摘要:近年来,我国南方和西北多省多次遭遇了持续的低温,雨雪,冰冻极端天气,输电线路结冰严重,轻者发生线路跳闸,重者引起到杆,断线事故。造成了严重的经济损失和社会影响,本文通过对覆冰危害的分析,介绍了去除导线上的积雪、覆冰研究方案,避免倒塔、断线舞动等事故的发生。
关键词:输电线路;覆冰:危害;除冰
一、导线覆冰的危害
通常情况来讲,覆冰对电网线路的破坏有三种。第一种是少量的覆冰,它在导线上这种圆截面的覆冰不是均匀地包在上面,它可能形成一个椭圆或者形成其他形状,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。第二种情况是闪路,南方地区的输电线路的很多结冰短路点并不在线路上而是在瓷瓶底部逐步结冰,造成冰层短路,损坏供电系统。第三种也是最普遍的,当导线表面的覆冰越积越厚,导线将承受几百到几吨的荷载,这时导线自重及所覆的冰重产生的拉力将通过导线,导线金具,绝缘子传递给杆塔,杆塔又将拉力转给拉线,只要导线,金具,绝缘子,杆塔,拉线固定件等其中一个环节承受不住所受拉力,就将会出现到塔(杆)和断线的事故,这种事故往往会扩展至一个耐张段。例如,2008年雨雪天气使国家电网公司系统的湖南,江西,重庆,浙江,福建,安徽等九个电网遭受严重影响,其中湖南,江西,浙江电网受灾最严重,湖南,江西电网一度与主网解列运行,部分地区电网几乎全部毁坏。
二、关于覆冰的研究
我国每年严冬和初春季节,由于北方冷空气与南方暖空气的交汇常形成静止锋,气温降低的暖气团所析出的大量水汽升至零摄式度线以上或凝结高度以上就会形成冰晶,雪花或过冷却水滴,一部分过冷却水滴在不断运动过程中由互相碰撞和凝结作用而逐渐增大。在下降过程中大的过冷却水滴若遇到可作凝结核的尘埃,就会变成雪花或冰晶落到地面。这种过冷却水滴很不稳定,一旦碰撞振动可使过冷却的液态水立刻变成固态水——冰。同时,碰撞使水滴发生变形,表面弯曲度减少,表面张力也相应减少而导线表面又可起到类似凝结核作用,使水滴 有所依附,于是便结成雾凇或雨凇,一般过冷却水滴愈小愈易结成雾凇,较大过冷却水滴则易在海拔较低的山区结成坚实雨凇。形成雨凇的雾滴、水滴均较大,而且凝结的速度也快。由于这些雨滴的直径很小,温度虽然降到摄氏零度以下,但还来不及冻结便掉了下来。当这些过冷雨滴降至温度低于0℃的地面及树枝、电线等物体上时,便集聚起来布满物体表面,并立即冻结。冻结成毛玻璃状透明或半透明的冰层,使树枝或电线变成粗粗的冰棍,一般外表光滑或略有隆突。有时还边滴淌、边冻结,结成一条条长长的冰柱。就变成了我们所说的"雨凇"。
雨凇以山地和湖区多见。中国大部分地区雨凇都在12月至次年3月出现。中国年平均雨凇日数分布特点是南方多、北方少(但华南地区因冬暖,极少有接近零度的低温,因此既无冰雹也无雨凇);潮湿地区多而干旱地区少(尤以高山地区雨凇日数最多)。
三、高压输电线路防止覆冰危害的措施
3.1提高抗冰能力设计标准,抓好施工质量
对于跨越高山大岭的高压输电线路应从设计和施工上把好质量关:一是在风速和覆冰厚度上要研究:设计35~330千伏电网设防标准由15年一遇提高到30年一遇,500千伏电网设防标准由30年一遇提高到50年一遇,750千伏电网设防标准50年一遇,正在建设特高压工程灾防标准100年一遇的要求。二是导线要采用加强型的,绝缘子及金具也要考虑使用加强型的,铁塔要选用呼称高低而且受力较大的;三是减小档距,多设耐张段,多采用耐张塔,尽量减少事故时的影响面积,防上事故扩张;四是注意导终、绝缘子、金具、杆塔、拉线的质量,确保达到设计的应力要求;五是注意塔基的浇筑及导线弧垂要严格按设计施工。
3.2避开高山风口和林区
在冬季,高山风口由于地理位置特殊,气温更低,风也较大,更易在导线上形成积冰,覆冰厚度较通常地段相对来说要厚得多,因此是输电线路的薄弱地带。无论是从日常维护、线路事故率,还是事故时抢修,高山风口都会给输电线路的运行带来诸多不利。
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而林区由于树木茂密,部分地段按榭木不砍伐,增加铁塔和导线高度来保证输电线路的安全运行;由于树木增长很快,有时线路巡线员没能及时发现,在有些树木覆冰或积雪时,树木承受不住所受重量时,就会倒向输电线路,给线路运行造成严重的事故,容易造成大面积倒塔(杆)断线。
3.3加强防范,经常维护
通道内树木是影响电力部门安全供电的一个重要因素,加强通道清理以及通道两侧高大树木的清除工作,可有效防止覆冰的天气大树倾倒在导线及杆塔上时对高压输电线路的危害。线路巡线员在巡视高压输电线路时仔细观察电力线路可能存在的问题:如拉线位置,钢线卡螺栓的松紧,拉线的检查,导线绝缘子的完好,线路通道内树木的生长高度等,这样也可以及时地发现问题,对所发现的问题进行及时的处理,避免倒塔、倒杆及断线事故的发生。
四、 输电线路除冰技术与装置
4.1 电脉冲除冰的尝试
电脉冲除冰(Electro-Impulse De-Icing,简称EIDI)技术其基本原理即是采用电容器组向线圈放电,由线圈产生强磁场,在置于线圈附近的导电板(即目标物)上产生一个幅值高、持续时间短的机械力,从而使冰破裂而脱落。
4.2 加热融冰技术--用于加热融冰与无功静补的双用途可控硅整流装置
目前技术上较成熟的高压输电线路自动除冰技术是采用增加导线中的电流,使之超过工作电流,引起导线发热,从而使附着在导线上的冰、雪、雾凇等融化脱落,达到去除它们的目的。加热融冰技术既可采用交流电流,也可采用直流电流。冰害较严重的使用二极管整流装置融冰,现在则采用可控硅整流装置。
4.3短路融冰
35 kV短线路(10 km左右)较为普遍,为了解决这类短线路末端三相短路电流大、设备难以承受和线路温升较快不易掌握的难题,根据现场实际,提出了采用线路每相阻抗串联后两相分别于不同点接地,以大地作为通路,以形成两相接成两相接地短路,为线路提供融冰 电流的方案。
五.输电线路覆冰在线监视系统
1.监测系统通过在线测量风速、风向、垂直档距内导线重量(含导线自重、冰重、风荷载)、绝缘子倾斜角,根据风荷载数学模型确定风阻系数,建立覆冰载荷计算模型;利用绝缘子倾斜角测量和导线自重和杆塔三维受力状态,建立杆塔不均衡张力和风偏距离数学模型;
2.在杆塔上安装气象、视频、振动、电流传感器等装置,直接获取数据;采用移动通信网络进行实时视频图象/数据传输;
3.根据设计条件,通过专家库和对各种理论模型的计算,实现对导线等值覆冰厚度、杆塔不均衡张力、风偏距离、气象条件、导线振动频率、绝缘子泄漏电流、现场图像等过程监测,并根据灾害预警,为预防电网因覆冰倒塔等事故的发生提供可靠的依据。
结论
高压输电线路在山区防止覆冰导致杆塔倾覆问题的发生,应从设计上就着重考虑,加强杆塔的设计强度,注意线路路径的选取,适当减小档距,减小耐张段的长度;另一方面,加强对输电线路的巡视,对可能出现问题的地段,及时发现,以便在发生倒塔事故以前。第三安装除冰装置,应用脉冲除冰,热力融冰技术、短路融冰技术等。采用输电线路覆冰在线监视系统,保证电力线路的安全运行。
参考文献:
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作者简介:
牛明凯(1986年9月— ),男,汉族,单位:国网辽宁电力有限公司检修分公司,职称:工程师,研究方向:输电线路运行维护与检修,邮编:110000
论文作者:牛明凯
论文发表刊物:《电力设备》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/12
标签:导线论文; 线路论文; 杆塔论文; 绝缘子论文; 水滴论文; 电网论文; 事故论文; 《电力设备》2017年第32期论文;