丽水电网输电线路覆冰故障分析

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【摘要】丽水电网历史上没有记载严重的冰害事故，自2006年以来，灾害性天气频发，部分输电线路覆冰故障大幅上升，成为影响电网安全运行的重要因素。随着丽水电网的建设，输配电线路覆冰问题将更加突出。本文为认真剖析覆冰故障的深层次原因，为输配电线路规划设计、施工建设、运行维护和技改大修提供依据。

【关键词】10KV配网；故障分析；防范措施

引言

覆冰是一种分布广泛的自然现象，尤其雾凇是一种美丽的自然景观。但对于输电线路，严重的覆冰则有可能导致故障，甚至会引发大面积停电等灾难性事故。自20世纪50年代开始，加拿大、美国等覆冰严重的国家相继对输电线路覆冰进行了观测和研究。我国也是世界上覆冰严重的国家之一，长期以来，输配电线路工作者一直为解决覆冰问题进行不懈的探索，并获得了许多重要的工作成果。1976年，在全国首次重冰线路设计运行经验交流会议上，提出了“避、抗、熔、改、防”五字方针，成为输电线路抗冰的主要技术原则。

一、覆冰的主要特征

覆冰是一种分布广泛的自然现象，尤其雾凇是一种美丽的自然景观，给人以美的享受。然而，对于电力系统，覆冰则是自然灾害。

1.1覆冰产生的基本条件

根据气象观测和输电线路运行经验，一般在入冬或初春季节，当气温在-5～0℃之间，风速在1～15m/s时，如遇浓雾、降雨等情况，空气湿度超过85%，将在导线表面产生以雨凇为主的覆冰。如果气温持续降低，则在雨凇外部继续产生混合凇，温度下降至-15～-8℃时，其余气象参数不发生变化，还会继续生长雾凇。

归纳起来，产生导线覆冰的必要条件主要有：导线温度低于0℃以下、空气湿度大于85%，横线路风速大于1m/s。虽然这些条件相对来讲也较为苛刻，但在冷热气流交汇区域和一些微地形微气象区域，覆冰现象却较为普遍。如：每年的冬季及初春季节，我国西北方南下的干冷气流和东南方北上的暖湿气流在我国东北部、中部相汇，形成一条南起湖南、贵州，北至辽宁、吉林的“覆冰带”。

1.2覆冰的分类

覆冰按照表观特性可分为雨凇、雾凇、混合凇和雪凇。

1.2.1雨凇

粒径较大的过冷却水滴，碰撞在物体上，先散开成水膜然后冻结成冰凌，呈湿增长方式。冰体透明坚固，比重大，一般为0.7～0.9g/cm3，粘附力强，常伴有冰柱。

1.2.2雾凇又称软雾凇

粒径较小的过冷却水滴，随气流浮动，在碰击物体瞬间即冻结成冰凌，呈干增长方式。冰体白色疏松，比重小，一般为0.1～0.3g/cm3之间，粘附力较弱，通常在物体的迎风面冻结。

1.2.3混合凇又称硬雾凇

当不同粒径的过冷却水滴，随气流浮动，在碰撞物体瞬间，部份呈干增长，部份呈湿增长。冰体呈半透明状，比重中等，一般为0.2～0.6g/cm3之间，常在物体迎风面冻结，粘附力较强。

1.2.4雪凇又称湿雪

冻结的雪片，在降落过程中，通过一段温暖层后，雪片趋于潮湿、融化，然后冻结在物体上，冰体呈白色堆积状，比重偏小且粘附力差，一般为0.2～0.4g/cm3之间。在导线振动或风吹下很容易脱落，一般只会在融雪时造成绝缘子串闪络，因此对线路安全运行威胁不大。

1.3覆冰的主要影响因素

电线覆冰与天气条件、地形因素、线路特性等三者密切相关。我国现有气象台站，大都位于城镇附近，即使处在同一凝冻天气条件下，由于地形因素和线路特性不同，所观测到的冰凌数值往往偏小，不能代表线路覆冰的实际情况。根据资料进行统计分析，发现现场电线覆冰比台站测定覆冰厚度大1.5～2.4倍，当大冰凌年时，两者数值差异还会继续扩大。

线路覆冰既受大范围的天气形势和凝冻条件控制，又与线路实际所处现场位置、高程、周围地形、地物、覆冰期的风速、风向、水汽供给等地形因素以及线路本身架设高度、导（地）线性能等特性密切相关。如：地线的悬挂高度高于导线，地线直径通常小于导线，这些特征决定了在同一覆冰天气条件下，地线结冰的厚度要大于导线。这在国内多次覆冰及冰害事故中已得到证实。

根据运行经验，山脉的走向与坡向不同，覆冰有很大差异，一般迎风坡及开阔地区覆冰重，背风坡及闭塞地区覆冰轻；山体部位不同，覆冰也有明显差异，一般山顶、分水岭、垭口、风道等地覆冰重，山脚、山腰、山凹等地覆冰轻；靠近江湖水体，水气充足，覆冰较重，远离水体，空气干燥，覆冰较轻。在山区线路中，无论是无冰、轻冰、中冰区或重冰区，都会遇到“微地形”问题。如湖南110kV拓湘线219～220号横跨垭口，1964年2月覆冰时，处于垭口风道中的导线上冰凌荷载达115N/m，而两侧的导线上仅有薄冰。1977年2月，湖南郴州欧盐线观冰站主站测得冰凌重72.0N/m，背风坡分站同期测得冰重仅11.0N/m，差值达6.5倍。

二、丽水电网覆冰主要特征

丽水地域广阔，多处山区，各种自然气候几乎囊括，各地区发生覆冰的规律也不相一致。

2.1覆冰主要事故类型

输配电线路覆冰事故一般可分为四类：①过荷载事故，即线路实际覆冰超过设计抗冰厚度，亦即线路覆冰质量增加、覆冰后风压面积增加，从而导致电气和结构方面的事故；②不均匀覆冰或不同期脱冰引起的电气和结构方面的事故；③绝缘子串覆冰过多或被冰凌桥接，引起绝缘子串电气性能降低；④覆冰引起的导线舞动事故。

2.1.1过荷载事故

导、地线覆冰后，其弧垂和张力增大，进而增大绝缘子串、金具、杆塔和基础的荷载。当发展到一定程度时，在电气方面，导线弧垂下降过大将导致对地或交叉跨越物间距不足发生放电，地线弧垂增大与导线安全净距不足发生放电，甚至烧断导地线事故；在结构方面，将会造成导、地线和金具断裂或损坏，杆塔受损甚至倒塌，基础下沉、倾斜甚至损坏，绝缘子串扭转、跳跃发生翻转、碰撞等。

2.1.2不均匀覆冰或不同期脱冰事故

相邻档不均匀覆冰或不同期脱冰都会产生张力差，使导地线受损、滑动，还会造成直线杆塔承受不平衡张力发生倾斜、受损，严重时还会发生倒杆塔事故。同时，不同期脱冰还会引起导、地线跳跃相互接近发生放电，导线跳跃引起耐张塔引流线与横担接近发生放电，悬垂绝缘子串偏移碰撞横担等。

2.1.3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，泄漏距离缩短。融冰时，绝缘子局部表面电阻降低，形成闪络事故。

2.1.4覆冰舞动

不均匀覆冰会使导线产生自激振荡和舞动，从而造成金具损坏、导线断股及杆塔倾斜或倒塌等现象。

三、国外覆冰事故研究

在世界范围内，覆冰对输电线路都极具破坏力，历史资料统计显示，因覆冰导致的恶性事故已超过千余起。世界上，最早有记录的输电线路覆冰事故出现于1932年。比较典型的有：1998年1月5～9日，加拿大魁北克电网遭受连续5天冻雨袭击，输电线路最大等值覆冰厚度达到75mm，导致10条735kV线路150基杆塔倒塌，116条各电压等级线路停运，使用水泥电杆的25kV配电网遭受毁灭性打击，造成魁北克40%用户供电中断，近1个月才全部恢复送电。

为减少和降低覆冰灾害损失，国外广泛应用交、直流融冰技术，并公认利用电流加热覆冰导线是目前能够最有效降低灾害损失的工程方法。这方面主要采取的主要方法有转移负载法、降压或全压短路法、高压直流短路法等。

四、国内覆冰事故研究

我国最早有记录的输电线路覆冰事故是1954年湖南电网冰灾事故，近50多年来，大面积冰害事故在全国各地时有发生，1968、1971年全国发生大面积冰灾事故，1976年原水电部规划设计院组织召开了全国第一次重冰线路设计及运行经验交流会，提出了“避、抗、融、防、改”五字方针，并组织西南院、云南和湖南省院等单位着手编制“重冰区架空送电线路设计技术规定”。1982年，为二滩电站的安全送出，西南院在四川大凉山黄茅埂地区建立了我国迄今最大的导线覆冰观测站，架设一段0.574km具有二、三、四分裂导线的试验性线路进行同步观测，连续观测18年，不仅为500kV高海拔、重冰区的二滩送出工程设计提供了可靠的基础资料，而且为我国超高压重冰区线路建设积累了实践经验，并为修编有关国家和行业规程提供了第一手资料。

但由于覆冰受气象、自然环境影响，随机性很大，一些内在规律还没有为我们充分掌握；同时，我国覆冰观测站点少，方法落后（原捷克斯洛伐克早在二战之前就采用输电导线等效模型进行覆冰观测），长期以邮电通讯线为主要服务对象（即使广泛采用地埋光缆后也没有改观），一般在距地2m高、档距1m的观冰架上设置4mm直径的铁线进行测量，不能满足输电线路的实际需要。

2005和2008年，华中、南方电网又发生大面积冰灾事故，尤其2008年1～2月，我国南方电网出现了持续较长时间的大范围雨雪冰冻天气，造成1252条110～500kV线路倒塔7377基、严重受损3092基，13888条10～35kV线路故障停运。其中，500kV线路倒塔957基，其中15mm及以下轻冰区占93.8%。以丽水松阳电网为例，2008年大面积冰灾事故造成松阳电网与主网失去联系脱网运行，累计造成35KV3条、10KV65条由于断线或倒杆而停役，影响我县乡镇9个，92基杆倒杆，共有143个台区，105个村停电，影响户数9099户。

为减少轻冰区事故，2008年修订设计规程时，将10mm

2008年以来，国家电网公司系统积极开展覆冰灾害防治工作，并取得了一系列成果。其中，在冰灾预防技术方面，已制定电网差异化设计标准、中重冰区架空送电线路设计技术规定，并开展了防覆冰涂料的研制工作；在冰灾处置技术方面，已制定雨雪冰冻灾害应急处置预案、人工除冰技术导则等，微气象自动监测站、覆冰观测预警系统、机械除冰装置、固定式和移动式直流融冰装置已投入现场运行。

在气象观测方面，国家气象局也做出了积极回应，在2008年全国两会上，国家气象局表示要使用真型导线进行覆冰观测，服务我国电网发展和安全运营。在此背景下，2010年1月，自治区气象局装备处联系我公司计划在现有气象观测站使用LGJ-400导线布设观冰架，但观冰架高度仍为2m，档距仍为1m，与实际输电线路还有较大差异。

五、防范措施

5.1建立覆冰观测网，各县局开展覆冰观测工作，电力设计院提供技术支持，在每年覆冰季节各各县局生产管理部门组织输电工区、配电工区、及供电所等部门和单位对10kV及以上线路开展覆冰取样工作，并依托当地气象部门完善本区域输电线路覆冰观测数据。

5.2根据线路覆冰情况，结合当地气象资料和沿线地形地貌，确定覆冰区段和设计冰厚实施抗冰改造，重点解决导地线不均匀覆冰和不同步脱冰问题，。

5.3与主导风向垂直区段线路要采取缩小线路档距、增加杆塔强度、安装相间间隔棒等防覆冰舞动综合措施。

5.4为收集和掌握输配电线路覆冰、风速等气象参数，与气象局合作，在沿线重要地段设置3个气象观测站，为线路设计和运行维护提供技术支持。

5.5借鉴国内外输电线路融冰装置应用经验，研究应用直流融冰装置，并同步建立公司相关技术标准和管理规定，为处于冰区的输电线路提供融冰装置和技术支持，提高电网抵御雨雪冰冻灾害的能力。

六、加强配电线路的运行维护、提高对配网的管理水平

提高对配网的管理水平是降低线路跳闸的有效措施，是提高配网供电可靠性的前提条件，建议从以下几方面进行管理。

1、对配网线路进行普查和建档，了解线路各段的运行状况，线路的整体情况。对配电变压器、配电线路上的绝缘子、避雷器等设备（包括配网使用的各类金具的设计及镀锌质量），定期进行试验、检查，及时处理设备缺陷，提高运行水平。对于柱上油开关、高耗能配变等早期投运的老旧设备，逐步淘汰。

2、配电线路上加装柱上真空开关，缩小故障范围，减少停电面积和停电时间，有利于快速查找故障。

3、加大配网建设改造力度，使配网结构、变电站布置趋于合理，严把设计与施工质量，提高线路的绝缘化水平，实现“手拉手”环网供电，提高配网运行方式的灵活性。

4、有计划性地对线路、设备进行巡视，定期开展负荷监测。特别是负荷高峰期，密切注意馈线、配变的负荷情况，及时调整负荷平衡，避免接头、连接线夹等因过载发热烧毁。

5、制定并完善事故应急预案，开展经常性的反事故演习活动，是出色完成事故抢修工作的重要保证。

6、加强业务培训，提高综合素质。建立激励机制，使运行人员思想到位、巡线到位、处理故障到位。

7、加强线路的运行管理工作。签订管理责任书，做到故障原因未查到不放过，故障不彻底排除不放过，把线路跳闸次数、跳闸停电时间与责任单位、责任人的经济效益相挂钩考核。

8、制定线路现场运行规程和各种管理制度，建立档案。如杆塔明细表、交叉跨越、配网结线图等，并备有各种运行记录，如巡视检查记录、缺陷处理记录等。

9、加强用户设备管理工作。对用户设备的管理不能放松。对重大设备缺陷要及时下发通知书，阐述设备故障对自身带来的危害，改善用户电力设备的运行水平，并报送政府安全部门。

七、结束语

35kV、10kV输配网是电力系统与用户直接相连的重要环节，点多线长面广，运行环境较为复杂，它的安全运行水平直接影响供电企业的经济效益和社会效益。我们应重视35kV、10kV输配网的管理，应在实践中总结经验电力系统的安全、稳定、可靠运行贯穿整个电网，不同的电压等级都应做到。

参考文献

[1]左仲坤.输配电线路运行与保护.中国电力企业管理2007，（6）

[2]李建忠.如何做好输配电线路安全运行维护工作.电力安全技术2007，（5）

作者简介

陈光龙，男，1968年5月出生，籍贯青田，汉族，松阳县供电局，本科学历，政工师，一级人力资源管理师，长期从事电力工作。