输电线路覆冰特点及防冰技术研究综述

输电线路覆冰特点及防冰技术研究综述

文珺

（国网四川省电力公司检修公司自贡运维分部四川自贡643000）

摘要：目前，我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，分析冰灾发生的气候背景等因素，详细阐述国内外目前采用和正在研究的防冰新技术的原理和应用情况，从有效性、安全性、技术性、可操作性和经济性等方面对这些防冰除冰技术及方法进行了综合评估，并对其应用价值和市场前景做出了评估。得到在电网设备的防冰方法中，不存在既具有安全性、可操作性，又能有效且经济的防冰技术的结论。提出在输电网络防冰除冰工作中，应把预防电网冰雪灾害工作放到更加重要的位置，重视输电网络覆冰的理论研究，认真分析冰灾原因，不断研究新技术、新方法，提高防冰水平的建议。

关键词：输电线路；覆冰；冰灾特点；防冰技术；评价

引言

严重覆冰会导致输电线路机械和电气性能急剧下降，从而导致覆冰事故的发生。自开始出现有记录的输电线路冰灾事故的1954年至2012年，中国湖南、湖北、贵州、江西、云南、四川、河南及陕西等省都曾发生过十分严重的输电线路覆冰事故。覆冰事故严重威胁了中国电力系统的安全运行，并造成了巨大的经济损失。输电线路覆冰导致的电路损害以及由之引发的安全事故，给人们的生活和生产带来极大的不便，并造成巨大的经济损失。因此及时开展防冰技术的研究，提出一些有针对性的措施和处理方法，对提高电力系统的安全运行将有积极意义和应用价值。

1中国电网覆冰与冰灾特点

1.1污秽的存在加剧了绝缘子覆冰闪络的几率

随着经济的发展，燃煤电厂、钢铁厂、化工厂、水泥厂等高污染、高排放企业日益增多，除尘和除硫不达标的工业锅炉折算容量高达1亿多kW，排放出大量的污染物。通过高污染、高排放企业附近地区的输电线路，便会在线路、绝缘子、铁塔、金具等设施上产生大量污秽物，过去的无污染或轻污染区，现在逐步上升为重污染地区。线路上的污秽物或浮尘极大地影响了其输电设施表面的光滑度，并使其憎水性能下降，为覆冰和积雪准备了充分条件。事实证明，污染越严重的地区，发生覆冰、冰闪、雪闪、雾闪等灾害的机率就越高。

1.2杆塔和线路结构变化导致覆冰多样化，冰灾形成机理差异较大

20世纪80年代以来，中国电网的电压等级由220kV提高到330kV和500kV及以上，但因输电线路自身结构的变化不仅抗御恶劣气候袭击的能力没有增加，而且还有所下降。这是因为随着电压等级的提高，输电线路普遍采用分裂导线。每根子导线之间的距离为30mm左右，客观上更容易使几根子导线上的覆冰或积雪连为一体，形成巨大的冰桶体或冰雪桶体，尤其是每相导线或每极的子线迎风面覆冰达到一定重量便会扭转，扭转后再覆冰便形成更加坚实的冰桶体，使一相或一极线路的质量成数倍或数十倍的增加。冰桶体形成后导线迎风面大大增加，直接导致风雪交加时线路荷载又成倍增加。

1.3覆冰与冰灾具有典型的微地形、微气候特征

随着中国电网的大规模发展，电源点尤其是水电站到用电负荷中心的距离越来越远，大容量、远距离的特高压输电工程将在未来电网格局中充占据主导，这使中国大量东西或偏东西走向的输电线路比纯南北走向的线路更容发生覆冰灾害。在冬天，穿过这些区域的输电线路容易覆冰，在极端天气条件下，极易形成冰灾。

2输电线路覆冰防冰技术

2.1悬垂串覆冰冰闪跳闸校核

冰表面高导电率水膜能极大地降低覆冰绝缘子的电性能，覆冰绝缘子的最低闪络电压同冰水电导率密切相关，当电导率较小时，覆冰绝缘子有较高的抗冰闪强度。当电导率增大时，闪络电压则急剧降低。M.Farzaneh等人研究表明当覆冰水电导率为80μS/cm时，覆冰前洁净的IEEE标准绝缘子（等同于XP-70）覆冰（密度为0.87g/cm3）后的最大耐受强度为70~80kV/m甚至更高；当覆冰水电导率超过120μS/cm，或达到200μS/cm甚至更高，并且在覆冰前绝缘子表面已经有污秽物存在，此时在雨凇覆冰条件下，其耐受强度可能低于70kV/m，最低耐受强度只有57kV/m，对Ⅰ级污秽程度下悬式绝缘子进行耐压试验，耐受强度平均值为65~68kV/m。

因此，对于覆冰清洁地区覆冰耐压水平可取70kV/m，对于覆冰污秽地区覆冰耐压水平可取65kV/m，对于严重污秽覆冰地区覆冰耐压水平可能降到57kV/m。

根据下列的覆冰耐压公式可以求得悬垂I串绝缘子的最小片数，悬垂V串按覆冰闪络电压高于悬垂I串5%进行校核。

式中：

n--绝缘子的片数；

U--线路标称电压，kV；

λ--覆冰耐压水平，kV/m；

h--绝缘子的结构高度，mm。

对覆冰严重的架空输电线路的悬垂绝缘子选择除开按工频电压爬电距离选取悬垂绝缘子的片数、操作过电压及雷电过电压校验外，另建议按上述方法对绝缘子串的覆冰冰闪的绝缘子片数选择进行校验。

2.2提高绝缘子串电气耐受能力

1）提高绝缘子抗冰闪能力的方法。①增加绝缘子串长。重庆大学的试验表明，绝缘子串交直流冰闪电压与串长基本呈线性关系[29-31]，故在易覆冰地区，可以采取适当增加绝缘子串长的方法来提高绝缘子串的抗冰闪性能；②优化绝缘子布置方式。根据统计表明，绝缘子覆冰闪络基本上发生在悬垂串上，未发现耐张串和V型串、倒V串绝缘子冰闪，这说明冰闪概率与绝缘子串组装型式密切相关。2008年冰灾后，发生冰闪事故的线路大多数采用插花方式或改为倒V形布置方法。5a的运行经验表明，优化绝缘子布置方式具有明显的抑制冰闪的效果；③采用防覆冰绝缘子。运行经验和试验已经证明，防覆冰绝缘子可以调大爬距，防止不同覆冰厚度、不同污秽程度和不同海拔高度下的闪络。2008年11月，近千支110~500kV新型防冰复合绝缘子在湖南等地供电线路抗冰改造工程中成功挂网。4a的运行经验表明，此种新型防冰复合绝缘子具有很好的防冰效果，而且较一般产品更不易积污，能够更持久地保持伞裙的清洁，该产品的防雷、防雨、防鸟害能力也有相应提高。2）提高绝缘子抗冰闪能力的综合评估。运行经验表明，增加串长、优化绝缘子布置方式和采用新型的防冰复合绝缘子都能有效提高绝缘子串的抗冰闪性能。

2.3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，同时又有一定的防鸟效果。

这种措施对一般的降雪、降雾天气有较好的防范作用，但当绝缘子串本身的覆冰较重时，就失去了效果，因为绝缘子串本身产生的熔冰水已足以形成短路，同时随着横担上熔冰水的下落，大盘径绝缘子外侧的冰凌逐步增长，虽能与绝缘子串保持一定距离，但也会短接一部分空气间隙，从而降低闪络电压。

结语

1）输电线路覆冰具有典型的微地形、微气候特征，但不同结构物覆冰形成机理差异较大；2）设计和建设达不到实际抗冰需要，环境污染加剧了绝缘子覆冰闪络的几率，均给电网的安全运行带来重大威胁；3）在电网设备的防冰方法中，不存在既具有安全性、可操作性，又能有效且经济的防冰技术；4）在输电网络防冰除冰工作中，应把预防电网冰雪灾害工作放到更加重要的位置，重视输电网络覆冰的理论研究，认真分析冰灾原因，不断研究新技术、新方法，提高防冰水平。

参考文献：

[1]孙才新，司马文霞，舒立春.大气环境与电气外绝缘[M].北京：中国电力出版社，2002.

[2]蒋兴良，易辉.输电线路覆冰及防护[M].北京：中国电力出版社，2002.

[3]曹琪，杨凯全，吴鑫强，等.66kV输电线路移动式交流融冰装置研究[J].电力电容器与无功补偿，2012，33（4）：34-38．