对赣南地区架空送电线路的覆冰问题研究

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　　摘要：该文通过对赣南地区覆冰情况的介绍，从其覆冰成因、理论分析、计算方法和设计运行经验等方面，介绍赣州局处理覆冰问题的有效措施。总结六十年代冰害事故教训，认真调查气象，合理划分冰区。采取“避、抗、改”等反事故措施，从新建线路设计入手处理覆冰问题，提高输电线路供电安全性、可靠性，提高经济效益。
　　关键词：赣南地区；架空送电线路；覆冰；研究；
　　0前言
　　前言架空送电线路覆冰是一种分布相当广泛的自然现象。赣州市位于江两省南部（以下简称赣南）山川纵横，气象复杂，每年冬季和初春季节，南北暖冷气流交汇，易产生坚实的雨凇，便易形成电线覆冰。线路覆冰对赣南电网安全运行威胁很大。江西赣州供电公司负责运行的220kV送电线路长为423公里，ll0kV送电线路长为1317公里，解决好线路覆冰问题，是提高线路的运行可靠性、经济性重要课题之一。
　　1．送电线路覆冰的成因
　　赣南地区地处武夷山脉西麓，每年的严冬和初春季节，由于北方的冷空气与南方暖空气交汇后，一般暖气团沿冷气团强迫抬升时，其所含的大量水份，不断冷却凝结，形成雾或毛毛雨。若冷气团较强，气温降低，暖气团所析出的大量水汽升至0℃线以上，就会形成冰品、雪花或冷却水滴。如果冷气团向南贴近地面插在暖气团下面，使大气中出现了逆温现象。从地面向上，温度先是在0℃以下，往上温度反而升高至0℃以上，再往上气温又降至O℃以下，再继续向上就达到了凝结高度。高度在0℃线以上的过冷却水滴、雪花和冰晶，在下降过程中穿过气温在0℃以上的气层时，过冷却水滴的温度有所回升，雪花和冰品融化。在继续下降，又进入温度在0℃以下的气层，此时，大的过冷却水滴多半遇到可作为凝结核的尘埃而变成冰粒落至地面，形成“雪子”。较小的过冷却水滴，因球径过小，表面张力很大，难以改变其结构，也难遇到作为凝结核的尘埃，虽然温度在0℃以下却仍以过冷却水滴落至地面，形成“冻雨”。这种过冷却水滴很不稳定，一旦碰到较冷的导线（或避雷线），由于碰撞振动可使过冷却的液态水立即变成固态水（冰）；同时，碰撞使水滴发生形变，水滴表面弯曲程度减小，表面张力也相应减小，而电线的表面又可起到类似凝结核的作用，使水滴有所依附，于是形成电线覆冰。
　　赣州的气象条件属子典型II类气象区，易达到电线覆冰的形成条件：具有足以可能冻结之气温（一般10～-2℃）；同时又具备相当的湿度，即空气相对湿度大（一般在90℃以上）；覆冰的风速一般为2～7米／秒。
　　2影响送电线路覆冰的因素
　　赣州电网第一条送电线路一一上犹江电站～赣州变电站ll0kV送电线路始建于一九五四年，通过对现运行的四十五条ll0kV及以上送电线路调查，均发生过不同程度的覆冰现象对不同线路或同一条线路的不同运行环境下的覆冰情况分析，得出如下结论：线路覆冰的轻重与地形地貌、地理环境、海拔高度、风速风向、电场及负荷电流、导线粗细等因素有关。
　　海拔高度对电线覆冰的影响。相同的地理环境下，山顶覆冰比山脚重，海拔高的地方比海拔低的地方严重。在赣南地区海拔高度超过400米的送电线路均应考虑到覆冰影响，超过800米高山地区的送电线路，一般都应按重冰区设计。
　　
　　
　　如运行在龙南县境内的ll0kV大岿线、岿龙线、安远县境内的ll0kV安寻线，信丰县境内的ll0kV沙信线、高龙线和220kV虎金线，兴国县境内的ll0kV万兴线和兴宁线，宁都县境内ll0kV宁瑞线和宁石线，赣县境内得的l0kV虎于线和220kV万虎I、II线等多条线路均发生过较严重的覆冰。
　　江湖水体对电线覆冰的影响。赣南是水资源比较丰富的地区。在大余梅岭山区（陡水水库）、赣江流域，有充足的水汽来源，由于水蒸汽的作用，在冬季的山顶经常会出现覆冰现象。运行在上犹县境内的ll0kV龙黄线、上崇线是典型受江湖水体影响，在超过500米海拔地区就出现严重的覆冰了。
　　风向对电线覆冰也影响很大。运行在山区线路，由于地形作用，当风向和线路垂直时，积冰比较严重；风向与电线平行时（风向与线路夹角为0o），就大大减弱覆冰的形成。西南电力设计院在某一地区（离地面15m）做积冰试验，研究了风与电线交角和冰厚的关系。南北方向电线和东西方向电线的冰厚分别记为bs、be，二者之比为kθ，风向与南北电线的交角为θs，θs<90ｏ。取d=22mm雾凇覆冰厚度超过l0mm的记录为1 6次记录，按风速分组，计算每次覆冰的kθ=bs/be及相应的θs，对于每组分别统计θs >45。和θs <45。情况下的kθ的平均值k平列于下表。kθ表示θS大小所造成的k平的偏差。从表中可以看出，风与电线交角超过45o的冰厚比交角小于45o的要大4～26%虽然我们未对覆冰进行细致的研究，但这种结果同赣南地区观测站统计数字基本一致。
　　
　　
　　 电场及负荷电流对覆冰的影响。电场在引向导线的水滴上产生两极和吸引力。虽然水滴内的电荷随交流电压而变化，但作用力永远是一个引向导线的吸引力。由于电场对雾滴和毛毛雨所产生的吸引力，能导致空气层有效厚度的增加，故增加了导线上的冰荷重。从国内外一些部门对覆冰的观测结果看，带电线路的覆冰厚度较大，不带电线路覆冰厚度较小，这是雾滴受导线电场吸引力的结果，由此可见，电场对导线覆冰的影响是不可忽视的。但同时也应考虑到，线路负荷电流增大，使电线发热并维持表面温度在0℃以上，这样即使有过冷却水滴碰撞电线，也不能在电线表面冻结，达到自然防冰的效果。这种维持电线表面温度0℃的电流称为临界负荷电流，其临界点随气温、风速的变化而不同。
　　其他因素对电线覆冰的影响。通过对相同运行环境的不同线径、不同负荷电流线路比较，线路的线径和负荷电流对电线覆冰存在一定的影响，覆冰随着线径增大而变得严重，线径达到一定值后，就反而减轻了。
　　3．处理重冰区送电线路的几点措施
　　根据赣南地区地形地貌特征和线路覆冰的实际情况，采取了“避”、“抗”、“融”、“改”、的具体措施，并取得了明显效果。
　　针对新建线路，避开重冰地带，从设计源头抓起。去赣州市气象台收集资料，使用新版《1980～2000年赣州市气象资料》。充分利用线路维护站多、护线员分布较广的优势，深入现场调查研究，认真听取当地老表对沿线电力线、通信线路冻冰情况汇报，并会同各部门的技术人员现场踏勘、核实，综合分析，合理划分冰区和确定具体覆冰厚度。二OOO年起，赣州供电公司就开始对新建送电线路的初设路径进行“号脉”，详细分析线路走向，考虑重冰的特点，严格按照《重冰区架空送电线路设计技术规程》进行设计，尽量避开最严重的覆冰地段或避重走轻，尽量避丌横跨垭口、风道和通湖泊、水库等容易覆冰的地带；应避免沿山岭通过时的阴面走线；避免把转角点设立在突出开阔的山脊或分水岭上，减少覆冰机遇（或减轻覆冰程度）。为防止覆冰及脱冰跳跃时钢芯铝绞线断线、断股现象，在设计中在重冰区使用加强型导线。通过在安远～寻乌ll0kV重冰段(109#～146#)使用LGJ-120/70型加强型钢芯铝绞线，通过几年的运行，反映较好。
　　针对已建线路，采取调整杆塔型式，增强线路抗冰能力。根据送电线路具体情况，提高其抗冰能力。通常做法有：对档距较大的重冰段，采取增加杆塔，缩小档距的措施，增加导地线的过载能力，减轻杆塔的荷载；提高直线杆的垂直档距，将直线杆改为耐张杆或直线塔。如110kV宁瑞线重冰段183#直线杆改为耐张杆；110kV万兴线重冰段58#线直线杆改为耐张杆；最严重段50#～54#全部使用铁塔，大大提高的线路抗冰能力；不在考虑对该线路进行融冰措施，提高了线路运行质量和经济效益。

　　对改造费用大的已建线路，采用融冰措施。对于抗冰改造费用大、融冰设施保持完好的送电线路，采用融冰方式解决覆冰危害。江西赣州供电公司在每年十二月中旬至次年的二月底定为防冻期，由安全生产科技部负责R常组织技术工作，并成立相应的组织机构。及时准确地掌握重冰区线路的覆冰及当地气象情况，加强监视、调配重冰线路负荷，采用短接线的方法，达到融化覆冰的目的。公司采用融冰方式处理覆冰问题的线路有ll0kV大岿线和ll0kV岿龙线。
　　将已建线路改造，避开严重覆冰地段。具体分析线路情况，对于那些山区地形复杂，“微地形”引起的局部性重冰地段的短线路，一般只发生在翻越分水岭、横跨峡谷、风口等地段，有时只有几档线路覆冰较重的送电线路，采用改道方式，抗冰方案更为经济合理。例如ll0kV金高I线和ll0kV金龙I线对其重冰段进行抗冰改造，取得了良好的效果。
　　4．重冰区送电线路综合效益分析
　　送电线路设计中，提高设计标准（降低单杆／双杆比例、砼杆／铁塔比例等措施）使线路运行的可靠性增加，运行所需的备品备件、检修材料及人工费用等将减少，但线路的建设投资及设计、研究费用将增加；降低设计标准，虽然送电线路本体建设费用有所减少，但在处理覆冰方面投入的人力物力以及融冰设备、因为线路停电所造成的损失将大大增加。二者既是矛盾的，又是统一的。
　　下面用江西赣州供电公司二OO一年投运安远～寻乌ll0kV送电线路工程的三个方案做一下经济比较：
　　I方案、线路按地形和现场调查，海拔高度在400米以下地势相对平缓地段覆冰按b=5mm设计；海拔高度在400～800米山地及个别微地形地区覆冰按l0mm设计，海拔高度在800米以上的地带按b=20mm．气象选用全国典型II类气象区。导线在普通段(b=5mm或b=l0mm)选用LGJ-120/20型普通钢芯铝绞线，地线配用GJ-35镀芯钢绞线，重冰段(b=20mm)导线选用LGJ-120/70型普通钢芯铝绞线，地线配用GJ-50镀芯钢绞线。普通段砼杆和铁塔混合线路，重冰段全部使用铁塔。
　　II方案、线路全线按普通段设计，气象选用全国典型II类气象区（覆冰b=5mm），导线选用LGJ-120/20型普通钢芯铝绞线，地线配用GJ-35镀芯钢绞线，砼杆和铁塔混合线路。考虑在重冰区段设立规范的覆冰观测站；并在距重冰段较近的寻乌变电站内设计融冰柜设备及相应的工具器材。
　　III方案、采取避开重冰区段，增加线路长度的方法走线，全线按普通段设计，气象选用全国典型II类气象区（覆冰b=5mm），导线选用LGJ-120/20型普通钢芯铝绞线，地线配用GJ-35镀芯钢绞线，砼杆和铁塔混合线路。按照上述三方案的设计原则，对ll0kV安寻线109#～146#段不同方案进行如下对照，
　　
　　
　　结论
　　输电线路的覆冰问题是影响输电线路安全运行的主要问题之一。我们通过对覆冰成因、覆冰计算、覆冰危害及覆冰防治等方面分析，加深对覆冰的认识与了解，降低覆冰对输电线路的破坏，解决这一问题。
　　根据赣南电网运行经验，从设计源头抓起，从初步设计开始，根据线路走向的特点，通过对不同方案进行比较、对照，综合经济效益的分析，从中选取最优路径方案。在施工设计中，根据工程的具体情况，具体分析，权衡利弊，从工程一次性投资的造价和线路长期运行成本两方面进行分析，全面地对各种方案进行综合比较，作出最佳决策。
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