密度較高，生長速度快，對導(dǎo)線危害特別嚴(yán)重。型稱軟霧凇，是由于山區(qū)低層云中含有的過冷水滴，在極低溫度與風(fēng)速較小情況下形成的。這種積冰呈白色、不透明、晶狀結(jié)構(gòu)、密度小，在導(dǎo)線上附著力相當(dāng)弱。最初的結(jié)冰是單向的，由于導(dǎo)線機(jī)械失衡，逐漸圍繞導(dǎo)線均勻分布，在此情況下，這種冰對導(dǎo)線一般不構(gòu)成威脅。D型和E型分別為白霜、雪，白霜是空氣中濕氣與 0℃以下的物體接觸時，濕氣往冷物體表面凝合形成的，白霜在導(dǎo)線上的粘結(jié)力十分微弱，即使是輕輕地振動，也可以使白霜脫離所粘結(jié)導(dǎo)線的表面，與其他類型覆冰相比，白霜基本不對導(dǎo)線構(gòu)成嚴(yán)重危害?？諝庵械母裳┗虮Ш茈y粘結(jié)到導(dǎo)線表面。只有當(dāng)空氣中的雪為“濕雪”時，導(dǎo)線才會出現(xiàn)積雪現(xiàn)象。 當(dāng)有強(qiáng)風(fēng)時，第4頁/總14頁FS精編解決方案 |SOLUTIONTEMPLATE雪片易被風(fēng)吹落，導(dǎo)線覆雪不可能發(fā)生，故導(dǎo)線覆雪受風(fēng)速制約，因此平原地區(qū)或低地勢無風(fēng)地區(qū)，導(dǎo)線覆雪現(xiàn)象較山區(qū)常見。導(dǎo)線覆冰的基本物理過程是嚴(yán)冬或初春季節(jié)，當(dāng)氣溫下降至-5～0℃，風(fēng)速為 3～15m/s 時，如遇大霧或毛毛雨，首先將在導(dǎo)線上形成雨凇，這時如果氣溫再升高，雨凇則開始融化，如天氣繼續(xù)轉(zhuǎn)晴，則覆冰過程就停止；這時如果天氣驟然變冷，出現(xiàn)雨雪天氣，凍雨和雪則在粘結(jié)強(qiáng)度較高的雨凇面上迅速增長，形成較厚的冰層；如溫度繼續(xù)下降至 -15～-8℃，原有冰層外則積覆霧凇。在這樣一個過程中，出現(xiàn)多次晴～冷變化天氣，短暫的融化加強(qiáng)了冰的密度，如此往復(fù)發(fā)展將形成霧凇和雨凇交替重疊的混合凍結(jié)物，即混合凇。 2影響覆冰的因素當(dāng)具備了形成覆冰的溫度和水汽條件后，風(fēng)對導(dǎo)線覆冰起著重要的作用。它可將大量的過冷卻水滴不斷地輸向線路，與導(dǎo)線碰撞而被截獲并逐步增大形成覆冰現(xiàn)象。據(jù)觀測，覆冰首先在導(dǎo)線迎風(fēng)面上成長，當(dāng)迎風(fēng)面達(dá)到某一覆冰厚度時，導(dǎo)線因重力作用而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)， 從而出現(xiàn)了新的迎風(fēng)面。 這樣，第5頁/總14頁FS精編解決方案 |SOLUTIONTEMPLATE導(dǎo)線通過不斷扭轉(zhuǎn)而使覆冰逐步增大，最終導(dǎo)線上形成圓形或橢圓形的覆冰。除了風(fēng)速的大小對覆冰有影響外，風(fēng)向與導(dǎo)線平行時，或當(dāng)與導(dǎo)線之間的夾角小于 45°或大于150°時，覆冰較輕；風(fēng)向與導(dǎo)線垂直或風(fēng)向與導(dǎo)線之間的夾角大于 45°或小于150°時，覆冰比較嚴(yán)重。除了風(fēng)速大小和風(fēng)向會影響覆冰外，線路走向和導(dǎo)線懸掛高度及導(dǎo)線直徑都會影響到導(dǎo)線的覆冰力學(xué)。一般來說，我國東西走向的導(dǎo)線覆冰，普遍較南北走向的導(dǎo)線覆冰嚴(yán)重，因此在重冰區(qū)線路走線時，盡量避免呈東西走向。導(dǎo)線懸掛高度越高，覆冰越嚴(yán)重，因?yàn)榭諝庵幸核侩S高度的增加而升高，有利于覆冰的形成。另外，導(dǎo)線越粗覆冰也越嚴(yán)重。輸電線路覆冰危害的特點(diǎn)3.1線路覆冰倒桿（塔）斷線的特點(diǎn)線路覆冰倒桿（塔）斷線的特點(diǎn)：一是由于覆冰時桿（塔）兩側(cè)的張力不平衡造成的。在一些地形起伏較大的地區(qū)，兩相鄰的桿（塔）在高度和距離上存在很大的差距，在還未覆冰時兩側(cè)就形成了較大的不平衡張力，當(dāng)線路上出現(xiàn)大密度的覆冰時，桿（塔）兩側(cè)的不平衡張力加劇，當(dāng)張力不斷加第6頁/總14頁FS精編解決方案 |SOLUTIONTEMPLATE大，直至到達(dá)桿（塔）、導(dǎo)線所能承受的極限時， 就出現(xiàn)了導(dǎo)線斷落或桿（塔）倒塌的現(xiàn)象。因此，在災(zāi)后恢復(fù)和未來的設(shè)計(jì)改造中，應(yīng)盡量避免大高度差、大距離和大轉(zhuǎn)角。二是線路上有大密度的雨凇覆冰時，因?yàn)橛贲「脖恰皾瘛倍仍鲩L過程，其粘附能力強(qiáng)，不易掉落。在風(fēng)的激勵下，導(dǎo)線會產(chǎn)生大振幅、低頻率的自激振動。當(dāng)舞動的時間過長時，會使導(dǎo)線、絕緣子、金具、桿（塔）受不平衡沖擊疲勞損傷。3.2覆冰絕緣子串的閃絡(luò)特性絕緣子的冰閃是冰害的另一種，當(dāng)絕緣子發(fā)生覆冰現(xiàn)象后，在特定溫度下使絕緣子表面覆冰或被冰凌橋接后，絕緣強(qiáng)度下降，泄漏距離縮短。在融冰過程中冰體表面或冰晶體表面的水膜會很快溶解污穢物中的電解質(zhì)，并提高融冰水或冰面水膜的導(dǎo)電率，引起絕緣子串電壓分布的畸變（而且還會引起單片絕緣子表面電壓分布的畸變） ，從而降低覆冰絕緣子串的閃絡(luò)電壓。大氣中的污穢微粒直接沉降在絕緣子表面或作為凝聚核包含在霧中，將會使絕緣子覆冰融化時，冰水電導(dǎo)率進(jìn)一步增加。另外有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，覆冰越重、電壓分布畸變越大，絕緣子串兩端，特別是高壓引線端絕緣第7頁/總14頁FS精編解決方案 |SOLUTIONTEMPLATE子承受電壓百分?jǐn)?shù)越高，最終造成冰閃事故。實(shí)際上，純冰的電阻很高，完全可以滿足電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的要求，只有當(dāng)冰中混雜有導(dǎo)電雜質(zhì)后，覆冰絕緣子的閃絡(luò)電壓才會降低。這不僅因?yàn)楸W是由于冰中含有污穢等導(dǎo)電雜質(zhì)造成的，而且從污穢絕緣子和覆冰絕緣子的耐受電壓和閃絡(luò)機(jī)理也可發(fā)現(xiàn)其相似性。 圖1為覆冰絕緣子交流耐受電壓和污穢絕緣子交流耐受電壓的比較。圖1覆冰絕緣子與污穢絕緣子交流耐受電壓的比較從圖1中曲線可知，除了兩者耐受電壓的數(shù)值有差異外，覆冰絕緣子與污穢絕緣子的耐受電壓隨等值附鹽密度的變化趨勢基本一致。冰害的防治措施冰害對輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生很大的影響，因此必須采取有效的措施，防治冰害事故的發(fā)生。一般而言，防止輸電線路冰害事故的最重要方法，是在設(shè)計(jì)階段采取有效措施，盡量避開不利的地形，即盡量避開最嚴(yán)重的覆冰地段或 “避重就輕”。線路宜沿起伏不大的地形第8頁/總14頁FS精編解決方案 |SOLUTIONTEMPLATE走線，盡量避免橫跨埡口、風(fēng)道和通過湖泊、水庫等容易覆冰的地帶，翻越山嶺時應(yīng)避免大檔距、大高差，沿山嶺通過時，宜沿覆冰季節(jié)背風(fēng)向陽而走線，應(yīng)避免轉(zhuǎn)角點(diǎn)架設(shè)在開闊的山脊上，且轉(zhuǎn)角角度不宜過大等，達(dá)到減少覆冰概率和減輕覆冰程度的目的。4.1經(jīng)過重冰區(qū)的輸電線路應(yīng)嚴(yán)格按《重冰區(qū)架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)定》進(jìn)行設(shè)計(jì)對于檔距較大的重覆冰地段，采取增加桿塔、縮小檔距的措施，以增加導(dǎo)線的過載能力，減輕桿塔荷載，減小不均勻脫冰時導(dǎo)線、地線相碰撞的機(jī)遇。對重覆冰區(qū)新建線路應(yīng)盡量避免大檔距，使重覆冰區(qū)線路檔距較為均勻。增加輸電線路的覆冰承載能力，還可以在不改變原有桿（塔）位置的情況下，將鋼芯鋁絞線更換為新型的鋼芯鋁合金導(dǎo)線，以LGJ-400型導(dǎo)線為例，可將其換為新型 HL4GJQ-，這樣既保證了線路的輸電能力，又滿足覆冰過載時導(dǎo)線的安全運(yùn)行。桿（塔）的承載沒有增大，反而減小。HL4GJQ-鋼芯鋁合金導(dǎo)線比LGJ-400鋼芯鋁絞線抗拉強(qiáng)度增大1.26倍、重量降低 9.35%。在同等地理、氣象條件下，新選第9頁/總14頁FS精編解決方案 |SOLUTIONTEMPLATE擇的導(dǎo)線、避雷線組合比原設(shè)計(jì)的導(dǎo)線、避雷線組合的抗覆冰性能大大改善。當(dāng)線路走向、桿（塔）位不變的條件下，導(dǎo)線由LGJ-400鋼芯鋁絞線更換成 HL4GJQ-400 鋼芯鋁合金導(dǎo)線后，最大使用張力由 58224.5N 降至57196N，每米導(dǎo)線覆冰時的垂直荷重由63.93N 降為62.3N，避雷線規(guī)格不變，每米避雷線覆冰時垂直荷重不變，但最大使用張力由原來的47462.7N 降為39275.3N，從垂直荷載和水平張力的數(shù)據(jù)顯示，桿（塔）的荷載有了明顯的降低，桿（塔）的安全儲備得到明顯提高。導(dǎo)線的最大使用應(yīng)力相同， HL4GJQ-400的比載較 LGJ-400的小，故對地距離、交叉跨越距離有所改善。導(dǎo)線的安全系數(shù)由 2.22（按新手冊實(shí)為 2.109）提高到2.6655，避雷線的安全系數(shù)由 2.5（按新手冊實(shí)為 2.225）提高到2.8倍，導(dǎo)線、避雷線的安全系數(shù)均提高1.26倍，覆冰的過載能力得到了較大提高，按 50mm 冰區(qū)校驗(yàn)已能滿足規(guī)程要求。 4.2 絕緣子串的防冰由于絕緣子串結(jié)構(gòu)、形狀復(fù)雜，在自然環(huán)境條件下的風(fēng)向、風(fēng)速及濕沉降水種類等的作用下，絕緣子的覆冰形狀千第10頁/總14頁FS精編解決方案 |SOLUTIONTEMPLATE姿百態(tài)，因此要防止運(yùn)行線路的絕緣子串覆冰有較大的難度。根據(jù)前面的論述及分析，運(yùn)行中的覆冰絕緣子串發(fā)生閃絡(luò)的主要過程是，被冰凌橋接的絕緣子串處于融冰狀態(tài)時，電導(dǎo)率高的融冰水形成水簾，導(dǎo)致絕緣子串裙邊之間形成閃絡(luò)通道，從而發(fā)生絕緣子串閃絡(luò)。因此，阻斷絕緣子串裙邊融冰水形成水簾，是防止絕緣子串發(fā)生冰閃的一種有效方法。而絕緣子串水平懸掛、 V型串、斜向懸掛等，則可起到防止融冰水形成垂直水簾的作用。 懸式絕緣子串增加大盤徑傘裙阻隔法大盤徑絕緣子隔斷：在直線懸式瓷絕緣子串的上部、中部、下部各更換一片大盤徑絕緣子，阻斷了整串絕緣子冰凌的橋接通路。特制合成絕緣子：向合成絕緣子生產(chǎn)廠家定做上、中、下各有一片特大傘裙的合成絕緣子，將原運(yùn)行的合成絕緣子替換下來。合成絕緣子加大盤徑絕緣子：在原來運(yùn)行的合成絕緣子上方加一片大盤徑瓷絕緣子。粘貼大傘裙或絕緣板：加特制傘裙或絕緣板（草帽型），第11頁/總14頁FS精編解決方案 |SOLUTIONTEMPLATE通過將原有普通合成絕緣子采用粘貼或熱塑等方法，將特制大傘裙固定為一體或采用加草帽型絕緣板。 懸垂絕緣子串斜掛法絕緣子串水平懸掛或 V型懸掛以及倒 V型懸掛，均可提高覆冰絕緣子串的冰閃電壓，而對于直線桿塔來說懸垂絕緣子串，改水平懸掛或 V型懸掛是有較大的困難，而改為倒 V型懸掛工作量也很大， 而“架空送電線路運(yùn)行規(guī)程” 中規(guī)定，直線桿塔的絕緣子串順線路方向的偏斜角不得大于 7.5°，這是從直線桿塔兩側(cè)的導(dǎo)線檔距內(nèi)的受力平衡來考慮的。如果考慮了兩側(cè)的平衡，有意識地將順線路方向的絕緣子串偏斜角加大，這樣也可以改善覆冰絕緣子的冰閃電壓。多次發(fā)生舞動的線路區(qū)段加裝防舞動裝置，雙串絕緣子間增大掛點(diǎn)間距或加裝間隔裝置。重覆冰區(qū)線路不宜采用玻璃絕緣子串，以減少或防止因玻璃絕緣子覆冰后長時間的局部電弧使其燒傷或引起炸裂等情況。除了采取以上措施外，還要加強(qiáng)地形、氣象區(qū)的資料收集，建立專門為解決輸電線路覆冰問題的觀測站，細(xì)化對冰第12頁/總14頁FS精編解決方案 |SOLUTIONTEMPLATE區(qū)的劃分。結(jié)束語貴州山區(qū)覆冰災(zāi)害氣候?qū)﹄娏€路的破壞是很大的，通過進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較并結(jié)合已有的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，綜合采用以上的技術(shù)改造方案對重冰區(qū)、超重冰區(qū)的架空線路進(jìn)行改造，可以提高線路抗覆冰災(zāi)害天氣的能力，從而提高安全穩(wěn)定運(yùn)行的水平。參考文獻(xiàn)胡毅.輸電線路大范圍病害事故分析及對策[J].高電壓技術(shù)，2005