摘要：架空输电线路覆冰对电网有着很大的危害，进而对电网运营和经济发展造成很大的负面影响，导线发生覆冰后易发生舞动，其脱冰引发的导线跳跃也容易导致断线、倒塔等事故发生。为使高压电网安全可靠的运行，对输电线路覆冰形成机理的研究以及覆冰荷载下的力学研究是一个重要的课题。
关键词：输电线路；覆冰；危害
引言
输电线路覆冰的气象条件是指某一个大区域内的局部地段，由于地形、位置、坡向、温度和湿度等出现的特殊变化，造成局部区域形成有别于大区域的更为严重的覆冰条件。这种微气象条件覆冰具有范围小、隐蔽性强等特点，使得输电线路设计、运行维护人员难以采取防冰抗冰措施。
1.线路覆冰的分类和成因
1.1气象条件
影响导线覆冰的气象因素主要有四种：风速风向、空气温度、空气中液态水的含量、空气中或云中过冷却水滴的直径。随着空气温度的升高，雾粒直径变大，相应液态水的含量增加。当气温在-5到0摄氏度之间，空气或云中过冷却水滴的直径在10-40mm之间风速较大时形成雨淞；当气温在-16到10摄氏度之间，过冷却水滴的直径在1-20mm之间，风速较小时形成雾淞；混合形成的介于雨淞和雾淞之间此时的温度在-9到3摄氏度之间，过冷却水滴的直径在5-35mm之间，严格的说，雨淞-混合淞之间及混合淞-雾淞之间没有严格的界限，如气温太低，则过冷却水滴都变成雪花，导线也行不成覆冰了。
1.2地形及地理条件的影响
东西走向山脉的迎风坡比背风坡严重，山体部位的分水岭、风口处线路覆冰比其他地形严重，线路紧靠江湖水体比线路附近无水源时覆冰严重。总之，受风条件较好的突出地形和空气水分较充足的地区，覆冰程度比较严重。
1.3季节的影响
导线覆冰主要发生在前一年的11月到次年的3月之间，尤其是入冬和倒春寒是覆冰发生的概率较高。
1.4海拔高度的影响
就同一地区来说，一般海拔高度越高，越易覆冰，覆冰也就越厚已多为雾淞，海拔高度较低处多为雨淞和混合淞。
1.5线路走向的影响
导线的覆冰程度与线路的走向有关，东西走向的导线覆冰普遍比南北走向的导线覆冰严重冬季覆冰天气大多为北风和西北风。线路南北走向时，风向与导线的轴向基本平行，单位时间内与单位面积内输送到导线上的水滴和雾粒较东西走向的导线少得多；线路东西走向时，风雨导线形成90度的夹角，使得导线覆冰最为严重。在严重覆冰地段选择线路走向时，如果条件群允许，应尽量避免线路成东西走向。
1.6导线悬挂点的影响
导线悬挂点越高覆冰越严重，因为空气中的液态水含量随高度的增加而增高，风速越大，液态水含量越高，单位时间内向导线吹送的水滴越多，覆冰越严重。
1.7电场和电荷的影响
导线的电场会使其周围的水滴粒子产生电离，并对其有及引力，因此电场的吸引力会使更多的水滴移向导体表面，增加导线的覆冰量。
1.8负荷电流影响导线表面的温度
当电流较小时，导线产生的焦耳热不能使导线表面温度维持在0摄氏度以上，还会由于电场的影响，增加导线的覆冰量；当电流足够大时，导线产生的焦耳热使导线表面温度维持在0摄氏度以上，这时过冷却水滴碰撞导线就不会产生覆冰，从而达到自然消冰的效果。维持导线表面温度为0摄氏度以上的电流称为临界负荷电流，临界负荷电流的大小由气温、风速及导线表面的热辐射特性等因素决定。
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2.输电线路覆冰危害的特点
2.1线路覆冰倒杆断线的特点
线路覆冰倒杆断线的特点：一是由于覆冰时杆两侧的张力不平衡造成的。在一些地形起伏较大的地区，两相邻的杆在高度和距离上存在着很大的差距，在还未覆冰时两侧就形成了较大的不平衡张力，当线路出现较大密度的覆冰时，杆两侧的不平衡张力加剧，当张力不断增大，直至到达杆、导线所能承受的极限时，就出现了导线断落或杆倒塌的现象。因此，在灾后恢复和未来的设计改造中，应尽量避免大高度差、大距离和大转角。二是线路上有大密度的雨淞覆冰时，因为雨淞覆冰是“湿”度增长的过程，其粘附能力强，不易掉落。在风的激励下，导线产生大振幅、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、杆受不平衡冲击疲劳损伤。
2.2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，在特定的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（而且还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聚核包含在雾中，将会使绝缘子覆冰融化时，冰水电导率进一步增加。另外有关的实验数据表明，覆冰越重、电压分布畸变越大，绝缘子串两端，特别是高压引线端绝缘子承受的电压百分数越高，最终造成冰闪事故。
2.3导线的舞动、脱冰跳跃
输电线路不仅承受自重覆冰等静荷载，而且还要承受风力等产生的动荷载。在一定条件下，覆冰导线受稳定横向风力的作用，可能会引起大幅度的低频振动（舞动），导线脱冰时也会使导线发生舞动、跳动。当导线均匀覆冰时，虽然截面增大，但其形状如保持为均匀的圆形，在一定风力所引起的导线振动，其频率会低于裸线时的频率，振幅将比裸线少，且频率低到防振装置的有效运行范围内。当导线覆冰分布不均匀时，由于其断面不对称，在相应的风力作用下，导地线会发生低频、大振幅的舞动。从而导致金具损坏、导地线断股、相间短路、杆塔倾斜或倒塌等恶性事故。
3.输电线路防冰措施
3.1 导线防舞
线路在覆冰严重的情况下会发生舞动，会导致倒塔断线。线路舞动机理复杂，防舞动机理和措施研究是世界性的难题。对于导线的舞动，已经建立了导线的结构动力学模型，并对自由振动以及舞动进行了计算分析。国内外学者也提出多种方法，增加相间导线及对地线的电气间隙，同时提高杆塔的强度，缩短耐张段长度和档距，提高导地线的最大张力。加大金具及绝缘子的安全系数，满足部件强度的需要。将目前地线普遍采用的GJ-50钢绞线改为GJ-70钢绞线，与导线最大应力相匹配。导地线覆冰后弛度变化相近，应防止造成混线，在有条件时应减少导线垂直排列方式，还可以在局部覆冰舞动严重的线路上加装防舞动装置。
3.2采用憎水增冰性涂料
欲从根本上解决覆冰问题，应着手于防冰，在导线表面包涂憎水增冰性涂料，要求这种涂料不仅对金属基体有很好的结合力、较高的热传导性，更重要的是其外层表面具有低表面张力、高憎水性增冰性和光谱吸热性能，可最大限度的减少水和冰的附着力，使其极易脱落，从而达到防止凝冰和除冰的目的。现在使用较多的是聚四氟乙烯和PVC塑料带，尽管不能减少冰的附着，但是可以大大降低冰与导线之间的粘附力。目前为止，国内外尚未研究出一种可以从根本上阻止冰形成的涂料，有人提出采用改性硅溶胶--苯丙乳液为基料，吸光性能较好的FeMnCuO。为颜料的疏水防冰涂料，在试验中对静态（未通电和未考虑风速）铝导线有一定的防冰效果，是一种值得研发的具有发展前景的防覆冰涂料。
结束语
电力工业是关系到国计民生的基础产业和公共事业，输电线路的覆冰灾害严重威胁电网安全运行，解决覆冰灾害是目前的首要问题，所以要提高输电线路抗覆冰灾害能力，保证电力企业的正常发展。
参考文献：
[1]龙立宏，胡毅，胡涛，李景禄.输电线路冰害事故统计分析及防治措施研究【J】.电力设备，2006（12）.
[2]谢金柱.输电线路绝缘子覆冰的防治措施【J】.中国高新技术企业，2010（19）.
论文作者:陈程,孙健
论文发表刊物:《电力设备》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/15
标签：导线论文; 线路论文; 绝缘子论文; 水滴论文; 地线论文; 走向论文; 风速论文; 《电力设备》2017年第21期论文;