输电线路大范围冰害事故分析及对策

于晓刚

摘 要：随着经济和各行各业的快速发展，电力行业发展也十分快速。自然环境中电力系统的安全运转与气候环境息息相关，随着天气变化，输电线路不断经受着日晒雨淋的侵害，其安全性能也会受到影响。

关键词：输电线路;防冰害;措施

【中图分类号】 TM752 【文献标识码】A 【文章编号】1674-3733（2020）18-0174-01

引言

冬季常常受到冰雪灾害的侵扰，覆冰舞动现象每年都有发生，造成的线路故障往往较为严重，所以对于架空输电线路的防冰害措施进行研究，具有重要的意义。本文从输电线路覆冰脱冰的危害、冰害故障的主要机理和线路上常用的防冰害措施等三个方面出发，对线路上的防冰害措施进行了分析，为输电线路防冰害工作提供参考。

1 输电线路冰害故障的主要机理

1.1 绝缘子覆冰故障

降雪、冰冻天气，绝缘子上覆冰之后，其绝缘水平降低，可能导致绝缘子闪络故障发生。此前，如果绝缘子受到了一定程度的污染，闪络电压将会进一步降低。同时绝缘子上的覆冰对于绝缘子伞裙的连续性附着，将会造成导线与铁塔的短接，造成跳闸故障。

1.2 覆冰舞动故障

输电线路的导地线附着积雪、覆冰的情况下，在微风特别是北风的作用下，发生跳舞的现象，就是导地线的舞动现象。当线路路径的走向与主导风向角度大的情况下，在不均匀脱冰的影响下，舞动现象会进一步加剧，处于特别地形的线路更容易受到舞动的负面影响。当导线与导线，或者导线与地线发生鞭击的情况下，舞动跳闸故障发生，多回路线路和多分裂导线线路受到舞动事故的概率相对更大。

1.3 脱冰故障。

导地线脱冰的瞬间，导地线受到反方向的力，导致导地线的弹性跳跃，在环境风的作用下，脱冰跳动可能幅动很大，而造成导线与导线、导线与地线的鞭击跳闸故障发生。受到线路路径、气象条件、地形条件的影响，导地线的覆冰往往都是不均匀覆冰，导地线的脱冰往往也都是不均匀脱冰。不均匀脱冰对于导地线张力、铁塔受到张力、整个耐张塔受到的张力的影响往往更大，具有力量和跳跃方向的不确定性，防范的难度更大，对于线路的危害也更大。

2 输电线路上常用的防冰害措施

2.1 机械除冰

早期的机械除冰技术源于人工钢刀铲刮，后发展为由操作人员遥控线路上的可移动装置，通过装置上的钢刀挂铲掉线路上的覆冰。这种除冰方式虽然能耗低，但对输电线路表面会造成损伤。随着机器人设计和应用的普及，高露等设计出高压线除冰机器人，通过铣削和敲打实现除冰，且可以自行避障，对输电线路造成的伤害更小。此外，在机翼除冰领域，Wang和Budinger等提出超声导波能在较低能耗的情况下实现对飞行器和风机叶片的除冰。Habibi等将超声导波和低频振动相结合，实现了风机叶片各部位的全面除冰。以同样的理论基础，吕锡锋证实了将超声波和耦合振动除冰运用在电网覆冰领域中的理论可行性，但缺乏实际试验验证。由于机械除冰和热力除冰的不同原理，而且冰和导线都存在不可忽略的热容，因此决定了机械除冰在能耗成本上远远低于热力除冰。

2.2 热力除冰法

热力除冰主要借助外力加热源和导线自身热量提高导线温度，以达到覆冰融化点，实现除冰。目前最为主要的是除冰、融冰方法就是电流融冰法、短路电流融冰法、直接电流融冰法。比如：利用自耦变压器可以更好地完成热力融冰，除此之外，还可以通过改造重冰区的线路的方式来完成融冰工作。以某220kV线路为例，在融冰冰点站内设置融冰自耦变压器，实现带负荷融冰。

2.3 从设计层面防冰害

路线、角度设计。对于覆冰、舞动的高发区，根据已有的覆冰、舞动高发区分布图，可以有意识地避开，选择其他线路走廊，以减少冰害的威胁。线路走线角度的设计，鉴于本地冬季以北风为主，应该与北风的角度尽量小，可以减少覆冰的危害。塔型、材料设计。采用加强型塔型设计，可以有效增强杆塔的防冰害水平，避免冰害故障发生。对于导地线的材料选材方面，可以运用国内外的新型防覆冰导地线型号，对于减少冰雪的附着能够起到良好的效果，但是工程造价将会上升。绝缘子的选材，也同样可以选取憎水憎冰型号的绝缘子，具有特殊涂层的导地线、绝缘子也可以减少冰雪的附着。孤立档设计。对于覆冰灾害高发区，在无法避开线路走廊的情况下，采用孤立档的设计方式，或者采用减少直线塔数量的设计方式，可以有效提高杆塔抗冰水平，同时使得故障抢修时间缩短。

2.4 憎水材料防冰

目前，电网中绝缘子的除冰装置在设计和安装上有许多局限性，所以当下比较常用的防冰手段是在绝缘子表面涂抹疏水性材料，而国内外学者也在不断地探寻合适的疏水防冰涂层材料，如铝合金基体超疏水材料、微纳米防冰表面材料等。清华大学的贾志东等还提出在绝缘子表面涂抹具有导电效果的室温硫化硅橡胶，该种橡胶可在冰雪条件下降低表面电阻，从而利用表面热效应减少绝缘子的覆冰量。但表面涂层的方法并不能完全消除覆冰，长时间的冰雪天气仍会在憎水性表面形成冰层，所以在极端恶劣的天气条件下憎水材料防冰的效果并不明顯。

2.5 自然被冻法

自然被冻法也是目前最为常见的一种方式，主要是借助风能和其他自然力量，让导线覆冰自然脱落，这种方法较为简单，而且成本较低。只需要在导线上安装平衡锤后者阻雪环即可。但是这种方式的缺陷也非常明显，最为直接就是自然被冻法会导致导线出现不同时期的脱冰，继而引发导线事故。

结语

输电线路防冰害是一个复杂的课题，主要应该以防范为主，在前期做好避开冰害区域的设计，在无法避开的情况下，做好杆塔的加固、补强、安装防冰装置等技术措施，最后才是在覆冰严重时期的除冰融冰措施。防冰害工作的开展，需要不断学习运用新技术、新方法，在冰雪时期，道路不畅，可积极寻求无人机、护线驿站、属地化供电所员工、广大人民群众的帮助，有助于快速发现故障点，并加以解决。

参考文献

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