寧 健

（中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司柳州局，廣西 柳州 545000）

0 引言

高壓輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它承擔(dān)著電力輸送的重要任務(wù)。然而，極端天氣條件下，如冰雪天或雨雪交加的惡劣天氣，輸電線路上不可避免地會出現(xiàn)覆冰現(xiàn)象，導(dǎo)致線路的供電能力受到嚴(yán)重制約[1-2]。覆冰導(dǎo)致輸電線路損壞的原因有很多，目前主要可以分為四種，分別是覆冰過荷載、覆冰舞動、脫冰跳躍和覆冰閃絡(luò)[3]。覆冰過荷載指的是輸電線路桿塔或?qū)Ь€在風(fēng)雪交加的情況下，積雪重量增加，所承受的荷載變大而導(dǎo)致斷裂的現(xiàn)象[4]。覆冰舞動是指輸電線路在覆冰情況下，桿塔或?qū)Ь€振動，導(dǎo)線與桿塔之間摩擦力發(fā)生變化，引起導(dǎo)線彎曲和振動，最終導(dǎo)致桿塔或?qū)Ь€的損壞[5]。脫冰跳躍是指輸電線路在冰雨或有霧氣的情況下，導(dǎo)線和桿塔周圍溫度較高，覆冰層熔化，而這時覆冰層又會因?yàn)楦邷卣羝a(chǎn)生冷卻，導(dǎo)致躍起，造成明顯的沖擊力，從而加劇桿塔或?qū)Ь€的彎曲和振動[6]。覆冰閃絡(luò)是指輸電線路在覆冰情況下，由桿塔或?qū)Ь€的電場強(qiáng)度變化導(dǎo)致的桿塔體或?qū)Ь€的電擊穿[7]。

本文對500 kV輸電線路覆冰故障原因和治理方法進(jìn)行了深入研究，通過對覆冰過荷載、覆冰舞動、脫冰跳躍和覆冰閃絡(luò)等不同現(xiàn)象的分析，結(jié)合實(shí)際情況，提出了一些可行的治理和預(yù)防措施，可以為提高輸電線路的安全性能提供一些參考。

1 常見覆冰故障及分析

冬季或早春，當(dāng)氣溫在-5～0 ℃、風(fēng)速在1～15 m/s時，如遇濃霧、降雨等情況，空氣濕度超過85%，冷的濃霧（粒徑較小的雨滴）、雨滴（粒徑較大的雨滴）落在輸電線路上會導(dǎo)致線路表面結(jié)冰。冰凍的雪花在下落過程中穿過溫暖層時往往會變濕并融化，如果降落在低于冰點(diǎn)（0 ℃）的輸電線路上，會以白色冰塊的形式覆冰。寒冷濃霧結(jié)成的覆冰稱為霧凇，冷雨滴結(jié)成的覆冰稱為雨凇，雪花凍結(jié)而成的覆冰稱為雪?。ㄒ步袧裱?。輸電線路有時會遇到隨氣流飄浮的不同粒徑的過冷水滴（霧和雨），在碰撞瞬間部分被濕潤，在輸電線路的迎風(fēng)面形成冰體，呈半透明狀，這種覆冰叫混合淞。目前常見的輸電線路覆冰故障主要有四種，分別是覆冰過荷載、覆冰舞動、脫冰跳躍和覆冰閃絡(luò)。

1.1 覆冰過荷載

覆冰過荷載是導(dǎo)致輸電線路故障的主要因素之一，主要包括自重荷載、風(fēng)荷載和附著力荷載三種類型。當(dāng)輸電線路覆冰積累到一定體積和重量之后，輸電線路導(dǎo)、地線垂直方向的荷載將會倍增，使得弧垂增大，導(dǎo)線對地間距減小，從而有可能發(fā)生閃絡(luò)事故?；〈乖龃蟮耐瑫r，在風(fēng)的作用下，兩根導(dǎo)線或?qū)Ь€與地之間可能相碰，會造成短路跳閘，燒傷甚至燒斷導(dǎo)線的事故。如果覆冰的重量進(jìn)一步增大，則可能超過導(dǎo)線、金具、絕緣子及桿塔的機(jī)械強(qiáng)度，使導(dǎo)線從壓接管內(nèi)抽出，或外層鋁股全斷、鋼芯抽出；當(dāng)導(dǎo)線覆冰超過桿塔額定荷載一定限度時，可能導(dǎo)致桿塔基礎(chǔ)下沉、傾斜或爆裂，桿塔折斷甚至倒塌。嚴(yán)重覆冰會造成導(dǎo)線、地線斷裂，桿塔倒塌，金具損壞。其中桿塔過荷載示例如圖1所示。

圖1 桿塔過荷載

1.2 覆冰舞動

覆冰舞動是指導(dǎo)線和桿塔之間的摩擦力變化以及導(dǎo)線和桿塔本身的振動所造成的作用力，集中在導(dǎo)線終端，導(dǎo)致導(dǎo)線發(fā)生彎曲和振動，最終導(dǎo)致桿塔或?qū)Ь€的損壞。覆冰舞動的主要原因是傳統(tǒng)的鋼絲絞線桿塔和鋼管塔的設(shè)計(jì)和施工難以抵御大風(fēng)和覆冰的作用力，從而使得導(dǎo)線產(chǎn)生較大的偏差和振動。

輸電線路舞動的發(fā)生通常取決于三個因素：風(fēng)激勵、線路結(jié)構(gòu)參數(shù)和線路覆冰不均勻。舞動造成的危害是多方面的，輕則造成閃絡(luò)、跳閘，重則導(dǎo)致設(shè)備和絕緣子損壞，絞線斷線，桿塔螺栓松動、脫落甚至倒塔等電網(wǎng)重大故障。易發(fā)生舞動的局部敏感區(qū)域主要是在風(fēng)口、開闊地帶、江河湖面等易于覆冰且風(fēng)激勵較強(qiáng)的地區(qū)。為防止輸電線路舞動，一般采取安裝相間間隔棒、線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒、雙擺防舞器、失諧擺、偏心重錘等防舞裝置的措施。

1.3 脫冰跳躍

脫冰跳躍是指輸電線路在雨雪交加的情況下，導(dǎo)線和桿塔周圍的溫度較高，覆冰層融化，當(dāng)這些融化的水滴落到地面時，又會因?yàn)橹車臏囟容^低而發(fā)生凝固，同時還會導(dǎo)致明顯的跳躍沖擊力。這些沖擊力會傳遞到導(dǎo)線和桿塔上，導(dǎo)致導(dǎo)線的彎曲和振動，最終造成桿塔或?qū)Ь€損壞。同時，不同期脫冰還會引起導(dǎo)、地線跳躍，相互接近，發(fā)生放電；導(dǎo)線跳躍，引起耐張塔引流線與橫擔(dān)接近，發(fā)生放電；懸垂絕緣子串偏移，碰撞橫擔(dān)等。其中導(dǎo)線不同期脫冰示例如圖2所示。

圖2 導(dǎo)線不同期脫冰

1.4 覆冰閃絡(luò)

覆冰閃絡(luò)是指導(dǎo)線和桿塔之間的電場強(qiáng)度發(fā)生變化時，導(dǎo)線和桿塔發(fā)生放電現(xiàn)象。這種放電現(xiàn)象可以穿透覆冰層和絕緣層，同時還會破壞或腐蝕導(dǎo)線加強(qiáng)件、桿塔表面的涂層等。隨著輸電電壓的增加，覆冰閃絡(luò)的危害也在逐漸擴(kuò)大。在融冰過程中，冰層表面水膜具有較高的電導(dǎo)率，增大了泄漏電流；同時，冰凌間隙會引起絕緣子串電壓分布及單片絕緣子表面電壓分布的畸變，降低覆冰絕緣子串的閃絡(luò)電壓；閃絡(luò)過程中持續(xù)電弧會燒傷絕緣子，引起絕緣子絕緣強(qiáng)度下降。在低溫潮濕且導(dǎo)線周圍空氣中存在一定鹽分時，覆冰閃絡(luò)發(fā)生的概率更大。覆冰閃絡(luò)示例如圖3所示。

圖3 覆冰閃絡(luò)

2 覆冰檢測技術(shù)

檢測輸電線路覆冰情況，對預(yù)防輸電線路因器件過熱、過載、開路等原因發(fā)生火災(zāi)或爆炸等重大事故起著關(guān)鍵作用。目前輸電線路覆冰大多采用人工巡視的檢測方式，但這種方式存在著維護(hù)成本高、人員安全性得不到保障等問題。為提高檢測效率和安全性，應(yīng)綜合運(yùn)用現(xiàn)有的輸電線路覆冰檢測技術(shù)，包括常規(guī)檢測方式和先進(jìn)檢測技術(shù)。

2.1 常規(guī)檢測方式

常規(guī)檢測方式包括巡視、紅外檢測、視頻監(jiān)控等。其中，巡視是目前應(yīng)用最廣泛、效率最高的一種方法，但這種方法人工成本較高，且人員安全性得不到保障。紅外檢測是一種針對輸電線路覆冰問題的非接觸式檢測方法，其優(yōu)點(diǎn)在于無須直接接觸輸電線路，缺點(diǎn)是檢測結(jié)果受天氣和設(shè)備本身性能影響較大。視頻監(jiān)控也是一種常用的檢測方式，但其受監(jiān)控設(shè)備的安裝位置和視角影響較大。

2.2 先進(jìn)檢測技術(shù)

現(xiàn)階段，涌電流法、微波檢測法和雷達(dá)檢測法等先進(jìn)檢測技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于輸電線路覆冰情況檢測。涌電流法主要是基于線路放電的波形特征進(jìn)行判讀，其缺點(diǎn)在于有很大誤差，需要多次檢測來得到準(zhǔn)確結(jié)果。微波檢測法主要是根據(jù)星載微波輻射計(jì)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，可以有效提高檢測效率。雷達(dá)檢測法是目前應(yīng)用最廣泛的一種先進(jìn)檢測技術(shù)，其主要原理是利用雷達(dá)得到的回波信號來分析覆冰的密度、厚度等參數(shù)，進(jìn)而得到覆冰的具體情況。

3 覆冰故障的治理

3.1 應(yīng)用止振措施

為了解決覆冰故障帶來的影響，可以對現(xiàn)有的高壓輸電線路進(jìn)行改進(jìn)。近年來，一些針對高壓輸電線路的止振措施已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際工程中，例如通過增加減振器以及優(yōu)化鋼管桿架結(jié)構(gòu)等方法，來減輕高壓輸電線路的振動程度。

3.2 應(yīng)用覆冰保護(hù)層

覆冰保護(hù)層的應(yīng)用可以有效避免覆冰過荷載等故障的發(fā)生。覆冰保護(hù)層大多采用輕質(zhì)材料制成，例如泡沫塑料、塑料等，可以在不影響輸電線路的情況下，在導(dǎo)線或桿塔表面形成一定的絕緣層，以防止覆冰過荷載的發(fā)生。

3.3 輸電線路脫冰

輸電線路脫冰方式主要可以分為機(jī)械脫冰、熱力脫冰和化學(xué)脫冰三種類型。

（1）機(jī)械脫冰：機(jī)械脫冰是一種傳統(tǒng)的脫冰方式，主要是利用機(jī)械力量清除覆冰。其優(yōu)點(diǎn)在于脫冰效率高、成本較低，但也存在著安全性較差、可能對輸電線路造成損傷等缺點(diǎn)。

（2）熱力脫冰：熱力脫冰是一種利用熱能清除冰雪的方法。其優(yōu)點(diǎn)在于可以快速融化冰雪，缺點(diǎn)是能量消耗較大，脫冰設(shè)備占地較大，成本較高。

（3）化學(xué)脫冰：化學(xué)脫冰是通過吸附、溶解、分解等作用清除覆冰的一種方式。其優(yōu)點(diǎn)在于脫冰效率高、占地面積小，缺點(diǎn)是對環(huán)境有一定的污染性。

下面介紹三種常見的脫冰技術(shù)：爆炸脫冰、人工摘冰和除冰機(jī)器人脫冰。

（1）爆炸脫冰：爆炸脫冰是通過爆炸產(chǎn)生的熱能清除覆冰的一種方式。該技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于輸電線路覆冰治理中，由于該方法溫度較高，冰雪可以快速溶解并脫落，所以效率很高。但這種方法需使用可控爆炸措施，存在一定的危險性，因此，在采用該技術(shù)時，必須采取安全措施，以確保人員和設(shè)備的安全。

（2）人工摘冰：人工摘冰是一種比較傳統(tǒng)的脫冰方法。其工藝簡單、成本低，但工作強(qiáng)度高，因此不適合大面積使用。此外，這種技術(shù)存在安全隱患。因此，在實(shí)施時，應(yīng)根據(jù)具體情況合理選擇。

（3）除冰機(jī)器人脫冰：輸電線路除冰機(jī)器人如圖4所示。除冰機(jī)器人能夠在輸電線路上自主行走，并通過攜帶的機(jī)械除冰裝置清除線路上的覆冰。除冰機(jī)器人具有跨越防振錘及壓接管的能力，并能通過行走保護(hù)裝置防止脫線。其攜帶了攝像機(jī)和機(jī)械除冰裝置，攝像機(jī)用于檢測線路設(shè)施覆冰及周圍通道情況，機(jī)械除冰裝置用于清除線路覆冰。除冰機(jī)器人和地面基站之間采用無線通信方式，地面基站對機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)具有遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測能力。除冰機(jī)器人采用鋰電池和汽油機(jī)復(fù)合動力供電，以確保除冰過程中的大功率輸出要求。

圖4 除冰機(jī)器人

3.4 定期檢測和維護(hù)

定期檢測和維護(hù)是減少覆冰故障的重要措施。通過定期檢查輸電線路桿塔和導(dǎo)線的附屬設(shè)施，及時發(fā)現(xiàn)并修補(bǔ)可能存在的故障，可以最大程度地排除故障隱患。

4 結(jié)束語

輸電線路在冬季容易出現(xiàn)覆冰現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備過荷載、振動過大、覆冰閃絡(luò)等問題。為保障電網(wǎng)的正常運(yùn)行，必須對輸電線路的覆冰故障進(jìn)行有效治理和預(yù)防。本文分析了500 kV輸電線路覆冰故障的發(fā)生原因及其影響，并介紹了覆冰常規(guī)檢測方式和先進(jìn)檢測技術(shù)，以及機(jī)械脫冰、熱力脫冰和化學(xué)脫冰等脫冰方式，其中重點(diǎn)介紹了三種常見脫冰技術(shù)：爆炸脫冰、人工摘冰和除冰機(jī)器人脫冰，并分析了其特點(diǎn)和適用范圍，可以為提高輸電線路的安全性能提供一些參考。