甘孜电网线路防冰问题分析

甘孜电网线路防冰问题 分析

陈伟

国网四川省电力公司甘孜供电公司 四川 康定 626000

摘要：甘孜州冰雪天气持续时间长，冰雪对电力线路的威胁较大，轻则短路跳闸，重则倒杆（塔）断线。冰雪天气抢修困难，容易造成电网较长时间停电。近年来，受气候影响，极端天气增多，气候异常造成电力线路损坏，造成停电事件，安全可靠供电变得困难重重。电力线路在运维中如何应对冰雪带来的威胁，值得深入分析研究。

关键词：电力线路；应对冰雪；分析研究

一、冰雪对线路设备的危害

1.1 超线路额定载荷

冰雪天气下，覆冰体积在线路上不断增大，质量不断增重，超过导线、绝缘子、横担及杆塔的机械承受强度，导致铝股断裂或使导线从压接处脱落，造成导线脱落或断线。若覆冰超过杆塔设计载荷时，有导致杆塔倾斜或断裂，杆塔基础沉降，甚至发生倒杆塔。

1.2 发生线路跳闸

线路在覆冰情况下增重，使导线弧垂增大，安全距离变小，可能造成闪络，电弧可能击穿绝缘子。对地距离和相间距离减小，风力偏大，可能发生短路事件。

二、线路冰雪风险预警

2.1冰雪风险预警的意义和作用

通过对线路和气象变化的密切监测，分析风险等级，提供线路覆冰数据支撑，及时发布风险预警，确保线路运维人员及时制定应对措施，保证线路稳定可靠安全运行。

2.2 冰雪预警的模型运用

建立覆冰状态监测、气象数据分析、导线温度、力学参数和泄漏电流的监测模型，对线路径向、轴向倾角，承载质量进行动态监测，结合风速、风向、温度、湿度数据，分析覆冰发展趋势。通过监测绝缘子泄漏电流，根据电气数据变化，判断覆冰对线路运行的影响。

2.3 覆冰风险预警系统

通过对气象信息收集和线路覆冰情况进行动态监测，将信息通过相关渠道汇总进行综合分析，判断线路覆冰情况发展趋势和影响后果，发出相应预警信号。覆冰风险预警系统分为监测端、通信网、主站端，由各类数据采集器、信号处理器构成，对拉力、温度、风速、风向、压力、电流等参数进行系统收集。通过通信网络和模型分析系统进行信息处理和建模分析，动态构建线路覆冰情况并发出相应预警信息，通过可视化界面反应目前线路覆冰情况。

2.4覆冰风险预警功能运用

在冰雪天气给线路运维和监控人员提供动态实时的覆冰信息和预警等级，为线路覆冰后的处理措施提供数据支持。线路覆冰体积与线路受力成正相关，覆冰数据与气象信息成相关性，为覆冰处理提供统计信息和措施决策支撑。

三、线路覆冰和融冰原理

3.1覆冰分类

线路覆冰因其形成过程和地处环境不同，物理特性也各有不同，其对线路的影响程度也不同。按形成条件可分为雨凇、混合淞、软雾凇、白霜、雪和冻雨。按影响程度，对线路系统运维危害可分为积雪和覆冰两种情况。线路覆冰分为雨凇、雾凇、混合凇和白霜。积雪可分为湿雪和干雪。

3.2线路覆冰的因素

影响线路覆冰的气象条件有四种，分别是空气中冷却水滴直径、液态水含量、风速风向和空气温度。甘孜州线路覆冰主要发生在10月至次年4月，尤其在入冬期间和倒春寒期间覆冰的概率较高。甘孜州12月至3月气温低、湿度偏高，线路覆冰情况较为明显。在受风条件较好和空气水分较多的地方，如山腰、海子等有充足水汽的地点，时有覆冰现象发生。甘孜州地处高海拔地区，一般海拔越高，越容易覆冰，覆冰也愈厚。线路走向与覆冰也有关系，风向与线路轴线呈垂直角度，线路覆冰会更严重。线路的直径、强度、电流大小对覆冰形成都有影响。

3.3线路覆冰的原理

空气中的冻雨或雪花降落在零度附近时，线路表面将形成覆雪或者覆冰。过冷水汽一旦与线路接触，就可能会冻结。空气中过冷的云或者雾气与线路接触可能冻结形成冰。覆冰情况取决于风速、湿度等气象情况，有过冷水滴的存在，就有可能形成云中覆冰，在海拔高的甘孜州时有出现。

3.4线路融冰模型

针对覆冰从线路融化脱落，建立圆柱形不均匀融冰模型和椭圆形融冰模型进行分析。由于圆柱形融冰模型没考虑冰层的导热和线路温度，椭圆融冰模型没考虑外部机械力和水膜厚度、导热等情况，因此两个模型数据需互补分析。实验表明：线路覆冰在电流的热作用下，与线路接触的冰逐渐融化，但冰有微小空隙，融化后的冰水流失后，在冰的重力作用下，线路与冰层的接触面不均匀，融冰也是不均匀的。

3.5融冰方式和时间

融冰可利用短路电流的方式进行，在通电流前需要停电准备，使线路温度达到与环境温度一致。线路通电流后发热温度升高，热量将融化部分覆冰，考虑融冰过程中存在的热损失，包含覆冰表面自然对流的热损失和风对流的热损失。线路融冰的条件是线路电流大于临界融冰电流。融冰过程中，线路与覆冰的实际热传递，冰面温度的变化，必须保证部分覆冰融化成水离开线路，虽然一部分冰从线路上脱落但并未完全融化，剩余覆冰层是不均匀的，冰层的平均温度仍可以用膜温度表示，融冰时间、冰面温度和临界融冰电流可以建立函数模型计算。融冰时间与线路覆冰厚度基本呈线性关系，线路覆冰越厚，线路直径越小，对融冰的时间影响越大。环境风速、融冰电流因素等，在-1度至-3度之间，不同线路融冰时间随环境温度降低而增加的趋势差异较大。在设计短路电流融冰时，线路的融冰电流、保线电流和线路最大允许电流应首先确定，融冰电流需小于最大运行电流，在恶劣天气时，可考虑将线路电流提升到保线电流，以确保最大限度加快融冰。

3.6融冰容量和功率要求

甘孜州线路为交流输电，需考虑交流线路集肤效应，其发热功率主要因素为电阻。交流发热功率P可表示为：P≈I²R。交流线路除电阻外，还需考虑电容和电感，受电源容量限制，短路电流融冰线路不长时，可只考虑线路感抗。融冰的最小电源容量在临界融冰条件下需要系统提供电源容量，交流融冰需要系统提供有功功率外，还需提供无功功率。

四、线路交流融冰技术

4.1交流短路融冰

线路交流短路电流进行融冰，因电压等级不同而有所不同，需要选择合适的电气距离和提供足够的无功补偿，但需确保电压在设计标准范围内，对于大截面导线，由于需要短路电流大，需要大量的无功设备。在架空线路覆冰耐张段采用分裂导线，分裂导线可以彼此形成独立电流回路，使线路覆冰耐张段在带负荷运行的情况下实现融冰是可行的。基本方法可利用变电站母线作为电源，220kV线路可采用110kV母线提供电源，把110kV电压加在线路上，线路电流达到融冰电流值，让线路在较大电流下融冰。有发电机条件的，采用发电机零起升流，需综合考虑适合高压侧电压的升压变压器，可将发电机经升压变压器连接在线路上，零起升流产生交流电流进而对线路进行融冰。考虑机械方法除冰，线路必须断电，工作强度大、效率低、危险性高，对电网系统的有效运行有较大影响。因此，分析研究一种切合实际，符合当地条件方便快捷，可带电除冰的融冰方法是很有探索价值的。

四、结束语

综上所述，严重冰灾对线路长时间、大面积停运造成极大威胁，电力公司在采取应对措施，防覆冰方面取得了积极进展。通过科学分析和创新实践对线路防覆冰进行积极探索和研究，为线路安全可靠运行提供技术支撑，提高线路抵御覆冰的能力。为促进甘孜州电网防覆冰技术成果的大力应用，满足当地线路防覆冰的实际需求，进行系统性的总结和探索，最大程度减小覆冰对电力线路的影响。

参考文献：

[1]张昕宇.输电线路覆冰机理浅析.江西电力,2008，32(2):46-48.

[2]付显明.输电线路覆冰危害分析及防范措施.湖南电力,2006(26):63-64.

[3]张利.市级配电网规划风险评估与规避策略研究[D].北京：华北电力大学,2012.

作者介绍：

陈伟（1985.08.25）男；籍贯:四川资阳人；汉族；学历:硕士研究生；

职称：工程师；职务：员工；单位:国网四川省电力公司甘孜供电公司。