2022年输电线路覆冰.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 输电线路覆冰名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 作者：日期：2 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 浅谈输电线路覆冰故障处理技术左亚鹏、柴冰、史雄伟摘 要： 在运行输电线路中,导线覆冰现象较为普遍,特殊是近几年来天气气候的变化,导线覆冰的几 率日趋增大；输电线路覆冰引起的故障严峻地影响了电力系统的安全正常运行,给社会经济带来庞大的 缺失；浅谈影响覆冰的因素、形成、类型,借鉴现有的有效方法和技术,

2、对周口地区的输电线路覆冰故 障建议防范与处理的措施；自 2005 年 1 月以来周口地区多次遭受了50 年一遇的冰雪凝冻灾难,电网因冰灾损害严峻；特别是 220kV 川水线、薛淮线和川淮线在冰灾中多处受损,共造成导线和架空避雷线30 余出损耗, 187处杆塔绝缘子、金具、横担损坏等严峻现象；灾情过后,也向电力企业敲响了警钟；对于天气冰冷 而又多雨的中原地区来说,输电线路导线覆冰严峻影响着输电线路的安全运行,覆冰也给安全生产 方面带来了严峻危害,并加大了输电线路运行保护的工作量,增加了企业成本；同时也反映出输电 线路抗自然灾难的才能比较薄弱；因此有效地防止和防止冰灾对输电线路造成的危害,是电力企

3、业 必需面对的新的课题；只有多措并举,才能积极有效地防治输电线路导线覆冰带来的危害；1 输电线路覆冰的危害一般来讲,覆冰对电网输电线路的破坏有三种；第一种是少量的覆冰,它在导线上这种圆截面 的覆冰不是匀称地包在上面,它可能形成一个椭圆或者形成其他外形,在大气当中构成了一个迎风 面,当风的角度和冰的迎风面角度合适的时候导线就会舞动；其次种情形就是闪络,结构也不破坏,但是它的绝缘失去了,一闪络,电就送不出去了；第三种也是最普遍的,由于垂直负载过重,把结 构整个压垮；2 影响输电线路覆冰的因素2.1 影响导线覆冰的气象条件 影响输电线路导线覆冰的气象因素主要有空气温度、风速风向、空气中或云中过冷却水

4、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导线覆冰类型；多发生在每年 1、2 月份,尤 其在冬季和初春季节,当气温下降至 -5 0,风速在 315m/s 时,如遇大雾、毛毛雨或小雨加 雪,第一将在导线上形成雨凇；如此时气温上升,天气转晴,导线上的雨凇便开头融解；如天气继 续转晴,就覆冰过程终止；如天气突然变冷或气温连续下降,冻雨和湿雪就在粘结强度很高的雨凇 冰面上快速增长,形成密度大于 0.6g/cm 3 的较厚的冰层； 如气温连续下降至-15 -8 ,原有冰层 外侧积覆雾凇；这种过程将导致导线表面形成雨凇混合凇雾凇的复合冰层；如在这种过程 中天气变化显现多次晴转冷的天气,融解再

5、结冰增加了覆冰的密度,如此往复进展将形成雨凇和雾 凇交替重叠的混合冻结物,即混合凇；一般来说,最易覆冰的温度为-8 0；如气温在 -20 -15 或更低时,水滴将变成冰雹或雪花而不易于形成覆冰；当有了足够的温度后,覆冰的形成仍必需有较高的空气湿度,一般空气湿 3 / 9 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 度达到 90%以上；在覆冰过程中,风对输电线路导线覆冰起着最终熬的作用,它将大量过冷却水滴源源不断地输 向输电线路,与导线相碰撞,被导线捕捉而加速覆冰；当具备了形成覆冰温度和水汽条件后,除了 风速的大小对覆冰有影响外

6、,风向也是打算导线覆冰轻重的重要参数之一；风向与导线平行时,或 当与导线之间的夹角小于 45 或大于 150 时,覆冰较轻；风向与输电线路垂直或风与导线之间的 45 或大于 150 时,覆冰就比较严峻；但在覆冰形成过程中,风向不是固定不变的,总 夹角小于 有一些时间风与输电线路导线有肯定夹角；2.2 地势及地理条件的影响 输电线路导线覆冰的轻重仍取决于山脉走向、坡向与分水岭、台地、风口、江湖水体等因素；在冬季或初春季节,在高空受西南温湿气候和东北冰冷气候的交替影响,黄淮地区长期连续的低温、雨雪、冰冻极端天气给河南、湖南、安徽等省（市、区）的生产生活带来了严峻影响,电力输电线 路覆冰严峻；周口位

7、于黄淮地区中东部豫东平原,河南省东南部,东临安徽阜阳；西接漯河、许昌；南与驻马店相连；北与开封、商丘接壤；地势平整,农田肥沃广阔,农田浇灌水利建设发达,河流河网错综复杂、密布,空气湿度较大；其中220kV 川水线、川淮线路东西走向,地势平整开阔,多次跨过河流,空气中水汽充分,部分线路杆塔处在两村庄或河堤河道内形成风口等微气候地段,在输电线路覆冰观测中输电线路导线覆冰直径 2.3 走向及悬挂高度对覆冰的影响20mm左右 , 覆冰面积大、范畴广；输电线路导线覆冰与线路走向有关,东西走向的线路导线覆冰普遍较南北走向的线路导线覆冰 严峻； 冬季覆冰天气大多为北风或西北风,输电线路导线为南北走向时,风向

8、与导线轴线基本平行,单位时间与单位面积内输送到输电线路导线上的雾粒叫东西走向的线路导线少得多；输电线路导线 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峻；输电线路导线覆冰与风向几 乎成正弦关系；而且输电线路导线为东西走向在覆冰后,由于不匀称覆冰的影响,导线覆冰可能会 在条件相同的地区,一般海拔高程愈高,愈易发生覆冰,覆冰厚度越厚,且多为雾 诱发覆冰舞动；凇；海拔高程较低处,其冰厚虽较薄,但多为雨凇或混合冻结；周口地区的输电线路大多为东西走 向,导线悬挂高度平均在 23m左右,又处于密布的河网河道内,输电线路受覆冰的几率较大,也比 较严峻,线路一旦覆冰多为雨凇或混合冻结；输电

9、线路导线悬挂高度越高,覆冰越严峻,这是由于 空气中液水含量随高度的增加而上升；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,覆冰也越严峻；因此,覆冰随导线悬挂高度的上升而增加；导线直径与覆冰厚度和扭转对覆冰的影响 2.4 当风速在 38m/s 时,导线直径越大,其相对导线单位长度覆冰量越重；当风速大于 8m/s 时,对于任何直径的导线,导线直径越大其覆冰量越重,但覆冰的厚度是随导线直径的增加而减小；覆 冰在迎风面上生长,达到肯定厚度时产生扭转力矩；导线扭转加速覆冰增长；这是由于导线覆冰时 L 2/ 外形往往很不规章（有扇形、椭圆形、新月形、圆形等）导线承担偏心荷重,由于其扭转角度与

10、 4 L 为线路档距 , 为导线直径 成比例,而 L , 故导线易发生扭转,这就便于在导线的各个侧 面上进一步积冰；档距中心线段的扭转程度要比悬挂点线夹处邻近大,随风运动的过冷却水滴得以 匀称地积聚到扭转导线的整个表面,而不像固定不扭转的线段那样覆冰主要积聚在迎风面一侧,对比之下,悬挂点线夹邻近导线与气流平行的长径增长得快,与气流正交的短径增长的慢,迎风面 积增加不多,冰重增长较慢,而档距中心长径、短径增长比较匀称,与气流正交的迎风面积增加较 多,冰重增长较快,质量较大；4 / 9 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - -

11、3 输电线路覆冰的缘由和种类输电线路导线覆冰第一是由气象条件打算的,是受温度、湿度、冷暖空气对流、环流以及风等因素打算的综合物理现象；云中或雾中的水滴在0或更低时与输电线路导线表面碰撞并冻结时,覆冰现象就产生了；周口地区河流错综交杂,空气潮湿潮湿,受西伯利亚寒流和太平洋暖湿气流的共同影响, 2022 年初周口大面积的遭受了覆冰危害；导线表面发生覆冰现象必需满意以下几个条件：大气中必需有足够的过冷却水滴,过冷却水滴与导线接触,过冷却水滴立刻冻结在导线表面；覆冰按形成条件及性质可分为 A、B、C、D、 E五种类型；A 型称雨凇覆冰,是在冻雨期发生于低海拔地区的覆冰,连续时间一般较短,环境温度接近冰

12、点,风相当大,积冰透亮,在导线上的粘合力很强,冰的密度很高,雨凇覆冰是混合凇覆冰的初级阶段,由于冻雨连续期一般较短,因此,导线覆冰为纯粹的雨凇覆冰的情形相对较少；B 型称混合凇,当温度在冰点以下,风比较猛时,就形成混合凇；在混合凇覆冰条件下,水滴冻结比较弱,积冰有时透亮,有时不透亮,冰在导线上粘合力很强；导线长期暴露于湿气中,便形 成混合凇；混合凇是一个复合覆冰过程,密度较高,生长速度快,对导线危害特殊严峻；C 型称软雾凇,是由于山区低层云中含有的过冷水滴,在极低温度与风速较小情形下形成的；这种积冰呈白色、不透亮、晶状结构、密度小,在导线上附着力相当弱；最初的结冰是单向的,由 于导线机械失衡,

13、逐步环绕导线匀称分布,在此情形下,这种冰对导线一般不构成威逼；D型和 E型分别为白霜、雪,白霜是空气中湿气与0以下的物体接触时,湿气往冷物体表面凝合形成的,白霜在导线上的粘结力非常柔弱,即使是轻轻地振动,也可以使白霜脱离所粘结导线的 表面,与其他类型覆冰相比,白霜基本不对导线构成严峻危害；空气中的干雪或冰晶很难粘结到导线表面；只有当空气中的雪为“ 湿雪” 时,导线才会显现积 雪现象；当有强风时,雪片易被风吹落,导线覆雪不行能发生,故导线覆雪受风速制约,因此平原 地区或低地势无风地区,导线覆雪现象较山区常见；输电线路导线覆冰的基本物理过程是严冬或初春季节,当气温下降至 -5 0,风速为 315m

14、/s时,如遇大雾或毛毛雨,第一将在导线上形成雨凇,这时假如气温再上升,雨凇就开头融解,如天 气连续转晴,就覆冰过程就停止；这时假如天气突然变冷,显现雨雪天气,冻雨和雪就在粘结强度较高的雨凇面上快速增长,形成较厚的冰层； 如温度连续下降至-15 -8 ,原有冰层外就积覆雾凇；在这样一个过程中,显现多次晴冷变化天气,短暂的融解加强了冰的密度,如此往复进展将形成 雾凇和雨凇交替重叠的混合冻结物,即混合凇；4 输电线路危害的特点4.1 输电线路覆冰倒塔（断线）的特点 输电线路覆冰倒杆（塔）断线的特点：一是由于覆冰时杆（塔）两侧的张力不平稳造成的；在 一些地势起伏较大的地区,两相邻的杆（塔）在高度和距离

15、上存在很大的差距,在仍未覆冰时两侧 就形成了较大的不平稳张力,当输电线路上显现大密度的覆冰时,杆（塔）两侧的不平稳张力加剧,当张力不断加大,直至到达杆（塔）、导线所能承担的极限时,就显现了导线断落或杆（塔）倒塌 的现象； 因此,在灾后复原和将来的设计改造中,应尽量防止大高度差、大距离和大转角；二是线 路上有大密度的雨凇覆冰时,由于雨凇覆冰是“ 湿” 度增长过程,其粘附才能强,不易掉落；在风 的鼓励下,导线会产生大振幅、低频率的自激振动；当舞动的时间过长时,会使导线、绝缘子、金 具、杆（塔）受不平稳冲击疲惫损耗；5 / 9 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 9 页精选学习资

16、料 - - - - - - - - - 4.2 输电线路架空避雷线覆冰图片 输电线路杆塔横担覆冰图片覆冰绝缘子串的闪络特性绝缘子的冰闪是冰害的另一种,当绝缘子发生覆冰现象后,在特定温度下使绝缘子表面覆冰或被冰凌桥接后,绝缘强度下降,泄漏距离缩短；在融冰过程中冰体表面或冰晶体表面的水膜会很快 溶解污秽物中的电解质,并提高融冰水或冰面水膜的导电率,引起绝缘子串电压分布的畸变（而且 仍会引起单片绝缘子表面电压分布的畸变）,从而降低覆冰绝缘子串的闪络电压；大气中的污秽微 粒直接沉降在绝缘子表面或作为凝结核包含在雾中,将会使绝缘子覆冰融解时,冰水电导率进一步 增加；另外有关试验数据说明,覆冰越重、电压分

17、布畸变越大,绝缘子串两端,特殊是高压引线端 绝缘子承担电压百分数越高,最终造成冰闪事故；实际上,纯冰的电阻很高,完全可以满意电力系统安全运行的要求,只有当冰中混杂有导电杂 质后,覆冰绝缘子的闪络电压才会降低；这不仅由于冰闪是由于冰中含有污秽等导电杂质造成的,而且从污秽绝缘子和覆冰绝缘子的耐受电压和闪络机理也可发觉其相像性；图 1 为覆冰绝缘子沟通 耐受电压和污秽绝缘子沟通耐受电压的比较；图 1 覆冰绝缘子与污秽绝缘子沟通耐受电压的比较从图 1 中曲线可知,除了两者耐受电压的数值有差异外,覆冰绝缘子与污秽绝缘子的耐受电压 随等值附盐密度的变化趋势基本一样；6 / 9 名师归纳总结 - - - -

18、 - - -第 6 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 输电线路铁塔瓷质绝缘子覆冰情形图片5 输电线路防冰除冰技术5.1 输电线路热力防冰技术输电线路铁塔复合绝缘子覆冰情形图片输电线路导线覆冰严峻威逼着电力线路和电力通讯网络的安全牢靠运行；防止输电线路导线覆 冰事故发生的方法从原理上可分为防冰和除冰两种；防线路导线覆冰方法是在覆冰物体前实行各种 有效技术措施,使各种形式的覆冰物体上无法积覆,或即使积覆其总的覆冰荷载也能掌握在物体可 承担的范畴内；除冰的方法是物体覆冰达到危急状态后实行有效措施,部分或全部除去物体上覆冰 的方法或措施；输电线路导线热力防冰有 3 种技术

19、,即：铁磁材料线、电磁波微波激光器、热吸取器；其缺点 1 10Kw/的功率；即使其效率达到 100%,也仅在覆冰初 是：需要较高的能量消耗,一般需要 期或对局部导线产生有效的防冰成效；使用成本高；在输电线路上运用较好的方法是低居里磁热 线,其原理是利用具有低居里温度点的铁磁合金制作成各种满意防冰器件并安装在严峻覆冰线路地 段的防冰技术；有点主要有铁磁线能产生较高的热量,保护导线表面温度在冰点以上；磁性器件易 安装不会对导线本身造成损耗；可依据不同的要求将铁磁材料制成不同形式的器件（如：铁磁线、预绞丝、防冻套筒等）可手工将其以固定螺距缠绕在导线上,从而达到有效防覆冰目的；输电线路热力除冰技术 5

20、.2 热力除冰技术就是指物体覆冰后实行各种加热措施,使其表面上覆冰融解或脱落的方法；目前热力除冰主要有阻性线、短路电流、过电流、热力、热水5 种技术措施,其中过电流和短路电流技术比较适用于输电线路；短路电流熔冰可分为三相短路熔冰、导线导线型二相短路熔冰、导线地 线型单相短路熔冰三种方法；过电流除冰可分为带负荷熔冰,一种情形是在正常运行的基础上转变 系统运行方式增大负荷电流而达到熔冰的目的；另一种情形是对重冰区的线路进行改造,在熔冰冰 点站内设置熔冰自耦变压器达到实现带负荷熔冰的目的；7 / 9 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - -

21、- - - 仍有一种方法是利用移相变压器熔冰,其具有可带负荷熔冰,在备用和运行的条件下可快速操作,也可以依据天气的气象条件来调整熔冰电流,依据设备情形将移相变压器安装在变电站内；6 输电线路导线覆冰的防范措施输电线路导线覆冰对电网安全稳固运行产生很大的影响,因此必需实行有效的措施,防止导线 覆冰事故的发生；一般而言,防止输电线路冰害事故的最重要方法,是在设计阶段实行有效措施,尽量躲开不利 的地势,即尽量躲开最严峻的覆冰地段或“ 避重就轻” ；线路宜沿起伏不大的地势走线,尽量防止 横跨垭口、风道和通过湖泊、水库等简单覆冰的地带,翻越山岭时应防止大档距、大高差,沿山岭 通过时,宜沿覆冰季节背风向阳

22、而走线,应防止转角点架设在开阔的山脊上,且转角角度不宜过大 等,达到削减覆冰概率和减轻覆冰程度的目的；经过重冰区的输电线路应严格按重冰区架空输电线路设计规定进行设计 6.1 对于档距较大的重覆冰地段,实行增加杆塔、缩小档距的措施,以增加导线的过载才能,减轻 杆塔荷载,减小不匀称脱冰时导线、地线相碰撞的机遇；对重覆冰区新建线路应尽量防止大档距,使重覆冰区线路档距较为匀称；增加输电线路的覆冰承载才能,仍可以在不转变原有杆（塔）位置的情形下,将钢芯铝绞线更换为新型的钢芯铝合金导线,以LGJ-400 型导线为例,可将其换为新型HL4GJQ-400,这样既保证了线路的输电才能, 又满意覆冰过载时导线的安

23、全运行；杆（塔）的承载没有增大, 反而减小；HL4GJQ-400钢芯铝合金导线比LGJ-400 钢芯铝绞线抗拉强度增大1.26 倍、重量降低9.35%；在同等地理、气象条件下,新挑选的导线、避雷线组合比原设计的导线、避雷线组合的抗覆冰性能大大改善；当线路走向、杆（塔）位不变的条件下,导线由 LGJ-400 钢芯铝绞线更换成 HL4GJQ-400钢芯铝合金导线后,最大使用张力由 58224.5N 降至 57196N,每米导线覆冰时的垂直荷重由 63.93N 降为62.3N,避雷线规格不变,每米避雷线覆冰时垂直荷重不变,但最大使用张力由原先的 47462.7N 降为 39275.3N,从垂直荷载和

24、水平张力的数据显示,杆（塔）的荷载有了明显的降低,杆（塔）的安全储备得到明显提高；导线的最大使用应力相同,HL4GJQ-400的比载较 LGJ-400 的小, 故对地距离、交叉跨过距离有所改善；导线的安全系数由 2.22 （按新手册实为 2.109 ）提高到 2.6655 ,避雷线的安全系数由 2.5 （按新手册实为 2.225 ）提高到 2.8 倍,导线、避雷线的安全系数均提高 1.26 倍,覆冰的过载才能得到了较大提高,按 6.2 绝缘子串的防冰50mm冰区校验已能满意规程要求；由于绝缘子串结构、外形复杂,在自然环境条件下的风向、风速及湿沉降水种类等的作用下,绝缘子的覆冰外形千姿百态,因此

25、要防止运行线路的绝缘子串覆冰有较大的难度；依据前面的论述 及分析,运行中的覆冰绝缘子串发生闪络的主要过程是,被冰凌桥接的绝缘子串处于融冰状态时,电导率高的融冰水形成水帘,导致绝缘子串裙边之间形成闪络通道,从而发生绝缘子串闪络；因此,阻断绝缘子串裙边融冰水形成水帘,是防止绝缘子串发生冰闪的一种有效方法；而绝缘子串水平悬 挂、 V 型串、斜向悬挂等,就可起到防止融冰水形成垂直水帘的作用；6.2.1 悬式绝缘子串增加大盘径伞裙阻隔法（ 1）大盘径绝缘子隔断：在直线悬式瓷绝缘子串的上部、中部、下部各更换一片大盘径绝缘子,阻断了整串绝缘子冰凌的桥接通路；（ 2）特制复合绝缘子： 向复合绝缘子生产厂家定做

26、上、将原运行的合成绝缘子替换下来；8 / 9 中、下各有一片特大伞裙的合成绝缘子,名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - （ 3）复合绝缘子加大盘径绝缘子：在原先运行的复合绝缘子上方加一片大盘径瓷质绝缘子；（ 4）粘贴大伞裙或绝缘板：加特制伞裙或绝缘板（草帽型）,通过将原有一般合成绝缘子采纳 粘贴或热塑等方法,将特制大伞裙固定为一体或采纳加草帽型绝缘板；6.2.2 杆塔悬垂绝缘子串斜挂法 杆塔绝缘子串水平悬挂或 V 型悬挂以及倒 V 型悬挂,均可提高覆冰绝缘子串的冰闪电压,而对 于直线杆塔来说悬垂绝缘子串,改水平悬挂或 V

27、型悬挂是有较大的困难,而改为倒 V 型悬挂工作量 也很大,而架空送电线路运行规程中规定,直线杆塔的绝缘子串顺线路方向的偏斜角不得大于 7.5 ,这是从直线杆塔两侧的导线档距内的受力平稳来考虑的；假如考虑了两侧的平稳,有意识地 将顺线路方向的绝缘子串偏斜角加大,这样也可以改善覆冰绝缘子的冰闪电压；在输电线路多次发生舞动的线路区段或东西走向的线路加装防舞动装置,双串绝缘子间增大挂 点间距或档距内加装绝缘相间间隔棒等防舞动装置；重覆冰区线路不宜采纳玻璃绝缘子串,以削减或防止因玻璃绝缘子覆冰后长时间的局部电弧使 其烧伤或引起爆炸、炸裂等情形；除了实行以上措施外,仍要加强地势、微地势地貌、微气象区的资料收集,建立特地为解决输 电线路覆冰问题的观测站或观测点,具体对覆冰区域的划分；7 终止语周口平原地区覆冰灾难气候对电力输电线路的破坏是很大的,通过进行技术经济比较并结合已 有的运行体会,综合采纳以上的技术改造方案对重冰区、微地势、微气候区域的架空输电线路进行 改造,可以提高输电线路抗覆冰灾难的才能,从而提高电网安全稳固牢靠运行的水平；9 / 9 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 9 页