輸電線路覆冰災(zāi)害的防護(hù)

編號(hào)：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(jiǎn)介：該方案資料適用于公司或組織通過(guò)合理化地制定計(jì)劃，達(dá)成上下級(jí)或不同的人員之間形成統(tǒng)一的行動(dòng)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(dòng)協(xié)調(diào)，過(guò)程有條不紊。文檔可直接下載或修改，使用時(shí)請(qǐng)?jiān)敿?xì)閱讀內(nèi)容。摘要：自20xx年1月12日開(kāi)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(lái)了巨大損害，文章通過(guò)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(duì)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(guó)，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(kāi)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(lái)最為嚴(yán)重的一次大范圍、長(zhǎng)時(shí)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(gè)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(jiàn)，由覆冰、舞動(dòng)引起的第2頁(yè)/總14頁(yè)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(guò)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(duì)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(shí)與輸電線路導(dǎo)線表面碰撞并凍結(jié)時(shí)，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(shì)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(gè)條件：大氣中必須有足夠的過(guò)冷卻水滴，過(guò)冷卻水滴與導(dǎo)線接觸，過(guò)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(shí)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(jí)階段，由于凍雨持續(xù)期一般較短，因此，導(dǎo)第3頁(yè)/總14頁(yè)FS精編解決方案 |SOLUTIONTEMPLATE線覆冰為純粹的雨凇覆冰的情況相對(duì)較少。型稱混合凇，當(dāng)溫度在冰點(diǎn)以下，風(fēng)比較猛時(shí)，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(shí)透明，有時(shí)不透明，冰在導(dǎo)線上粘合力很強(qiáng)。導(dǎo)線長(zhǎng)期暴露于濕氣中，便形成混合凇?；旌馅∈且粋€(gè)復(fù)合覆冰過(guò)程，密度較高，生長(zhǎng)速度快，對(duì)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(guò)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(duì)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(shí)，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(dòng)，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(duì)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(shí)，導(dǎo)線才會(huì)出現(xiàn)積雪現(xiàn)象。 當(dāng)有強(qiáng)風(fēng)時(shí)，第4頁(yè)/總14頁(yè)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(shì)無(wú)風(fēng)地區(qū)，導(dǎo)線覆雪現(xiàn)象較山區(qū)常見(jiàn)。導(dǎo)線覆冰的基本物理過(guò)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(shí)，如遇大霧或毛毛雨，首先將在導(dǎo)線上形成雨凇，這時(shí)如果氣溫再升高，雨凇則開(kāi)始融化，如天氣繼續(xù)轉(zhuǎn)晴，則覆冰過(guò)程就停止；這時(shí)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(zhǎng)，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(gè)過(guò)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(duì)導(dǎo)線覆冰起著重要的作用。它可將大量的過(guò)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(cè)，覆冰首先在導(dǎo)線迎風(fēng)面上成長(zhǎng)，當(dāng)迎風(fēng)面達(dá)到某一覆冰厚度時(shí)，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(yè)/總14頁(yè)FS精編解決方案 |SOLUTIONTEMPLATE導(dǎo)線通過(guò)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(duì)覆冰有影響外，風(fēng)向與導(dǎo)線平行時(shí)，或當(dāng)與導(dǎo)線之間的夾角小于 45°或大于150°時(shí)，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(shí)，覆冰比較嚴(yán)重。除了風(fēng)速大小和風(fēng)向會(huì)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(huì)影響到導(dǎo)線的覆冰力學(xué)。一般來(lái)說(shuō)，我國(guó)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(shí)，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(shí)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(shí)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(shí)，桿（塔）兩側(cè)的不平衡張力加劇，當(dāng)張力不斷加第6頁(yè)/總14頁(yè)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(shí)， 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(lái)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(shí)，因?yàn)橛贲「脖恰皾瘛倍仍鲩L(zhǎng)過(guò)程，其粘附能力強(qiáng)，不易掉落。在風(fēng)的激勵(lì)下，導(dǎo)線會(huì)產(chǎn)生大振幅、低頻率的自激振動(dòng)。當(dāng)舞動(dòng)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，會(huì)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(guò)程中冰體表面或冰晶體表面的水膜會(huì)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(huì)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(huì)使絕緣子覆冰融化時(shí)，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?cè)酱?，絕緣子串兩端，特別是高壓引線端絕緣第7頁(yè)/總14頁(yè)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(huì)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(shì)基本一致。冰害的防治措施冰害對(duì)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(kāi)不利的地形，即盡量避開(kāi)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(yè)/總14頁(yè)FS精編解決方案 |SOLUTIONTEMPLATE走線，盡量避免橫跨埡口、風(fēng)道和通過(guò)湖泊、水庫(kù)等容易覆冰的地帶，翻越山嶺時(shí)應(yīng)避免大檔距、大高差，沿山嶺通過(guò)時(shí)，宜沿覆冰季節(jié)背風(fēng)向陽(yáng)而走線，應(yīng)避免轉(zhuǎn)角點(diǎn)架設(shè)在開(kāi)闊的山脊上，且轉(zhuǎn)角角度不宜過(guò)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(guò)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(duì)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(guò)載能力，減輕桿塔荷載，減小不均勻脫冰時(shí)導(dǎo)線、地線相碰撞的機(jī)遇。對(duì)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?cè)袟U（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(guò)載時(shí)導(dǎo)線的安全運(yùn)行。桿（塔）的承載沒(méi)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(yè)/總14頁(yè)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(shí)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(shí)垂直荷重不變，但最大使用張力由原來(lái)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(chǔ)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(duì)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(cè)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(cè)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(guò)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(yè)/總14頁(yè)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(guò)程是，被冰凌橋接的絕緣子串處于融冰狀態(tài)時(shí)，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(pán)徑傘裙阻隔法大盤(pán)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(pán)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(lái)。合成絕緣子加大盤(pán)徑絕緣子：在原來(lái)運(yùn)行的合成絕緣子上方加一片大盤(pán)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(yè)/總14頁(yè)FS精編解決方案 |SOLUTIONTEMPLATE通過(guò)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(duì)于直線桿塔來(lái)說(shuō)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(lái)考慮的。如果考慮了兩側(cè)的平衡，有意識(shí)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(dòng)的線路區(qū)段加裝防舞動(dòng)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(zhǎng)時(shí)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(mén)為解決輸電線路覆冰問(wèn)題的觀測(cè)站，細(xì)化對(duì)冰第12頁(yè)/總14頁(yè)FS精編解決方案 |SOLUTIONTEMPLATE區(qū)的劃分。結(jié)束語(yǔ)貴州山區(qū)覆冰災(zāi)害氣候?qū)﹄娏€路的破壞是很大的，通過(guò)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(duì)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(duì)策[J].高電壓技術(shù)，2005