浅谈500kV输电线路覆冰机理及防覆冰对策
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摘要：通过近年来输电线路常见的各类冰害事故，分析了各类覆冰的性质和形成条件，以及影响输电线路覆冰的各种因素。对比目前世界上输电线路专业较为常用的各种防冰、除冰方法，对防止输电线路冰害事故的发生，从设计和运行维护阶段提出了解决措施。
中图分类号：TV734文献标识码： A
引言：我国是世界上输电线路严重覆冰的地区之一，线路冰害事故发生的概率比世界上任何其他国家都高，2011年南方特大冰雪灾害引起的输电线路事故给电力系统的安全运行带来严重危害。分析输电线路覆冰特点、规律是防止冰害事故发生的前提，对重冰区超高压线路的设计、运行以及提高整个电力系统的安全可靠性具有重要的实际意义和指导作用。
1.输电线路覆冰事故类型
1.1根据电力系统运行、维护、设计及科研的要求，导线有覆冰和积雪两种情况。而导线覆冰可分为四类，即白霜、雾凇、混合凇和雨凇；积雪可分为两类，即干雪和湿雪。
1.2线路覆冰的过荷载事故
1.2.1导线和地线：有从压接管内抽出的，或外层铝股全断、钢芯抽出的事故，也有整根拉断或耐张线夹或悬垂线夹出口处附近导线外层断若干股的事故。
1.2.2电气间隙：有因弧垂增大，导线对地间距减小而造成闪络的事故，也有因地线弧垂增大，风吹摆动造成与导线相碰、烧伤及烧断导地线的事故。
1.2.3杆塔结构：有因断导线和地线，使直线杆头顺线方向折断的事故，或因导地线不对称布置，在垂直线路方向将塔头折断的事故；也有断边导线、耐张双杆的两根杆身在不同方向扭断，或因断导线引起拉线或拉线金具破坏而后顺线倒杆的事故；
1.3不均匀覆冰或不同期脱冰事故
1.3.1导线和地线：相邻档不均匀覆冰或不同期脱冰都会造成张力差，使导地线在线夹滑动，严重时将使导线外层铝股在线夹出口处全断、钢芯抽动，造成线夹另一侧的铝股拥挤在线夹附近，悬垂线夹和耐张线夹都会有这种情况发生。
1.3.2绝缘子损坏：因邻档张力不同，直线杆塔承受张力差，使悬垂绝缘子串偏移很大，碰撞横担，造成绝缘子损伤或破裂。
1.3.3电气间隙：张力差会使横担转动，导线碰撞拉线，使拉线烧断造成倒杆；或因三相融冰时，中相未融，而边相先融，造成导线不同步摆动，边相碰撞。
1.4绝缘子串冰闪事故
绝缘子覆冰或被冰凌桥接后，绝缘强度下降，泄露距离缩短。融冰时，绝缘子局部表面电阻降低，形成闪络事故。闪络发展过程中持续电弧烧伤绝缘子，引起绝缘子绝缘强度降低。
2.输电线路覆冰影响因素
2.1气象因素
影响导线覆冰的气象因素主要有四种，即空气温度、风速风向、空气中或云中过冷却水滴直径、空气中液态水含量。这四种因素的不同组合确定了导线覆冰类型。
2.2季节因素
输电线路导线覆冰主要发生在前一年11月至次年3月之间，尤其在入冬和倒春寒时覆冰发生概率最高。1月和12月份几乎是所有重覆冰地区平均气温最低的月份，但相对湿度较小，线路覆冰相对于11月及2月、3月份较轻。因此，在11月份、2月底和3月初，由于湿度较高，虽然平均湿度相对1月和12月较高，但导线覆冰较1月份更为严重。
2.3地理条件因素
导线覆冰的轻重还取决于山脉走向、坡向与分水岭、台地、风口、江湖水体等因素。在山区导线覆冰受地形及地理的影响更为严重，通过大量实例说明：山脉走向与坡向对导线覆冰的影响。东西走向山脉的迎风坡在冬季覆冰较背风坡严重；分水岭、风口处线路覆冰较其他地形严重。
2.4江湖水体因素
江湖水体对导线覆冰影响也十分明显。水汽充足时，导线覆冰严重；附近无水源时，导线覆冰较轻。四川是典型的水系丰富地区，导线覆冰受水体的影响也十分明显。
2.5海拔高度因素
就一个条件相同的地区来说，一般海拔高程越愈高，愈易覆冰，覆冰也愈厚，且多为雾凇；海拔高程较低处，其冰厚虽较薄，但多为雨凇或混合冻结。每一个地区都有一个起始结冰的海拔高程，即凝结高度。我国导线覆冰受海拔高度的影响较为明显，表1给出南北向布置的导线覆冰厚度和直径与海拔高度的关系。由表1可知，鄂西恩施的观冰站观测到典型积冰径向尺寸为155mm，该观冰站海拔高度1820m，这是鄂西山区覆冰的普遍特点。三峡地区巫山县西北15km处海拔高度800～1100m的骡平大风口，半径1.5km范围内导线覆冰厚度超过35mm，海拔500m以下地区覆冰厚度不到25mm。
表1部分观冰站积冰厚度与海拔高度的关系
2.6林带因素
林带会削弱风速，使过冷却水滴输送率减小，从而减轻了导线覆冰。林带的防护效能与林木种类、密度、高度和面积有关。导线在林带近傍防护效能最为显著，林带对覆冰的防护效应可延伸到林带外林高的30倍处。
2.7线路走向因素
导线覆冰与线路走向有关，东西走向的导线覆冰普遍较南北走向的导线覆冰严重。冬季覆冰天气大多为北风或西北风，导线为南北走向时，风向与导线轴线基本平行，单位时间与单位面积内输送到导线上的水滴及雾粒较东西走向的导线少得多。导线为东西走向时，风与导线约成90°的夹角，从而使导线覆冰最为严重。导线覆冰与风向几乎成正弦关系。因此，在严重覆冰地段选择线路走廊时，应尽量避免导线呈东西走向。
2.8导线悬挂高度因素
导线悬挂越高，覆冰越严重，因为空气中液水含量随高度的增加而升高。风速越大、液水含量越高，单位时间内向导线输送的水滴越多，覆冰也越严重。因此，覆冰随导线悬挂高度的升高而增加，如图2所示。
3.输电线路防覆冰技术和方法
3.1热力防冰、除冰方法。
3.1.1热力防冰：在覆冰季节对可能覆冰的物体，利用附加热源或其自身热源加热的措施使其温度始终维持在冰点以上，从而达到防止物体不覆冰的目的。热力防冰方法目前只有铁磁材料防冰技术可应用于输电线路。其原理是利用具有低居里温度点的铁磁合金制作各种满足防冰要求的防冰器并安装在严重覆冰线段的防冰技术。目前工程中已采用的主要有低居里热敏防冰套筒和低居里磁热线，这两种器件均由两部分组成，即磁芯和覆层。
3.1.2热力除冰：目前，利用热力方法达到输电线路除冰目的的主要有3种措施，即阻性线、过电流和短路电流。阻性线除冰方法是在覆冰导线上缠绕发热电阻丝，并通过安装于导线上的互感器为电阻丝提高发热电源，使导线上的覆冰熔化或脱落。过电流和短路电流熔冰这两种技术是在线路导线或地线上通以高于正常电流密度的传输电流，获得焦耳热达到熔冰目的。但这两种方法需要改变设备电压，可能造成系统频率扰动、母线电压谐波不对称以及无覆冰线段导线过热。
3.2机械除冰方法
3.2.1“ad hoc”方法：其实是除冰方法的一类，分为多种形式，从利用起重机、绝缘作业工具车或采取带电直接作业方式，在冰可卸时采用手工除冰到冰很难卸脱时采用直升飞机或猎枪等，由线路操作者在现场处理，处理方法千变万化，故这种技术只是权宜之计，既不安全，又不十分有效，因此不推荐使用。
3.2.2强力振动法：通过外部振动器使覆冰输电线路的导线和拉线振动除冰技术，由于要求外加振动源并且振动会加速线缆疲劳，因而难以在实际工程中采用。
3.2.3滑轮铲刮法：是一种由地面操作人员拉动一可在线路上行走的滑轮达到铲刮导线上覆冰的方法。这种方法是目前唯一可行的输电线路除冰的机械方法。
3.3被动防冰方法
利用风、地球引力、随机散射和温度变化等自然条件脱冰的方法称为被动除冰方法。被动除冰方法虽不能保证可靠除冰，但无需附加能量。被动除冰防冰技术不能阻止冰的形成，但有助于限制冰灾。
4．结语
防止输电线路冰害事故的最重要方法是在设计阶段采取有效措施，对重冰区输电线路采取加强抗冰设计的措施，往往比熔冰、防冰以及其他后期措施更为合理和有效。特别注意分析沿线是否存在微气象覆冰地段。当线路通过重覆冰区成为不可避免时，应力求“避重就轻”，线路宜沿起伏不大的地形走线，选取云雾不连续地段，达到减少覆冰概率和减轻覆冰程度的目的。
参考文献:
[1]贵州省电力工业局，贵州省气象可研所编著.覆冰文集.贵州电力技术，1992
[2]云南省电力设计院，云南省气象科技研究所编著，云南省高海拔地区电线覆冰问题研究，云南：云南科技出版社，1993