论输电线路覆冰防护

来源:用户上传      作者: 罗思敏　邱　创

　　摘要：输电线路覆冰可导致杆塔倾斜或倒塌、断线、闪络等危害，严重影响电力系统的正常运行。要减小线路覆冰对输电线路的危害，首先应提高电网的规划设计质量。采用具有高强度、防冰雪等特点的新型导线和憎水性涂料可有效减少线路覆冰。易覆冰地区线路绝缘子串的合理安装可消除覆冰线路冰闪状况。大力发展除冰技术是防治覆冰的重要措施。
　　关键词：输电线路；覆冰；防护措施
　　中图分类号：TP212
　　文献标识码：A
　　文章编号：1672-3198(2009)08-0292-02
　　
　　1　引言
　　
　　2008年初的冰冻天气造成的线路覆冰给南方电网带来的灾难性后果至今仍让人揪心。以贵州电网为例，持续的低温、雨雪、冰冻天气影响，造成贵州电网500千伏网架基本瘫痪。最严重时，贵州电网分成五片分列运行，220千伏以下低压配电线路遭到严重损坏，累计停运500千伏线路13条、变电站5座，220千伏线路62条、变电站27座，110千伏线路268条、变电站165座。致使全省50个县市先后受到停电影响，贵阳市一度面临全部停止供电的威胁。停电还影响了湘黔电气化铁路等相关路段13座牵引变电站的正常运行，贵州停止向广东送电。这些灾难性的后果，无一不突显出线路覆冰防护的重要性，以下是防止线路覆冰的几种措施。
　　
　　2　合理规划设计输电网
　　
　　冷的雨滴降落到了温度低于冰点(0℃)的物体上就形成雨凇。如果是凝结在电线上，就使电线覆冰，这就是电线覆冰。如果一个范围内的所有电线都被冰包住，这就是线路覆冰。我国西北、东北地区线路和杆塔上也有覆冰，但由于气候干燥，导致这些覆冰密度较小，被成为雾凇，对杆塔和线路不会造成太大影响。而在湖北、湖南、贵州等地恰恰具备形成雨凇的条件，由于气温低、湿度大，冻雨滴落到线路上后立即凝结，形成雨凇，导致线路覆冰。
　　在电网规划设计阶段要进行广泛的调查研究，搞清楚电网经过区域历史上出现过的覆冰灾害状况。对于南方地区，应尽量避开高山风口、林区等严重覆冰地段，无法避开覆冰区的线路采取增加杆塔强度、缩小当距、增大塔窗尺寸、使用防冰特殊导线、加防冰涂料等预防性措施。除此之，外还应确定正确的抗御覆冰灾害的标准。国家电网公司2008年3月1日宣布，将调整电网设计、建设的企业标准，以提高电网大范围抗冰能力。根据国家电网公司公布的相关调整方案：35～330千伏电网设防标准由15年一遇提高到30年一遇，500千伏电网设防标准由30年一遇提高到50年一遇，750千伏电网设防标准为50年一遇，正在建设特高压工程设防标准为100年一遇。
　　
　　3　采用新型导线和憎水性涂料
　　
　　如JRLX／T复合芯软铝导线(美国名ACCC导线)，其结构为芯线由碳纤维为中心层和玻璃包覆制成的单根芯棒，以此替代常规钢芯铝绞线钢芯，外层与邻外层铝线股为梯形截面。这项用碳纤维材料开发的新型导线具有耐高温、大容量、低弧垂、低能耗、重量轻、寿命长等显著特点，它具有以下几个优点并由此将冰灾的危害降到最低。
　　(1)耐热性好，载流量是常规钢芯铝绞线两倍。ACCC导线在200℃高温下能有效运行，而常规钢芯铝绞线的使用温度为100℃。因此，特别是在大雪灾发生时，通过提高输电线的载流量，将导线的工作温度提高至200℃，及时融化输电线上覆盖的冰雪，能最大限度保护输电线免受冰雪的影响。
　　(2)强度大。普通钢丝的抗拉强度为1240Mpa－1410Mpa,而ACCC导线的碳纤维混合固化芯棒，是前者的两倍。因此，当输电线上覆冰后，能承受普通导线两倍的重量，大大增加了导线的载重量。
　　(3)低弧垂，降低z倍以上垂度。ACCC导线与普通导线相比具有显著的低弛度特性，在高温条件下弧垂不到钢芯铝绞线的1／2，能有效减少架空线的绝缘空间走廊，提高了导线运行的安全性和可靠性。
　　(4)重量轻10％－20％。碳纤维复合芯导线的比重约为钢的1／4，在相同的外径下，ACCC的铝截面积为普通导线的1.29倍。ACCC导线单位长度重量比常规ACSR导线轻10％－20％，显示了ACCC导线重量轻的优点。自身重量的减轻，更增加其在冰雪中的承载能力。
　　利用憎水性涂料可以达到防覆冰的目的，虽不能保证可靠除冰，也不能保证完全阻止冰的形成，但无需借助外界能量，有利于限制冰灾的发生。水易与氢粘合，这是冰构造的基础，故水和冰能够吸入具有氢结构成分(即氧原子)的衬底，冰附着力低的表面应是无氧原子的，或更具惰性的原子或原子团将氧原子隔开。以碳氢化合物和碳氟化合物为例，他们都具有低吸水性和低冰附着能力，把这些憎水性化合物涂于输电导线、杆塔、绝缘子等上面，降低冰与衬垫表面的附着力，虽不能完全防止冰的形成，但可使冻雨和雪等冻结或粘结到导线或绝缘子上之前就可以在自然力，如风或导线及绝缘子的摆动等力的作用下自然滑落，或者使冰或雪在导线和绝缘子上的附着力明显降低，达到防止覆冰、减小线路因覆冰出现事故的目的。与此同时，在特定条件下，这种方法还能有效阻止绝缘子之间的污秽闪络，使用憎水性涂料可谓一举两得。
　　
　　4　合理安装绝缘子消除冰闪
　　
　　(1)悬式绝缘子增加大盘径伞裙。
　　大盘径伞裙可有效阻隔融冰水形成的水帘闪络通道，较好的起到防止绝缘子串冰闪的功效。具体来讲，增加大盘径伞裙有以下几种方法：大盘径绝缘子隔断，即在悬式瓷绝缘子上中下部位备更换一片大盘径绝缘子以隔断冰凌桥接通道；特制合成绝缘子，即定做上中下部位各有一片大伞裙的合成绝缘子；合成绝缘子加大盘径绝缘子，即在原来运行的合成绝缘予上方加一片大伞裙瓷绝缘子；粘贴大伞裙或绝缘板，即将合成绝缘子与特制大伞裙或绝缘板通过粘合等方法固定为一体。
　　
　　(2)悬垂绝缘子串斜挂。
　　绝缘子串水平悬挂、V型悬挂或倒V型悬挂均可提高覆冰绝缘子串冰闪电压，而对直线杆塔来说，悬垂绝缘子串改水平或V型悬挂比较困难，而改为倒V型悬挂工作量也比较大，而“架空送电运行规程”规定直线杆塔的绝缘子串顺线路方向的偏角不得大于7.5°，这是从直线杆塔两侧的导线档距内的受力平衡来考虑的。如果考虑了两侧的平衡，有意识的将顺线路方向的绝缘子串偏斜角加大，也可以改善覆冰绝缘子的冰闪电压。
　　
　　5　大力发展除冰技术
　　
　　目前，国内外除冰法有30多种，大致可分为热力除冰法、机械除冰法和自然脱冰发三类。
　　
　　(1)热力融冰法。
　　热力融冰法中以短路电流法和带负荷融冰法较为常见。短路电流法是通过加低电压提供较大的短路电流。从而加热导线，使覆冰融化。负荷融冰法是通过改变潮流的分配，加大目标线路上的负荷电流，使导线表面温度达冰点以上，从而落在导体表面的雨雪便不会结冰。这两种方法均运用了焦耳效应，且被运用于实际，具有较好的效果，另外两种方法――电阻丝伴随加热和铁磁线则应用较少。
　　
　　(2)机械除冰法。
　　机械除冰法即利用各种机械动力使冰产生应力破坏从导线上脱落。滑轮辗压铲刮法是利用滑轮在线路上的辗压作用破坏冰应力结构，它是目前唯一可行的输电线路除冰的机械方法。滑轮铲刮法的优点是不需特别的设备和专家、能耗小、操作简便、实用性强及价格低廉，缺点是费时、安全性不完善及受地形限制。具统计，要对1公里线路进行滚压除冰需1至2个小时。另外还有一些方法如ad hoe法、强力振动法等很少使用。
　　
　　(3)自然脱冰法。
　　自然脱冰法是不需要外界供给能量而靠自然力除冰防冰的方法。如可在导线上安装阻雪环、平衡锤使导线上的覆冰达到一定厚度后，依靠风力、地球引力、辐射及温度突变等作用自行脱落。经实践表明，规则间隔环与防冰重球有较好的除冰效果。
　　
　　(4)其他方法。
　　除上述方法外，电子冻结、电晕放电和碰撞前颗粒冻结、加热、用高频波激励在60kHz到100kHz范围内融冰等方法正处于国内外研究之中。其中高频激励法是发展叫快的一种。
　　针对不同地区和实际情况，我们应选取适当的除冰措施来除去线路覆冰，与此同时，更应大力发展除冰新技术，保障电力系统正常运行。

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