電力線路防冰雪災(zāi)害的設(shè)計(jì)策略探討

李 強(qiáng)

國(guó)網(wǎng)新疆電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院設(shè)計(jì)中心

電力線路防冰雪災(zāi)害的設(shè)計(jì)策略探討

李 強(qiáng)

國(guó)網(wǎng)新疆電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院設(shè)計(jì)中心

如今受全球氣候變暖的影響，各類氣象災(zāi)害頻繁發(fā)生，造成的損失和影響日趨嚴(yán)重，破壞程度強(qiáng)、影響范圍廣，應(yīng)對(duì)難度也趙來(lái)越大。電力系統(tǒng)在規(guī)劃設(shè)計(jì)及運(yùn)行中如何應(yīng)對(duì)電網(wǎng)覆冰帶來(lái)的危害，成為一項(xiàng)非常重要又極具現(xiàn)實(shí)意義的研究課題。為防范電力線路因冰雪災(zāi)害出現(xiàn)運(yùn)行故障，導(dǎo)致人民生產(chǎn)生活受到影響與損失情況的再次發(fā)生，這就需要做好電力線路防冰雪災(zāi)害工作，除冰不是解決冰雪災(zāi)害的根本，防冰雪災(zāi)害對(duì)電力線路的破壞才是重點(diǎn)。因此，有必要對(duì)電力線路防冰雪災(zāi)害設(shè)計(jì)策略展開研究，增強(qiáng)電力線路運(yùn)行能力，保護(hù)國(guó)家財(cái)產(chǎn)不受損失。

電力線路；冰雪災(zāi)害；預(yù)防措施

1 導(dǎo)致冰雪災(zāi)害形成的因素

1.1 極端氣候的影響

導(dǎo)致電力線路被冰雪覆蓋的主要原因之一是極端氣候的影響，典型事件是2008年在南方發(fā)生的冰凍事件，通過(guò)調(diào)查研究得知，是由于大氣環(huán)流異常致使冷暖氣流在長(zhǎng)江中下游不斷交錯(cuò)，出現(xiàn)了不間斷的雨雪天氣，部分中低海拔還出現(xiàn)了凍雨，降低空氣溫度發(fā)生凝凍，雨水在接觸到其他物體以后就立即結(jié)冰，加之受各種因素影響最終形成了冰雪災(zāi)害天氣。這次冰雪災(zāi)害影響范圍較大，涉及了全國(guó)17個(gè)省市，冷空氣持續(xù)了一個(gè)月左右，同時(shí)凝凍天氣的出現(xiàn)更是促使電力線路覆冰形成，在諸多致使電力線路覆冰的因素中，雨凇覆冰影響最嚴(yán)重，直接威脅到電網(wǎng)安全。

1.2 導(dǎo)線覆冰超出原設(shè)計(jì)范圍

導(dǎo)致電力線路發(fā)生冰雪災(zāi)害發(fā)生的因素還與導(dǎo)線覆冰厚度超出原設(shè)計(jì)邊界有一定關(guān)系，部分地區(qū)輸電線路的覆冰過(guò)于嚴(yán)重，致使桿塔倒桿﹑線路斷線，一些地區(qū)還出現(xiàn)了閃絡(luò)的情況。同時(shí)，由于導(dǎo)地線的縱向不平衡張力超過(guò)原塔的縱向設(shè)防強(qiáng)度，從而被順著線路的方向拉倒等情況。此外，覆冰過(guò)重還會(huì)導(dǎo)致荷載超過(guò)了絕緣子金具串承受能力而引發(fā)斷裂或損傷等情況。

2 輸電線路覆冰的主要類型

溫度較低的雨水如果落在溫度在零度以下的物體上就會(huì)結(jié)冰，輸電導(dǎo)線出現(xiàn)這種結(jié)冰現(xiàn)象就是導(dǎo)線覆冰。覆冰需要滿足以下條件才會(huì)形成：(1)溫度要在零度以下；(2)濕度RH%要大于85%，也就是空氣中有水分﹑水滴﹑水汽或者霧滴是可能結(jié)冰的；(3)空氣中水滴速度要大于lm/s，輸電線路的覆冰根據(jù)其對(duì)電網(wǎng)造成的傷害分為以下幾種類型。

2.1 雨淞

雨淞其實(shí)就是比較純粹并且透明的冰，硬度強(qiáng)，密度大于等于0.8～0.9g/cm3具有很強(qiáng)的粘附力。雨淞一般是由毛毛細(xì)雨或者是過(guò)冷卻雨降落在溫度低于凍結(jié)溫度的物體上形成的，一般都是-2～0℃，雨淞一般在低海拔地區(qū)形成。雨淞是導(dǎo)線上出現(xiàn)過(guò)冷卻水滴的凍結(jié)現(xiàn)象，有可能形成冰柱，結(jié)構(gòu)緊密，對(duì)輸電導(dǎo)線的危害是最大的。

2.2 混合淞

混合淞看起來(lái)像半透明冰或不透明冰，是由透明的冰層和不透明的冰層相互交錯(cuò)形成的，密度在0.6～0.8g/cm3。混合淞一般在低地形成，有雨滴的地面上的霧或者云中的冰晶更容易形成混合淞，氣溫在-5～0℃;在山地上當(dāng)風(fēng)速很高的時(shí)候云中的冰晶或者中等大小的水滴的地面上的霧也是可以形成混合淞的，氣溫一般在-10～-3℃。混合淞在天氣的周期性變化時(shí)，由霧淞和雨淞的連續(xù)凍結(jié)物形成的，硬度很高，粘附力非常強(qiáng)。對(duì)輸電線路的危害僅僅比雨淞造成的危害低。

2.3 霧淞

霧淞的溫度一般在-13～-7℃之間，產(chǎn)生于風(fēng)速中等的山區(qū)傳來(lái)的云層中的富含水滴的霧或者冰晶，其物理性狀是白色﹑呈雪粒狀的較為堅(jiān)固的輕質(zhì)結(jié)晶，具有很弱的粘附力，密度一般在0.3～0.6g/ cm3之間。

2.4 雪

在低地時(shí)，雪一般為干雪，具有粘附力弱以及密度低的特點(diǎn)。在丘陵地帶時(shí)，雪一般為凝結(jié)雪﹑霧或者雨夾雪的形式，具有密度大(其密度一般為0.1～0.3g/cm3)的特點(diǎn)，若物體上粘附有雪時(shí)，多次融化以及凝結(jié)之后產(chǎn)生的冰雪混合物的密度很高，且體積也很大。

2.5 霜淞

霜淞一般產(chǎn)生于溫度在-10℃以下的平靜且寒冷的天氣中，是由水汽直接凝華而產(chǎn)生的，其物理性狀是白色，不規(guī)則針狀的輕脆結(jié)晶，密度一般為0.05～0.3g/cm3霜淞的粘附力一般較弱。

3 冰雪災(zāi)害給電力輸電線路造成的損害

首先，存在于輸電線路上的冰塊容易被風(fēng)吹動(dòng)，由于輸電線路上的冰塊并不能均勻的分布，形狀也各部相同，如果風(fēng)向站位正好與冰塊角度一致，輸電電路就會(huì)被風(fēng)吹動(dòng)。其次，冰塊引起閃絡(luò)。覆蓋在輸電線路閃的冰塊很容易引起閃絡(luò)，雖然不會(huì)破壞輸電線路，但卻會(huì)給輸電線路絕緣子帶來(lái)較大負(fù)面影響，弱化其絕緣性能。同時(shí)，閃絡(luò)發(fā)生以后，并沒有起到消除冰塊的作用，輸電線路的重量也沒有減輕。再者，導(dǎo)線在接地以后發(fā)生短路。由于冰塊過(guò)重，導(dǎo)線因承受不了重量勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)弧度不斷增大的情況，達(dá)到一定彎度以后線路就會(huì)與地面相接觸，進(jìn)而造成短路。最后，輸電線路結(jié)構(gòu)被損壞。盡管輸電線路自身有一定張力，然而，在被冰塊覆蓋以后，線路張力會(huì)不斷增加，加之輸電線路原本缺乏平衡性，在達(dá)到一定距離以后，張力也會(huì)對(duì)達(dá)到極限，如果沒有及時(shí)調(diào)整桿塔，便會(huì)出現(xiàn)輸電線路崩斷的情況，更會(huì)因沖擊荷載致使電桿倒地甚至發(fā)生連鎖反應(yīng)，嚴(yán)重的導(dǎo)致整個(gè)輸電線路倒桿。

4 電力線路防冰雪災(zāi)害設(shè)計(jì)策略探究

4.1 防止輸電線路覆冰技術(shù)的應(yīng)用

為防止輸電線路覆冰過(guò)重，導(dǎo)致大面積停電，電力企業(yè)還需要將防覆冰技術(shù)應(yīng)用其中，如熱力融冰﹑短路融冰以及過(guò)電流融冰。同時(shí)，電力企業(yè)也要做好直接融化冰雪的設(shè)備，這樣不僅可以將冰雪直接去除，還可以減少除冰雪設(shè)備對(duì)輸電線路自身的威脅，利用這樣的技術(shù)也可以大大提升輸電線路安全性。

4.2 優(yōu)化輸電線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

如今我國(guó)大部分輸電線路都可以很好的應(yīng)對(duì)各種天氣，唯一美中不足的就是對(duì)抗暴風(fēng)雪的沖擊中還存在一些缺陷，特別是南方地區(qū)的輸電線路，面對(duì)異常冰雪天氣依然會(huì)出現(xiàn)線路損毀的情況，因此，這就需要優(yōu)化輸電線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，不斷提升輸電材料性能，增加輸電線路抗擊風(fēng)雪的能力。同時(shí)，在設(shè)計(jì)輸電電力的過(guò)程中，還要做好抗擊冰雪天氣的防護(hù)工作，建立健全抵御冰雪災(zāi)害天氣的標(biāo)準(zhǔn)，做好電網(wǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與改革工作，結(jié)合以往電網(wǎng)線路在冰雪天氣中所出現(xiàn)的問題，做好輸電線路覆冰總結(jié)，適當(dāng)調(diào)整電力的覆冰能力，保證輸電線路能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

4.3 設(shè)計(jì)好輸電線路走向

一旦出現(xiàn)冰雪災(zāi)害天氣就會(huì)出現(xiàn)輸電線路覆冰，而覆冰形狀的與風(fēng)向有直接關(guān)系，不同的覆冰形狀也會(huì)給輸電線路帶來(lái)不同程度的損害，如果沒有風(fēng)，那么冰塊分布也將更加均勻。所以，輸電線路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免在風(fēng)口處或山林上，這也是減少線路受損的有效措施。特別是在冬天，越高的位置風(fēng)力越大，氣溫也就越低，如果遇到雨雪天氣就會(huì)出現(xiàn)輸電線路覆冰，且厚度過(guò)大，所以，應(yīng)做好設(shè)計(jì)工作。對(duì)于南方地區(qū)來(lái)說(shuō)，盡管雨雪天氣相對(duì)較少，相應(yīng)的防護(hù)措施也很少，因此，一定要加強(qiáng)防范，以便減少異常天氣突襲，導(dǎo)致線路故障。

結(jié)束語(yǔ)

如今人們對(duì)生活品質(zhì)要求的不斷提高，隨之對(duì)電能的需求也在增多，電力線路發(fā)生故障將帶給國(guó)家及個(gè)人不可估量的損失。目前我國(guó)的輸變電技術(shù)雖已達(dá)到了世界水平，但也要充分認(rèn)識(shí)到冰雪等自然災(zāi)害給電力線路造成的影響，針對(duì)這種情況，就需要做好電力線路防冰雪災(zāi)害的對(duì)策，結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況制定出出可行措施。從而保障輸配電線路安全﹑穩(wěn)定的運(yùn)行。

[1侯慧,李元晟,楊小玲,等.冰雪災(zāi)害下的電力系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估綜述[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2014,(3).

[2]趙東生，戴棟，鄧紅雷，李立浧，翟少磊，曹敏.交流輸電線路桿塔側(cè)的電勢(shì)能采集可行性研究[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2015，04：119～125.