基于灰色关联度的电力线路覆冰倒塔影响因素分析

张谦 仝琳 彭伟松

摘要：随着我国南方地区覆冰现象频发，对电能传输和配送造成严重影响，致使供电稳定性降低，对居民的正常生活和生命安全造成了严重威胁。为提高电力线路覆冰防御能力，本文以电力线路覆冰倒塔为研究对象，通过对电力线路覆冰特点进行分析，充分挖掘其潜在影响因素，并通过灰色关联分析选取关联度较高的影响因素，从而构建较为全面的影响因素指标体系。最后，本文提出电力线路覆冰风险防御有关对策建议，对提高电能传输稳定性、社会风险防控能力具有重要意义。

关键词：电力线路;覆冰;倒塔;灰色关联分析

0 引言

随着我国经济发展，电能几乎已渗透到生产、生活的各个领域。受气候、地形、海拔及水汽源等条件影响，我国中部、南部地区电力线路覆冰灾害愈发频繁，呈现不断加剧趋势[1]。电力线路覆冰容易造成倒塔、断线、冰闪、舞动等电力故障，引发大面积停电，严重影响电力系统稳定运行和可持续发展，不仅阻断当地居民采暖来源，危害身体健康，而且极易造成经济损失[2，3]。

本文通过深入分析电力线路特点及覆冰影响，以电力线路倒塔量为研究对象，深入剖析电力线路覆冰风险，选取18个潜在的影响因素。通过采用灰色关联分析（GRA）方法进行关联度分析，选定16个高度关联的影响因素，从而构建电力线路覆冰倒塔影响因素指标体系。

1 电力线路覆冰危害分析

近年来，自然灾害现象发生频繁，我国东部、南部地区电力线路工程覆冰现象严重，对电能的稳定供给埋下重大安全隐患[4，7]。主要危害包括：（1）倒塔。线路覆冰及铁塔覆冰形成巨大的负荷力，当荷载强度超过电力铁塔设计负重时，会导致铁塔倾斜、倒塌。（2）导线断裂。导线覆冰会增加导线的自重，使得导线发生下垂，在档距中间部分形成强大的重力拉力，加之剧烈舞动，导线会发生断裂。（3）设备机械损伤。导线的舞动会频繁震动金具、绝缘子串和线夹等材料、设备，使各衔接点发生松动，并破坏绝缘性，造成设备的机械损伤。（4）冰闪跳闸。覆冰会导致绝缘子串的爬距减小，从而减低冰体的电阻率，导致绝缘子耐压水平也降低，从而导致冰闪现象发生，引发大面积跳闸事故。

2 电力线路覆冰倒塔影响因素分析

覆冰对电力线路的破坏是综合多种因素产生的结果，本文通过吸收借鉴已有研究成果[8，13]，结合电力线路工程特点，提出了18个较为全面的电力线路覆冰倒塔影响因素。具体内容及含义如下表2-1所示。

3 影响因素关联性分析

3.1 选取样本数据

本文数据主要来源于南方电网公司2005-2019年电力覆冰抢修工程数据，从中选取35个样本案例进行影响因素关联性分析。 表示覆冰倒塔量， 表示18个影响因素。具体数据详见下表3-1。

由表3-2和图3-1可得，影响因素 - 的关联度均高于0.75，影响因素 - 的关联度低于0.73，因此，本文剔除了导线分裂数 和检修频率 ，选取关联度高于0.75的16个影响因素构建指标体系。

4 电力线路覆冰防御对策建议

（1）本文通过对电力线路覆冰特点进行剖析，结合16个影响因素特征，提出以下对策建议[14，15]：（1）通过合理划分冰区，使得电力线路尽量避开重冰区;适当减小覆冰严重区域线路档距。（2）增加直流（DC）融冰装置，减小同塔回数，以减少覆冰。（3）通过适当调节导线弧垂，调节覆冰量与覆冰重力在水平方向分解力的平衡关系，使得二者的综合作用最小[8，11]。（4）降低风向与导线的夹角，尽量避开因特殊地形造成的风口地域。

5 结论

为提升电力线路对覆冰的防御能力，确保电能稳定供应，本文基于覆冰形成特征及电力线路特点，通过GRA选取关联度高于0.75的16个影响因素，构建了电力线路覆冰倒塔的影响因素指标体系，有利于电力系统的稳定和可持续发展。

参考文献

[1] Makkonen L. Modeling power line icing in freezing precipitation[J]. Atmospheric Research，1998，46， 131-142.

[2] Kudzys A. Safety of power transmission line structures under wind and ice storms[J]. Engineering Structures， 2006， 28， 682-689.

[3] Liao， Y.F.; Duan，L.J. Study on estimation model of wire icing thickness in Hunan Province[J]. Transactions of Atmospheric Sciences 2010， 33， 395-400.

[4] 易永亮， 熊小伏， 徐望圣， 胡 江， 孟祥龙， 王 建， 王 伟. 一种计及地线影响的输电线路可靠性动态评估方法[J]. 电力系统保护与控制， 2017， 45（10）， 77-84.

[5] 孙羽， 王秀丽. 冰灾天气下架空线路倒塔断线风险评估[J].东北电力技术， 2013， 34（11）： 1-6.

[6] 韩军科， 杨靖波， 杨风利， 何洪波. 电网冰灾典型线路段覆冰倒塔分析[J].电网与清洁能源， 2010， 26（3）：37-41.

[7] 潘斌， 张勇军， 黄慧， 多因子电网冰灾风险评估建模[J].电网技术2012， 36（5）：102-106.

[8] 张星海，賈志杰，四川电网建设运维面临的挑战和解决措施[J].高电压技术，2016， 42（4）：1091-1099.

[9] Rice， W.L.; Cheng， A.; Noble， A.J.; Eng， E.T.; Kim， L.Y.; Carragher， B.; Potter， C.S. Routine determination of ice thickness of cryo-EM grids[J]. Journal of Structural Biology 2018， 204， 38-44.

[10] 王少华， 叶自强. 恶劣气候对浙江电阋输电线路的影响[J].中国电力， 2011， 44（2），：19-22.

[11] 吕锡锋， 何青. 高压输电线路电热融冰技术[J]. 中国电力. 2014， 47（1）：17-22.

[12] 卢志刚， 李丹， 吕雪姣， 赵号， 候小虎. 含分布式电源的冰灾下配电网多故障抢修策略[J]. 电工技术学报 2018， 33（2）：424-432.

[13] Zeng， X.J.; Luo， X.L.; Lu， J.Z.; Xiong， T.T.; Pan， H. A novel thickness detection method of ice covering on overhead transmission line[J]. Energy Procedia， 2012， 14， 1349-1354.

[14] Jones， K.; Eylander， J. Vertical variation of ice loads from freezing rain[J]. Cold Regions Science and Technology， 2017， 143， 126-136.

[15] 阳江华， 滕欢， 刘明， 朱椤方. 冰灾情况下电网连锁故障的预防控制[J].电力系统及其自动化学报， 2015， 27（5）：67-74.