（南方电网超高压输电公司柳州局 广西柳州 545006）
摘要：电网建设中，电网线路冰灾危害一直是当前许多国家电网建设中面临的重要问题之一，进行电网线路冰灾事故危害的预防也是当前国内外国家进行电网建设中研究的重点。随着电力电网的建设发展以及人们对于电力资源需求的不断增长，500kV高压线路在电网中建设应用越来越多，其供电运行安全性对于电力电网的供电运行安全与发展等，都有着极大的影响。基于此，本文对500kV输电线路的抗冰设计进行深入研究。
关键词：覆冰；500kV输电线路；设计；抗冰措施
1输电线路覆冰的类型及灾害特点
输电线路覆冰一般分为两大类：冻雨覆冰和冻雾覆冰。其形成过程和所处环境不同，其物理性质各有不同，这两种覆冰都有可能对输电线路造成严重破坏。
1.1冻雨覆冰
这种覆冰发生在有降水而且严寒的任何地方，在一些高降水率且气温在冷冻点附近的地方湿雪覆冰更为严重，像我国的南方地区。根据冰冻层厚度和海拔、地表温度、融化层厚度、最高逆温等不同因素的影响，降水到达地面会变成冻雨、冰雹、融雪、冻湿雪或冻雪等不同类型，对输电线路造成不同的危害。
1.2冻雾覆冰
冻雾覆冰只发生在由过冷的小水滴组成的云中，这些小水滴在温度低于0℃时任然是液态的。这种覆冰是冬季高寒海拔山区输电线路最常见的一种覆冰形式，因此，它经常出现在暴露山区的顶部附近，一般的建筑，像通信塔、输电线杆塔、风力发电设备等其它设施易受伤害。
我国南方大部分地区的电力设备都出现过覆冰，与其它事故相比较，冰灾给电网造成的损失是相当严重的，输电线路覆冰是受微地形、微气象和气候因素影响的复杂过程。一般来说，输电线路突发灾害的特点包括如下几点：
（1）涉及过程复杂；涉及发电、输电、配电、用电等环节，冰灾灾害有可能破坏其中任何一个环节，打破各个环节之间的平衡关系，从而对电力系统的运行安全造成影响；
（2）损失巨大；仅2008年初的冰灾给湖南造成直接经济损失超过几十亿元；
（3）影响面广，次生灾害多，例如严重覆冰引起输电线路过荷载。覆冰造成杆塔被压倒、拉倒、串倒、脱冰跳跃、覆冰舞动、导线对地线间隙放电、绝缘子冰闪。
2覆冰地区进行500kV输电线路抗冰设计的措施
覆冰对线路的危害主要表现在覆冰造成杆塔被压倒、拉倒、串倒、脱冰跳跃、覆冰舞动、导线对地线间隙放电、绝缘子冰闪。根据2008年冰灾调查，全国500kV输电线路损坏59条，倒塔957基、局部受损189基，其中15mm及以下冰区占93.8%，20mm及以上冰区占6.2%。因此对于轻冰区和中冰区，抗冰设计主要措施应针对微地形微气象地段，在大档距、大高差、大小档、不均匀冰的塔位，适当提高杆塔强度，按照轻中有重的设计理念，提高微地形微气象地段杆塔的抗冰能力。对于重冰区应根据地形特点，采取缩小档距，降低高差，减小转角，缩短耐张段等设计措施，提高杆塔抗冰能力。
2.1尽量避开重覆冰区
线路设计避冰措施主要是合理优化路径，在满足城市规划的前提下尽量避开重冰区，经过高差较大、相邻档距悬殊、地形相对突出、档距较大、地形复杂和交通困难的地段，宜缩小耐张段长度。对于跨越峡谷、风口处的线路宜采用孤立档。为了防止覆冰倒塔，路径选择应尽量做到避开覆冰严重地段，尽量沿着起伏不大的地形走线，尽量避免横跨垭口、风道和通过湖泊、水库等容易覆冰的地带，尽量避免大档距、大高差、相邻档距悬殊地带，通过山岭地带宜沿背风坡走线，重冰区线路应尽量做到档距均匀，转角不宜过大，档距不宜过大。
2.2合理划分设计冰区
线路设计抗冰措施主要是合理确定冰区，当路径满足城市规划要求确定后，应按照统计分析、现场调查、运行经验三结合设计方法合理划分冰区，尽量缩短重冰区长度，适当加强
轻冰区和中冰区微地形杆塔强度，按照轻中有重的设计理念，提高大档距、大高差、大小档微地形地段的杆塔抗冰能力。
随着设计覆冰厚度增加，杆塔荷载和导线弧垂将会增加，使得杆塔重量、杆塔高度、杆塔基础、挂线绝缘子金具等均需增加，使得工程造价增加较多。根据统计分析，当覆冰厚度由
10mm增加至15mm时，每公里塔重为10mm冰区的1.15倍，造价为10mm冰区的1.15倍；当覆冰厚度由10mm增加至30mm时，每公里塔重为10mm冰区的3.4倍，造价为10mm冰区的2.6倍；当覆冰厚度由10mm增加至50mm时，每公里塔重为10mm冰区的6.8倍，造价为10mm冰区的4.8倍。500kV各种冰区的线路工程造价如图1所示。
随着覆冰厚度的增加，脱冰跳跃不平衡张力增加；随着档距的增加，脱冰跳跃不平衡张力增加。以导线采用4×JL/G1A-500/45钢芯铝绞线为例，根据脱冰跳跃计算结果可知，15mm
中冰区档距超过800m时（连续9档），导线脱冰跳跃不平衡张力可能超过15%，20mm中冰区档距超过800m时（连续8档），导线脱冰跳跃不平衡张力可能超过20%，30mm重冰区档距超过700m时（连续5档），导线脱冰跳跃不平衡张力可能
超过29%，需要采用加强型杆塔或采用耐张杆塔开断，合理减小线路档距。对于重覆冰地区，采取增加杆塔，缩小档距的措施，可以提高导地线的过载能力，减小不均匀脱冰跳跃幅度，防止杆塔覆冰超载，尽量避免大档距，做到档距较为均匀，减小覆冰不平衡张力。
2.4合理降低线路高差
线路在施工安装时要求连续档内各档导线的水平应力相同，当线路高差不等时，会引起各档导线的水平应力不相等，使直线杆塔上出现不平衡张力。对于大高差大档距不均匀覆冰情况，覆冰不平衡张力较大，将会造成倒塔事故。根据以往设计经验：覆冰不平衡张力计算结果可知，15mm中冰区档距超过800m高差超过80m时，杆塔覆冰不平衡张力超过15%；20mm重冰区档距超过900m高差超过90m时，杆塔覆冰不平衡张力可能超过25%，30mm重冰区档距超过900m高差超过90m时，杆塔覆冰不平衡张力可能超过29%，需要加强杆塔或增加耐张塔以提高抗冰能力，见表2~3。
现以2008年500kV山区线路覆冰倒塔为例，相邻塔悬挂点最大高差达77.8m，最大覆冰不平衡张力计算如下，当相邻杆塔高差较大时，杆塔两侧导线覆冰不均，杆塔不平衡张力超过15%，因此应合理控制高差，减小覆冰不平衡张力。
2.5合理减小线路转角
由于导地线覆冰过重使得导线张力大幅提高以及覆冰条件下的同时大风，引起耐张塔张力超过设计条件，造成转角塔水平荷载超过设计值，引起耐张塔倒塔。例如±500kV江城直流输电线路由于#1758号耐张塔先倒塔，引起前后耐张段直线塔发生串倒，造成±500kV江城直流输电线路20基塔串倒，6基铁塔受损。因此减小转角度数能够降低覆冰工况下转角塔的水平荷载，有利于提高转角塔的抗冰能力。根据2008年冰灾调查，重冰区耐张塔覆冰倒塔较多，当覆冰厚度增加时，导线张力大幅增加，重覆冰区覆冰厚度与导线应力的关系如表4所示。
2.8适当加强杆塔强度
中、重冰区线路的覆冰不均匀冰荷载和脱冰不均匀冰荷载所产生的不平衡张力是导致众多杆塔事故的主要原因。对地形起伏较大、相对高耸、突出、暴露，或山区风道、垭口、抬升气流的迎风坡，或线路邻档间高差较大，同时根据运行情况为易覆冰、覆冰明显偏大或邻档覆冰相差较大等确认存在微地形条件的局部区段，适当加强杆塔的结构强度，即在不均匀覆冰工况下，同时考虑导地线不平衡张力（导线取最大使用张力的10～15%，地线取最大使用张力的20～25%）的荷载组合，增大杆塔的纵向抗冰能力。
针对微地形逐基计算杆塔的覆冰不平衡张力，合理提高微地形杆塔强度，避免全线增加杆塔荷载，可以有效减少新建线路杆塔钢材重量。通过减小实际档距，控制高差，避免大小
档，限制垂直档距，可以有效提高杆塔抗冰能力，可以有效避免提高冰区，在保证安全可靠的前提下合理降低工程造价，具有明显的技术经济优势和良好的社会效益。
3结语
综上所述，覆冰地区进行500kV输电线路设计时，要区分轻冰区和中冰区及重冰区。对于轻冰区和中冰区，抗冰设计主要措施应针对微地形微气象地段，在大档距、大高差、大小档、不均匀冰的塔位，适当提高杆塔强度，按照轻中有重的设计理念，提高微地形微气象地段杆塔的抗冰能力。对于重冰区应根据地形特点，采取缩小档距，降低高差，减小转角，缩短耐张段等设计措施，提高杆塔抗冰能力。总之，在覆冰地区进行500kV线路设计，要综合考虑各类因素，确保提高电网的抗冰能力，并合理控制工程造价。
参考文献：
[1]孙夙睿.500kV紧凑型输电线路设计探讨[J].科学中国人，2015，05：23.
[2]李成榕，吕玉珍，崔翔，等.冰雪灾害条件下我国电网安全运行面临的问题[J].电网技术，2008，32（4）：14~22.
[3]朱天浩，顾俊强，卞荣，等.浙江电网冰区图划分分析、编制报告.杭州：浙江省电力公司，2008.
[4]蒋兴良，马俊，王少华，孙才新，舒立春.输电线路冰害事故及原因分析[J].中国电力，2005（11）：23~29.
[5]周飞.高压输电线路防止覆冰灾害的预防[J].科技咨询导报，2007（05）：15~21.
[6]唐捷.2008年韶关电网冰灾情况分析及其对策[J].广东电力，2009（07）：12~18.
作者简介：
袁锋（1979.08.27），男，学历：广西科技大学电气工程及其自动化，单位：南方电网超高压输电公司柳州局，研究方向：超高压输电技术
论文作者:袁锋,杨明伟
论文发表刊物:《电力设备》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/20
标签：杆塔论文; 线路论文; 高差论文; 不平衡论文; 导线论文; 地形论文; 电网论文; 《电力设备》2017年第13期论文;