对覆冰输电线路设计方案的分析

对覆冰输电线路设计方案的分析【摘要】随着我国社会经济的迅速发展，输电线路的维护方案倍受关注，然而严重冰雪灾害又给输电线路设计带来了严重的影响。本文主要是探讨了在覆冰情况下高压输电线路存在问题，并提出了相关解决措施供同行参考。【关键词】覆冰；输电线路；设计方案；解决措施中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：引言由于自然环境的恶化，全球气候进入灾害事件多发期。严重覆冰会导致输电线路机械和电气性能急剧下降，从而导致覆冰事故的发生。在我国湖南、湖北、贵州、江西、四川及云南等省都曾发生过输电线路覆冰事故1。覆冰事故已严重威胁了我国电力系统的安全运行，并造成了巨大的经济损失1，另外，停电给铁路、交通运输亦造成严重影响。因此，在对覆冰进行长期观测和研究的基础上，总结覆冰监测方法和防止覆冰事故的措施，希望能对减少我国输电线路冰害事故和冰害损失有益。1、冰雪灾害对输电线路的危害如2008年，我国华中电网，特别是湖南、湖北地区，遭遇历史上时间跨度最长，范围最广的严重覆冰灾害。数千公里长的电网设施出现覆冰现象，一些地段覆冰厚度达到80100mm，严重超出了1020mm的设计标准(如图1所示)。图1铁塔和导线上的覆冰1.1机械危害线路覆冰直接的危害就是导线、金具和支架负载，随着覆冰厚度的增加输电线路的水平负荷也在增加，严重的覆冰会导致导线、地线断裂，杆塔倒塌和金具损坏；不均匀的覆冰或者不同期脱冰会引起张力差，容易造成导线舞动，会造成导线断裂、杆塔横杆扭曲变形、绝缘子损伤和破裂2。1.2电气危害绝缘子覆冰或被冰凌桥接后，绝缘强度下降，泄漏距离缩短，容易引起绝缘子闪络；融冰过程中冰体表面的水膜会溶解污秽物中的电解质，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，从而降低了覆冰绝缘子串的闪络电压，形成绝缘子闪络。导线舞动时还可能造成相间短路故障。1.3线路过荷载事故当覆冰积累到一定体积和重量之后,输电导线的重量倍增,弧垂增大,导线对地间距减小,从而导致闪络事故的发生。同时,在风的作用下,两根导线或导线与地之间可能相碰,会造成短路跳闸、烧伤甚至烧断导线的事故。有资料显示,以400mm导线为例,当覆冰厚度由10mm增加至15mm、20mm、30mm和50mm时,杆塔承受的垂直、水平和纵向荷载对应关系如表1所示。表1覆冰厚度与杆塔载荷的关系覆冰厚度/mm垂直荷载/%水平荷载/%纵向荷载/%10100100100151301201202016048018030240620320504509006602、高压输电线路对冰雪灾害的设计方案2.1优化设计，提高规划设计水平对线路经过区域进行气象资料、环境资料和环境特征等收集和分析，尽量避开覆冰区域；对于不能避开的覆冰区域，应合理设计抗冰厚度，确保杆塔及导线、地线强度能满足特殊地形和气象条件要求3。据观测，覆冰首先在导线迎风面上成长，当迎风面达到某一覆冰厚度时，导线因重力作用而产生扭转，从而出现了新的迎风面。这样，导线通过不断扭转而使覆冰逐步增大，最终导线上形成圆形或椭圆形的覆冰。除了风速的大小对覆冰有影响外，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；风向与导线垂直或风向与导线之间的夹角大于45或小于150时，覆冰比较严重。2.2提高输电线路事故预防2.2.1持续低温天气发生后，应加强对气象预报资料的收集，提前做好预控措施，有针对性的进行特殊巡视，一旦发现线路有覆冰现象，必须立即采取有效的措施除冰，必要时应申请对线路进行停电除冰；2.2.2加强对运行和检修人员的技能培训，及时在恶劣天气来临前对输电线路的隐患和缺陷进行全面的消缺工作，积极了解和学习科学、先进的除冰方法和工艺，购置必要的机械除冰装置或工具；2.2.3应作好对所辖线路覆冰资料的收集，建立准确、详细的覆冰记录，确保在灾害发生时，能够准确出击、有效处置。经实践证明不能满足重冰区要求的杆塔型号、导线排列方式应有计划地逐步进行改造或更换；2.3对重冰区段应严格按重冰区架空输电线路设计规定进行设计对于档距较大的重覆冰地段，采取增加杆塔、缩小档距的措施，以增加导线的过载能力，减轻杆塔荷载，减小不均匀脱冰时导线、地线相碰撞的机遇。对重覆冰区新建线路应尽量避免大档距，使重覆冰区线路档距较为均匀。增加输电线路的覆冰承载能力，还可以在不改变原有杆（塔）位置的情况下，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能力，又满足覆冰过载时导线的安全运行。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，新选择的导线、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来的47462.7N降为39275.3N，从垂直荷载和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、交叉跨越距离有所改善。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，覆冰的过载能力得到了较大提高，按50mm冰区校验已能满足规程要求。3、输电线路覆冰事故防止措施根据国内外的现状和经验，防止输电线路冰害事故可从以下几方面入手:(1)在线路设计时，应考虑微地形、微气候的影响，考虑线路经过地段的地形、相对高差、山脉走向、覆冰程度等因素，合理选择线路走向，设计合理的抗冰厚度。对于线路沿线的薄弱环节加以重视，安装行之有效的监测装置和防冰抗冰设备，确保线路安全运行。对已经运行的线路，特别是发生过冰害事故的线路，可以对部分重冰区线路进行改道，或对薄弱环节进行全面或局部的改造，提高其抗冰能力；对于大面积覆冰地区，宜采用除冰、融冰措施来防止冰害事故。例如：在50千伏天兰线的冰灾改造工程中，某省电力公司在采用了最新型的抗冰闪复合绝缘子材料，大大提高了绝缘子的抗冰闪能力。此外，根据电网灾后恢复重建规划方案，在冰灾电网的抢修和重建过程中，设计院按照提高抗冰能力的新标准进行技改，增强抵御严重自然灾害的能力。(2)对输电线路覆冰的特点、机理进行深入观测和研究，绘制各地区输电线路覆冰雪分布图，研制有效的覆冰监测装置、防冰除冰措施和防覆冰舞动措施，制定积极有效的防止和处理冰害事故的应急对策，以尽量防止和减少冰害事故带来的灾害。（3）加强线路日常维护管理。对于易产生导线舞动区段，采取在导线上加装防舞动相间间隔棒或带可旋转线夹的导线间隔棒的措施4，对于重污覆冰区采取加装防冰闪型绝缘子。线路工区在输电线路认真细致地搞好日常维护工作。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。结束语综上所述，为防止高压输电线路覆冰，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，这样就从根本上加强了线路的结构强度，就像给人打了疫苗，增加了对疾病的抵抗力一样；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，采取措施，保证电力线路的安全运行，促进国民经济