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常见输电线路覆冰类型及防控措施分析

2020年05月04日 点击:
   【摘 要】本文就覆冰形成的原因及类型作简要介绍,并对其危害进行深入剖析,在此基础上将应对输电线路覆冰的技术措施进行了分析,供专业人员参考。

【关键词】输电线路覆冰抗冰措施

 前 言
在现代化社会高速发展的今天,随着电力需求的不断上升和增加,输电线路中的故障问题也越来越复杂,越来越明显。就一般情况而言,在工程项目中需要针对各种常见问题和隐患进行全面的分析和总结,使得这些现象能够得到及时有效的预防和处理,进而为社会发展做出应有的贡献。由于天气的影响而造成输电线路冰闪跳闸现象、导线舞动和线路中断的事故不断涌现,不但造成了严重的输电设备损坏,更是影响了区域经济的正常发展。因此在目前的输电线路管理工作中,做好冰害事故管理和预防已成为一项不容忽视的工作流程,是提高电网抗击自然灾害能力中不可忽视的一环。
 
一、覆冰的形成
覆冰是一种物理现象,是由多种气象因素综合决定的,其中包括气温、湿度、空气流速以及大气环流等。当气温在冰点以下时,雪或雨等水性物质与输电线表面接触产生冻结并层层裹覆,此时覆冰现象就产生了。
 
1、五种覆冰类型 
白霜——当气温处于冰点以下且湿度较高时,空气中的水分与低温物体接触,粘着在其表面即形成白霜。一般来说白霜不会对输电线路的安全构成威胁,这主要是因为这种覆冰与输电线的粘连强度不高,低幅度的振动就可使其脱离线路表面。
湿雪——当空气湿度较低时雪花不容易与输电线表面粘着,但如果空气湿度较高,雪花飘落过程中聚结了未形成晶体的水分,就很容易附着在输电线表面,层层包裹形成积雪。即使出现积雪也不一定会出现覆雪危情,因为此种覆冰受风力强度影响较大,强风很容易就把积覆的雪吹散了。常发生覆雪危情的地方,往往是海拔不高风强较低的区域。 
雨凇——当气温在零度以下风力较强时,在海拔相对较低的区域,覆冰常常呈现高密度、强附着力、高透光性等特点,一般在冻雨期较常见但持续时间较短。随着时间的推移此种覆冰会向另一种覆冰类型混合凇发展,所以输电线覆冰为单一雨凇的情况较为罕见。
软雾凇——在高海拔山区气温极低的条件下,环境湿度较大,如果风力不强则会形成此种覆冰。其特征恰好与雨凇相反,呈现低密度、弱附着力、低透光性等特点。在初始阶段输电线的覆冰是不均匀的,之后线的失衡状态反而会使覆冰变得越来越均匀,最终的结果是对输电线路威胁不大。 
混合凇——当气温在冰点以下,湿度较高风力较强时,则会形成这种表征状态复杂的覆冰。在其形成的过程中,水分冻结有弱有强,透光性有时好有时差,但此种覆冰的附着力确实很强。混合凇的形成是一个复杂的结冰过程,密度较高,生长速度快,对输电线路的安全构成了严重威胁。 
综合以上五类覆冰种类,各类覆冰的威胁等级可以简单归纳为表的形式。
 

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1各类覆冰的威胁等级
很明显,混合淞类型的覆冰对输电线路的威胁是最高等级的,那么其形成过程到底是什么样的呢以下描述将回答这个问题。
每年冬春两季,气温在℃以下,5℃以上,风速在 15 m/s 条件下,如果出现大雾或者小雨,雨凇类覆冰将会出现在输电线上,此时如果天气转好气温回升,覆冰会缓慢消融,气温如持续回升将导致覆冰终止但气温如果在短时间内急剧下降,伴随降雨降雪的出现,雨凇表面会迅速裹覆形成厚实的冰层气温如果继续下降 10 ℃,刚刚形成的覆冰表面就会积覆雾凇类覆冰不同类型覆冰经过反复堆叠融合最终形成了混合淞。
 
二、冰害的防治措施
输电线路覆冰积雪严重威胁着架空线路的安全可靠运行,因此必须采取措施防治冰害事故的发生。具体防控措施分析总结如下:
 
1、设计避冰设计输电线路时,避开覆冰区
在选择线路路径时,认真进行覆冰调研,并进行技术经济比较,应尽量避开重冰区,沿起伏不大的地形走线;同时尽量避免横跨垭口、风道和通过湖泊、水库等容易覆冰的地带;翻越山岭时应避免大档距、大高差;沿山岭通过时,宜沿背风或向阳面走线。对于无法避开覆冰区的输电线路,设计时应充分考虑线路走廊的地形、气象等条件,保证足够的抗冰强度,以防止机械和电气事故。 
2、抗冰技术 
经调查,目前国家电网在应对输电线路冰灾主要从以下几个方面进行研发和提出相应措施,包括发热融冰、振动除冰、改进结构减冰和使用防冰材料。具体设想分述如下。 
1)发热融冰,使输电线本身发热,从而使冰融化。常用的方法有:采用直流电流融冰技术。利用直流电流在导线电阻中产生热量使覆冰融化,需要加装直流换流调压装置;采用交流短路电流融冰技术。主要是在低压线路上使用,用特设变压器或发电机供给与系统断开覆冰线路短路电流;增大负荷电流融冰。利用电阻发热进行融冰。对于绝缘的架空地线,可采用此法。在线路导线上通过高于正常运行电流值的电流。 
2)振动除冰。通过使输电线产生振动,实现除冰的目的。具体措施有:机械除冰。当线路覆薄冰时采用滑车式除冰器进行除冰;手工除冰。将线路停运,组织人员登杆,采用榔头进行敲击,线路覆冰迅速加厚而未达到设计值时,使导线振动以脱冰。 
3)改进结构减冰。通过导线的改进结构,使冰雪不容易附着在导线表面。可使用防积雪型架空导线或在导线上安装阻雪环、平衡锤。 
4)使用防冰材料。通过使用新型材料或是在导线上涂刷防覆冰材料来防止电缆结冰。
 
三、绝缘子的抗冰雪措施
根据冰灾情况统计表明,冰闪几率与绝缘子串型式密切相关,可采取以下防冰措施:加装大盘径绝缘子。在悬垂绝缘子串上端加装大盘径绝缘子,可以将横担上流下的冰水与绝缘子串本身的覆冰隔断,从而起到防冰的作用;绝缘子串插花。在瓷或玻璃悬垂绝缘子串上插花加装大盘径绝缘子,在复合绝缘子上插花增加大直径伞裙,通过这些大绝缘子片或大伞裙隔断融冰水,使其形成不连续短接的冰凌;使用型或倒型配置悬垂绝缘子。将悬垂绝缘子串型或倒型布置,使绝缘子串倾斜,不仅形不成连续的冰凌,而且能增加绝缘子串的自洁性能,具有良好的防冰效果。

四、其他融冰方法 
1、采用激光器除冰技术 
目前正在研究二氧化碳激光器除冰技术。利用CO2 激光在冰中的穿透长度很短,冰对它的吸收很强的原理融冰。此项技术颇具前景。
2、电脉冲除冰
采用电容器组向线圈放电由线圈产生强磁场在置于线圈附近的导电板上产生一个幅值高、持续时间短的机械力使冰破裂而脱落费用较高。目前已停止此项技术研究。在此次凝冻灾害中各地根据实际情况采用了手工除冰、增大负荷电流融冰、开断架空地线等方法。从实际除冰效果看手工除冰方式因作业面有限、作业人员有限、影响范围有限、登杆塔作业危险系数高等原因大部分地区只是在覆冰厚度处于设计值以内时采用而当覆冰厚度远远超过设计值并迅速加厚时则另行他法开断架空地线法是此次凝冰灾害中采用得比较多的冰害处置法它直接减轻了杆塔荷载,又消除了地线覆冰过重后地线弧垂下降严重对导线放电造成线路跳闸的隐患能使线路坚持供电一段时间,减少停电给人民群众生活带来的不便具有直接、明显的社会效益,但应用此冰害处置法时要注意对杆塔进行临时拉线补强以防张力不平衡而造成倒杆、倒塔。
 
结论 
冰害事故对电力线路的破坏是很大的,通过进行技术经济比较并结合已有的运行经验,综合采用以上的技术改造方案对重冰区、超重冰区的架空线路进行改造,可以提高线路抗覆冰灾害天气的能力,从而提高安全稳定运行的水平。
 
【参考文献】
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