摘要：广东粤北坪石地区的云岩、梅花、坪石等地区曾经受寒潮及强冷空气入侵影响，10kV架空配电线路在此次冰雪灾害中受损尤为严重，出现了大面积架空配电线路倒杆、断线事故。为提高10kV架空配电线路抵御冰雪灾害的能力，维护10kV架空配电线路在冰灾时期的安全与稳定，以粤北坪石地区配电网为例，分析了冰雪灾害对10kV架空配电线路的危害、以及粤北坪石地区的10kV架空配电线路受损情况及冰灾事故原因，应用了覆冰区10kV配电线路运维策略及措施，提高10kV配电线路抗冰防灾能力。
关键词：覆冰 冰雪灾害 运维策略 融冰
一、前言
曾于2008年1月，在冷空气和南方暖湿气流的共同影响下，粤北坪石地区普降大雨以上降水量，最高日平均降水量多达45.6mm；同时，气温大幅下降，平均最低气温降至-0.4~0.7℃，高寒山区降至-5~4℃。从1月24日开始至1月31日，粤北坪石地区高寒山区持续出现雨夹雪、冻雨、雨凇、雾凇和冰冻天气，之后结冰现象持续至2月上旬，山区道路结冰厚度普遍达5~10cm，局部地区达15~25cm，最严重地区（海拔高度700m以上）累积厚度达30~40cm。因粤北坪石地区10kV架空配电线路设计覆冰厚度等级主要5~10mm，而实际调查受灾线路覆冰厚度平均都在15~20mm及以上，线路导线覆冰厚度最大达300mm，覆冰严重程度大大超过了线路覆冰设防条件，导致发生大面倒杆、断线事故，对电力系统的安全稳定运行造成了严重的危害。据统计，韶关地区覆冰区有7个县区、34个镇、2789个自然村、1898个台区、131161万户受停电影响，10kV配电线路189回停运，10kV及以下线路杆塔22006基倾倒损坏。且每年冬季受寒潮影响，都会出现不同程度的覆冰现象，严重威胁供电架空线路的安全运行。
二、冰雪灾害对10kV架空配电线路的影响的分析
根据覆冰表观特性不同，线路覆冰可分为雨凇、雾凇、混合凇和湿雪等4种，前3种对线路安全运行危害很大。而粤北坪石地区主要也是以雨凇、雾凇、混合凇为主，每年11月至次年的2月期间是发生冰雪灾害的高发时期，10kV配电线路受到冰雪灾害的严峻考验，其主要影响有过荷载、冰闪、脱冰跳跃及外力破坏（树障）。
（一）过荷载
过荷载是指导线覆冰会增加所有支持结构和金具的垂直荷载，严重覆冰会造成导线、地线断裂，杆塔倒塌，金具损坏。当覆冰积累到一定体积和重量之后，线路导线的重量倍增，弧垂增大，导线对地间距减小，从而发生事故。弧垂增大的同时，在风的作用下，相间导线相碰，会造成短路跳闸，烧伤甚至烧断导线的事故。如果覆冰的重量进一步增大，则可能超过导线、金具、绝缘子及杆塔的机械强度，使导线从压接管内抽出，或外层铝股全断、钢芯抽出；当导线覆冰超过杆塔的额定荷载一定限度时，可能导致杆塔基础下沉、倾斜或爆裂，杆塔折断甚至倒塌。
（二）冰闪
冰闪是污闪的一种特殊形式，绝缘子在严重覆冰的情况下，伞裙被冰凌桥接，绝缘强度降低，泄漏距离缩短。由于晶释效应的作用，在融冰过程中，冰层表面水膜具有较高的电导率，增大了泄漏电流；同时，冰凌间隙引起绝缘子串电压分布及单片绝缘子表面电压分布的畸变，降低了覆冰绝缘子串的闪络电压。闪络过程中持续电弧烧伤绝缘子，引起绝缘子绝缘强度下降。
（三）脱冰跳跃
覆冰导线在气温升高，或自然风力作用，或人为振动敲击之下会产生不均匀脱冰或不同期脱冰。随着导线覆冰厚度增加，导线拉力明显增大，导线弧垂明显增加，当大段或整档脱冰时，由于导线弹性储能迅速转变为导线的动能和位能，引起导线向上跳跃，减小导线对地线的距离，引起导线对地线放电，造成线路跳闸。
（四）外力破坏（树障）
在冰雪的影响下，10kV架空配电线路区域内外的树竹因覆冰发生断裂、弯曲、倾斜接触到导线上、或倒塌导线上，造成线路短路接地、或发生倒杆、断线事故。
三、覆冰区10kV架空配电线路运维策略探讨
（一）针对线路“过荷载”情况，根据覆冰状况“雨凇、雾凇、混合凇和湿雪”等特性，对10kV架空配电线路按轻、中、重等级进行冰区划分，按新的要求重新项目规划进行防冰改造，以满足现有气象条件下的运行要求。防冰改造主要按以下原则实施。
1.10kV架空配电线路加固改造设计冰厚取20mm进行改造，对于重冰区，在充分调查论证严格控制的基础上，重点线段加固设计冰厚可取25mm或30mm。
2.改造坚持保杆弃线策略，保杆弃线策略强度配合的强弱次序为：杆塔、横担、导线。以避为主，以抗为辅，采取分段分策的加固原则，通过杆塔、导线和金具的强度配合，针对电网的重点线路、重要部位、薄弱环节，进行重点加固。如：采用抗弯矩或弯矩较大的电杆，增强基础稳固程度、且在部分区域考虑增高防风拉线及十字拉线，以增强电杆稳固性。
3.优化冰区10kV架空配电线路路径，路径方案选择在保证安全的前提下，应通过技术经济比较确定，并力求避开严重覆冰地段。路径选择应尽量做到以下几点。
（1）避开调查确定的覆冰严重地段和覆冰污秽地区；
（2）沿起伏不大的地形走线；
（3）避免横跨娅口、风道和通过河流、水库等容易覆冰的地带；
（4）避免大档距、大高差；
（5）通过山岭地带，宜沿覆冰时背风坡或山体阳坡走线；
（6）耐张段不宜太长，对于中冰区线路不宜大于1km，对于重冰区线路不宜大于0.5km；
（7）转角角度不宜过大；
（8）重冰区线路不应跨越房屋，无法避让时应予拆迁；
（9）对处于重覆冰区的重要线路（段），如无合适的架空线路路径，在通过充分的技术经济论证后，可选用电缆敷设。
4.防冰改造成效显著，在2008年冰灾后，通过对粤北坪石地区的16回10kV架空配电线路进行防冰改造，没有出现过线路因过荷载而发生的倒杆、断事故。
（二）针对“冰闪”，绝缘子在严重覆冰的情况下，伞裙被冰凌桥接，绝缘强度降低，泄漏距离缩短，引起绝缘子绝缘强度下降的状况，在线路改造时耐张杆的悬式绝缘子串，靠横担侧的第一片绝缘子宜采用大盘径绝缘子，重要跨越的线路采用双悬垂串时，宜用V形或八字形串，直线杆的绝缘子采用瓷横担，这种设计可增大线路覆冰状态下泄漏距离，减小因线路覆冰状态下出现闪络持续电弧烧伤绝缘子。制定覆冰区10kV架空配电线路防冰一线一策方案，根据轻、中、重等级划分冰区制定相应的应急处置方案。根据在覆冰期间发布的预警信息，启动相应的应急处置方案，做好线路特维、特巡、夜巡工作。
（三）针对“脱冰跳跃”因导线弹性储能迅速转变为导线的动能和位能，引起导线向上跳跃，减小导线对地线的距离，引起导线对地线放电，造成线路跳闸这一危害，冰区线路采用非对称的导线排列，档距不大于100米，特殊地段的大档距应设独立耐张段，优先选用三联杆型，有地线时应采用直线型三联杆或门型双杆.10kV线路的一般档不加防震措施，重冰区的10kV线路应降低其平均运行张力，平均运行张力不超过破断力的16％，这种方案既能确保在设计覆冰厚度下线路强度，同时也能保正在脱冰时控制导线的跳跃幅度。在冬季出现线路覆冰后，根据在覆冰期间发布的预警信息，采取以下运行维护措施。
1.制定观冰方案，在覆冰期间做好观冰工作，第一时间收集10kV架空配电线路覆冰信息，为防冰抗冰工作提供重要保障。完成粤北坪石地区10kV架空配电线路在线监测装置的安装，提高收集线路覆冰信息效率。
2.做好冰区10kV架空配电线路导线弧垂的测量。防止线路导线重量增加，弧垂增大，导线对地间距减小，从而发生事故；防止弧垂增大，在风的作用下，相间导线相碰，造成短路跳闸，烧伤甚至烧断导线的事故。
3.在线路覆冰期间，对于交通不便、或难于到位线路、杆塔，无人机巡线开展巡视，以保证巡视人员人身安全，并高效地完成冰情巡视。
4.在覆冰线路巡视过程中，线路导线重量增加及脱冰跳跃会引起减小导线对地线的距离，引起导线对地线放电，所以要做好防范措施，防止发生人身触电事故。
（四）针对“外力破坏”，线路区域内外的树竹因覆冰发生断裂、弯曲、倾斜接触到导线上、或倒塌导线上，造成线路短路接地、或发生倒杆、断线事故这一情况。在覆冰季节来临之前组织对冰区线路进行特巡，及时消除线路上的缺陷，紧固冰区段线路杆塔、拉线的螺丝，补齐杆塔丢失的塔材，以提高线路抗冰能力。做好线路线行沿线环境巡查，对线行区域内的超高树、竹进行及时清除。同时，还要对线行区域外的超高树木进行评估，对会引起线路故障的树木进行砍伐，
四、防冰抗冰的新技术新方法的应用
（一）根据粤北坪石地区地域特点，结合用户用电情况，梳理保电用户清单，编制10kV（0.4kV）线路自主网供电方案，当线路发生停电时，启动自主网供电方案，确保用户正常用电。
（二）开展配网10kV线路发电车交流短路融冰。发电车交流短路融冰就是利用发电车作为融冰线路的融冰电源，为10kV线路输送融冰交流电流。在融冰线段的末端电杆，用短接线（短接刀闸）将三相导线进行直接短接。同时将融冰线段的首端电杆引流线解开（有开断装置的可以直接拉开即可），用发电车的电流引线与融冰线路三相分别进行搭接从而接入发电车。
图1 接入发电车接线示意图
1.根据10kV融冰线路导线长度、导线截面等核算融冰短路电流，并报配网调度进行审核后确定发电车的电源容量。
短路点计算电流值：公式：
：变压器低压侧额定电压； 
：单位长度线路阻抗值
表1 线路型号及其融冰线路长度
2.对重冰区线路编制10kV架空配电线路融冰方案，并结合线路覆冰情况开展线路融冰工作。
3.融冰过程监视和安全措施的防范
（1）在融冰过程中，各观冰点负责人使用红外成像仪测量记录各观测点线路温升数据，并将温升情况每15分钟记录、报告融冰组长，任何一观测点温度达最高限值（70℃）后需立即报告融冰组长，组长根据线路温升状况，确定停止移动发电车运行，停止支线融冰；同时做好发电车输出电流的监测及电流变化记录。
（2）监测人员不得线路正下方，避免在线路融冰过程中脱冰时发生坠物伤人事件。
（3）针对严重覆冰地区这一特点，从运维人员最基本的保暖到人身安全考虑，配备防冰劳动用品及装备，确保运维工作安全、有序地开展。
（4）配备能满足在路面结冰行驶的特种车辆，对现有两驱工具车辆全部更换成四驱的车辆；同时，按要求配备车辆防滑链。
4.10kV线路融冰成果
2018年1月31日，韶关城区局首次成功启动移动发电车融冰，对粤北坪石地区110kV梅花站F11 10kV云岩线竹山背支线开展融冰（导线线径为LGJ-50，线路长度约为1.5km），以移动发电车供电，在需要融冰的10kV线路首端接入380V电源，在融冰的10kV线路末端进行短接，采用低压电源对线路进行短接升温的方法融冰。根据统计数据，2018年1月27日至2月1日，受冷空气影响，最低气温降至-1℃.1月30日09时30分，竹山背支线#18杆观冰点最高覆冰厚度达到了11.32mm，覆冰比值为56.58%，达到了启动线路融冰的条件。通过召开融冰会商会议，决定在1月31日启动110kV梅花站F11 10kV云岩线竹山背支线开展融冰方案，开展融冰工作。按照线路抗冰安全运行预案，于15时43分果断启动移动发电车融冰，线路覆冰厚度由13.80mm降至0mm，融冰工作顺利完成，确保了线路安全运行。本次移动发电车交流短路融冰共用时3.5小时、现场观测点环境温度为-1℃，观测点实测线路导线最高温度35.5℃，导线初始温度为12℃，温升23.5℃，其方案的可行性得到了验证，基本满足融冰线路温升条件，并达到预期的效果。
图2技术人员在做启动融冰准备 图3技术人员在记录线路电流及温度
图4线路覆冰纷纷掉落
（三）为更好地开展10kV架空配电线路融冰工作，提前对需操作设备进行改造，以便安全、高效地实施融冰，提出以下技术改良措施。
1.建议根据今后的融冰需求，将需要操作10kV柱上开关，融冰电源接入点刀闸、融冰短路点刀闸改造成开关箱。解决因设备覆冰难于操作的问题，及登杆操作的人身安全问题。
2.建议在融冰电源接入点安装融冰变压器，解决因道路覆冰移动发电车难于到位的问题。
3.建议在覆冰区10kV线路建设初期就要考虑融冰电源、短路点的建设，并增加建设融冰刀闸等设备，为线路融冰工作提高保障。
五、结束语
2008年1月，在冷空气和南方暖湿气流的共同影响下，粤北坪石地区遭受了80年一遇的冰雪凝冻自然灾害，此次冰雪灾害持续时间长，范围广、严重程度大，覆冰严重程度大大超过了线路覆冰设防条件，导致发生大面倒杆、断线事故，对电力系统的安全稳定运行造成了严重的危害。本文通过分析2008年冰雪灾害对10kV架空配电线路主要原因，总结了粤北坪石地区2008年至2018年共10年来对落实防冰工作的运维策略，希望对今后广东粤北坪石地区防冰抗冰工作提供技术指导。
六、致谢
这次论文设计我得到了多位老师的耐心指导及同事的热心帮助，每当在撰写论过程中遇到难题时，都能都会抽空帮忙我分析原因、查找最有效的解决办法。在此，谨向我的论文指导老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意；同时，谨向帮助过我的同事表示衷心的感谢。
参考文献：
[1] 唐捷。《2008年韶关电网冰灾情况分析及其对策》。广东电力，2009年07期
[2] 刘平原1，何宏明1，潘春平2.《广东电网2018年冰灾调查分析及其防御措施》。广东电力，第23卷第3期，2010年3月
[3] 《中国南方电网有限责任公司配电防冰加固技术导则》。V1-2018.05.27
论文作者:付树华
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/13
标签：线路论文; 导线论文; 粤北论文; 绝缘子论文; 杆塔论文; 电车论文; 地区论文; 《电力设备》2018年第27期论文;