高原地区输电线路覆冰分析及处理措施

马克俊

摘要: 输电是电力系统的一个重要环节，确保线路的正常运行对整个系统来说是十分重要的。电力线路覆冰引起的故障，严重影响了线路安全运行，给社会经济带来巨大的损失。本文浅谈输电线路覆冰灾害基本情况、影响因素、形成、类型、借鉴现有的有效方法、技术，并且分析了输电线路覆冰的机理和防治覆冰故障处理的措施。

关键词：输电线路; 覆冰；故障; 防治；处理措施。

中图分类号： F407 文献标识码： A

覆冰是在特定气候条件下，由过冷却水滴或过饱和云粒在运动阻止力和惯性力作用下，与自然界中的物体表面碰撞释放潜热而凝固的晶状或粉状附着物，是一种美丽的自然景象，而对处在自然环境中的输配电线路会构成严重灾害。输电线路覆冰灾害在我国大部分地区极其普遍,所导致的灾害极为严重。近几年，我局针对固原电网曾发生过的输电线路覆冰灾害故障，认真分析，总结经验，积极探索，采取了一些预防输电线路覆冰灾害的措施，并取得了一定成效。

一.固原地区输电线路覆冰灾害基本情况

固原地处宁夏南部山区，属典型的西北高原山区，由于受六盘山山脉气候影响，固原地区局部形成许多微气象区，具有典型代表的有六盘山、程儿山、黄峁山微气象区。在每年冬春季节交替的1～3月份，最低气温在－5～－20℃之间，空气相对湿度较大，并伴有3～4级东南风时，容易产生雨淞、雾淞、混合淞、积雪等天气。

我局输电线路多分布在海拔2000米左右的大山、沟谷和丘陵地带，处在重覆冰区的线路有14条200多公里。在覆冰气候多发季节里，输电线路会发生绝缘子串冰闪或导线严重覆冰后负载过重引起导线损伤断线、横担变形，或不同期脱冰引起导线舞动造成相间短路或接地故障。多年来，覆冰引起的导线混线、断线和绝缘子覆冰闪络事故经常发生,线路发生覆冰灾害的概率比宁夏其他地区都高。2002年～2007年，我局所辖输电线路因覆冰灾害引起故障22次,110kV南彭线1次、固将线2次、瓦隆线5次；35kV北王线8次、官寨线1次、西白线1次、王草线2次、彭草线1次、古新线1次。其中2004年1月16日，110kV南彭线42＃杆绝缘子覆冰闪络故障引起固原电网大面积停电事故。因此，我局对输电线路防覆冰的研究与投入对电网的安全运行是十分必要的。

二、输电线路覆冰的影响因素

根据多年覆冰现场的观测分析和有关覆冰研究的论断，得出输电线路覆冰的影响因素有四个。

（1）气象因素:受温度、湿度、过冷却水滴直径、冷暖空气对流、环流以及风等因素决定的综合物理现象，在固原地区的冬天及初春季节,尤其是在六盘山、黄峁山、程儿山等微气象区容易具备该条件；

（2）地形及地理环境:山顶、分水岭、风口、迎风坡处以及水汽较重的湖库、山腰等线路覆冰较其它地形严重；

（3）海拔高程、线路走向及导线的悬挂高度:海拔越高,线路走向为东西方向，导线的挂点越高覆冰越严重；

（4）线路本身的条件:绝缘子、导、地线表面形状、直径、刚度等影响过冷却水滴、云粒的附着，且电场对过冷却小水滴或过冷却云粒有吸引力作用。

三、输电线路易遭受覆冰灾害的原因和类型

输电线路遭受覆冰灾害分析来看，输电线路易发生覆冰灾害的根源有二：一是复杂的地理环境和特殊的气象条件容易产生覆冰；二是重冰区线路的设计标准偏低，绝缘子、导、地线、杆塔选型不当，抗覆冰能力差。覆冰灾害的类型有两种：其一是绝缘子覆冰，覆冰种类多为雾淞和混合淞，积雪次之，雨淞较少。由于空气中有一定成分的导电介质，当覆冰汇集绝缘子表面和边沿桥接至导线与横担连接时，绝缘子泄漏距离缩短，绝缘下降，融冰时，绝缘子表面的局部电阻不同，此时便发生闪络，烧伤绝缘子及金具，导致线路跳闸；其二是导线覆冰，覆冰种类多为雾淞和混合淞，积雪次之，雨淞较少。覆冰形状多为椭圆形和翼形，当导线覆冰到一定程度，直径最大可达200～300mm，导线弛度大幅增加，若相邻档覆冰程度不同或档距相差较大时，绝缘子、金具便向覆冰严重侧或大档一侧严重倾斜，该侧导线弛度变化更大，使导线对跨越物距离不足或接近，从而造成线路接地跳闸。尤其是单杆斜三角形排列的导线在脱冰期，由于不同期脱冰，引起导线舞动，使排列在同一侧的上下相导线重复混线，造成线路重复跳闸。覆冰最为严重的是导线负载过重断线、杆塔受损，我局导线覆冰灾害主要发生在设计标准偏低的35kV线路上。

瓦隆线自投运以来，曾多次遭受覆冰灾害的洗礼。经过多年对覆冰现场的实地观测，覆冰型式主要为雾淞和混合淞，覆冰厚度在30mm左右。虽然设计中对覆冰厚度做了划分，但对重冰区线路的杆塔、导线、绝缘子选型不当，标准偏低，造成线路在运行中抵抗覆冰灾害的能力差。由于瓦隆线31＃～43＃段横跨六盘山，海拔2500米～2800米。每年秋冬、冬春季节交替时，常常因覆冰灾害造成线路跳闸。根据近年来对该区域覆冰情况的观察和对覆冰引起线路跳闸的原因分析，得出以下结论：一是该区域覆冰十分严重，覆冰厚度大于35mm；二是档距较大档内，导、地线严重覆冰后，导、地线驰度变化较大且驰度变化差异大，不同期脱冰时引起导地线跳跃舞动，容易造成中、边相导线与架空地线混线；三是档距过大，导线严重覆冰后，驰度急剧增大，造成对林区树木的跨越距离不足；四是直线塔导线悬挂方式采用I型单串，抑制导线纵、横向相对运动的能力差，相邻档不同期脱冰时，容易引起导线纵向窜动，横向摆动。

四、针对输电线路覆冰灾害所采取的防范措施

按照预防覆冰灾害“避”、“抗”、“改”、“防”、“融”的指导方针，对运行中的线路，我们有针对的采取“改”、“防”、“融”的综合技术措施，最大限度的减小覆冰灾害。

防覆冰闪络型复合绝缘子通过产品型式试验和模拟覆冰闪络试验以及两年多的现场挂网运行，证明了防覆冰型复合绝缘子设计思路正确，符合覆冰环境要求的电气和机械条件，并具有以下优点：伞裙平直无凹槽，表面光滑，憎水性强，不易浸润，表面不易结冰，伞裙边沿结冰速度也缓慢；由于加大了伞裙直径和大小伞裙有序间隔排列增大了爬电距离，因此其闪络电压相对较高；大伞裙间冰淞不易桥接，即使完全桥接但试验闪络电压高于运行中的相电压。

2004年12月，我们在110kV南彭线42＃～45＃三基杆塔为试点，首次安装共9支防覆冰闪络型复合绝缘子，挂网运行近两年，经过两个冬春交替季节，多次覆冰的考验，处在迎风坡处的重覆冰区段线路绝缘子未发生绝缘子闪络故障。2006年至2007年，我们又在覆冰灾害严重的110kV南彭线、固将线安装防覆冰闪络型复合绝缘子600多支。对输电线路采取局部改造，提高线路抗覆冰灾害的能力，是预防覆冰灾害各项措施中最有效的措施。

1、 改变导线排列方式

我局处在重冰区的多条35kV线路由于设计时对覆冰气象条件考虑不足，设计标准偏低，砼杆多为“上”字型单杆，导线呈斜三角形排列，导线覆冰过重时易引起混线，或不同期脱冰时引起导线舞动造成反复混线，为了解决“上”字型单杆覆冰混线问题，我们以安全为本，认真分析计算，从杆塔横担结构着手，以每基不足千元的改造成本将处在重冰区的35kV王草线、西新线部分“上”字型单杆横担进行改造，使导线排列方式由原来的斜三角形改变为正三角形。通过近两年的运行情况来看，这一措施能有效遏制覆冰混线，成功解决了斜三角形排列导线混线问题。在改造横担困难的线路上我们将尝试采用加装相间间隔棒，缩短次档距的方法抑制导线覆冰混线问题，该措施计划在35kV北王线、110kV瓦隆线上试点实施。

2、 缩短档距增加杆塔

对重冰区较大档易发生导、地线混线、对跨越物接地问题，在有条件改变杆塔档距的情况下，适当增加杆塔，缩短档距，可以改变导、地线应力，转移覆冰荷载，有效控制导地线驰度变化，从而提高导、地线抗覆冰能力。这一措施需要投入的费用较大，改造停电时间较长，降低线路的可用系数。该措施我们已在35kV北王线、古新线部分区段实施。目前正在110kV瓦隆线42＃～43＃、36＃～37＃、32＃～33＃档采取增加杆塔的改造。

3、 改变直线杆塔I型绝缘子串的受力

处在重冰区线路的大部分直线杆塔导线悬挂采用I型单串方式，该悬挂方式抑制导线纵、横向相对运动的能力差，当导线严重覆冰后，相邻档不同期脱冰时，由于受不平衡张力作用，容易引起导线纵向窜动，横向摆动，引起电气距离超限变化，造成对横担放电接地或导线向上翻转。为了抑制导线纵向窜动和横向摆动，我们在导线悬挂点的反向用绝缘子串和拉线向塔身连接，给悬挂点增加一个反向预张力，当导线受不平衡张力时，会将不平衡张力分解到导线的上下悬挂点上，可以减小不平衡张力引起导线的相对位移。该措施实施简单便捷，投入小，我们已在35kV官寨线和110kV瓦隆线上实施，效果需在运行中进一步检验。

4、采用短路电流热融冰措施

（1）交流短路融冰

在防导地线覆冰灾害方面，由于受覆冰灾害所迫，我局干部职工群策群力，曾进行过许多大胆有益的尝试，也采取了许多有效而成功的措施。1991年初，35kV北王线连续覆冰多天，导线积覆硬雾淞直径达300mm左右，受灾线路达30公里，线路被迫停运，造成王洼煤矿停产，煤矿告急，且人工除冰无法进行，形势所迫，我局决定采取大电流融冰法除冰，经过分析计算，在当时测温、控制手段有限的条件下进行了低电压大电流融冰的大胆尝试，并一举成功，解了燃眉之急，使线路在短时间内恢复了运行。

2007年，我们又对北王线交流三相短路热融冰方案重新进行了优化，确定短路融冰距离为42km，短路电流312A，从110kV北郊变选择了一条10kV线路为融冰电源。根据理论计算和已有的短路电流热融冰经验，此方案对解决北王线严重覆冰被迫停运后，在较短时间恢复线路运行是可行的。

（2） 直流短路融冰

直流融冰技术也是利用热力融冰中的短路电流融冰方法，与传统的交流三相短路融冰方法相比，其电源采用直流电源，由系统中主变压器低压侧整流后得到，短路相数为二相。由于在等效电路中直流阻抗远小于交流阻抗，直流融冰技术对电源容量要求要低得多。直流融冰技术可调节直流输出电压，以适应不同截面导线和不同距离的线路融冰，不需采用交流融冰中的线路串接方法，可零起升压，减少对系统的冲击。此外，由于对系统的正常供电影响也远小于交流融冰方法。

直流融冰装置主回路由高压断路器、过压吸收保护、三相桥式整流电路、续流电路、直流过压保护以及平波电抗器组成。装置分为户内、户外和车载三种型式。融冰时将交流10kV接入融冰装置高压断路器，再将整流后的直流电源接入待融冰的两相短路线路中，通过控制回路，进行零起升压加载融冰。直流融冰技术目前还处于研究试验阶段，尚无成熟的融冰经验。2007年10月，我局已与西电公司签订了购置直流融冰装置的意向书，这一技术即将在我局输配电线路防覆冰灾害中会发挥重大的作用。

五、结束语：

虽然我局在输电线路防覆冰跳闸方面进行了积极的探索和尝试，并取得了一定的效果，但输电线路防覆冰技术的研究在全国也处于探索阶段，没有十分成熟的理论依据和典型经验，我们所采取的一些措施还需要实践检验，因此，我们必须积极开展线路覆冰分析和管理，不断积累各区的温度、风速和冰冻天气持续时间等影响覆冰产生和发展的各种因素情况，进行技术经济比较并结合已有的运行经验，确定线路出现覆冰的可能性，因地制宜采取有效措施，才能既经济又可靠地达到减轻覆冰灾害对线路的影响。