输电线路覆冰的危害及防护

文章编号：１００３－８３３７（２００６）０２－００１２－０３

ＩＮＥＵＬＡＴＯＲＳＡＮＤＳＵＲＧＥＡＲＲＥＳＴＥＲＳ２００６Ｎｕｍｂｅｒ２（Ｓｅｒ．№２１０）

输电线路覆冰的危害及防护

李政敏，庾振平，胡琰锋

（西安供电局送电工区，陕西西安７１００３２）

摘要：输电线路覆冰可引起导线舞动、杆塔倾斜、倒塌、断线及绝缘子闪络等问题。要减

轻导线覆冰带来的危害，在新建线路时，首先要充分掌握该地区的冰雪情，并仔细研究输电走廊的微气候、微地形，尽量避开重冰区；无法避开时，应在重冰区采取抗冰设计。为加强已有线路的抗冰害能力，应视具体情况区别对待，可增大爬电距离，改善绝缘子伞裙结构，在绝缘子表面涂憎水涂料以及对杆塔横担和绝缘子进行清扫，这些都是解决覆冰绝缘子冰闪的有效方法。最后，简述了应用在输电线路中的除冰技术。

关键词：导线覆冰；绝缘子冰闪；抗冰设计；除冰技术

中图分类号：ＴＭ７２６

文献标识码：Ｂ

ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＬｉｎｅＲｅｇｅｌａｔｉｏｎＨａｒｍａｎｄＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ

ＬＩＺｈｅｎｇ－ｍｉｎ，ＹＵＺｈｅｎ－ｐｉｎｇ，ＨＵＹａｎ－ｆｅｎｇ

（ＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＢｕｒｅａｕｏｆＸｉ’ａｎ，Ｘｉ’ａｎ７１００３２，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｒｅｇｅｌａｔｉｏｎｍａｙｃａｕｓｅｃｏｎｄｕｃｔｏｒｇａｌｌｏｐｉｎｇ，ｐｏｌｅｌｅａｎｉｎｇｏｒｃｏｌｌａｐｓｅ，

ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｂｒｅａｋｉｎｇｏｒｉｎｓｕｌａｔｏｒｆｌａｓｈｏｖｅｒｅｔｃ．Ｆｏｒｒｅｌａｘｉｎｇｈａｒｍｃａｕｓｅｄｂｙｃｏｎｄｕｃｔｏｒｒｅｇｅｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅｉｃｅａｎｄｓｎｏｗｓｉｔｕａｔｉｏｎａｔｎｅｗｌｉｎｅｓｉｔｅｓｈａｌｌｂｅｋｎｏｗｎ，ａｎｄｔｈｅｍｉｃｒｏｃｌｉｍａｔｅａｎｄｇｅｏｇｒａｐｈｉｃｍｉｃｒｏ－ｆｅａ－ｔｕｒｅｓｏｆｌｉｎｅｒｏｕｔｅｓｈａｌｌｂｅｃａｒｅｆｕｌｅｖａｌｕａｔｅｄ．Ｔｈｅｈｅａｖｙ－ｉｃｉｎｇａｒｅａｓｈａｌｌｂｅｄｅｔｏｕｒｅｄ．Ｉｎｃａｓｅｉｆｉｔｉｓｎｏｔｐｏｓｓｉｂｌｅ，ｔｈｅｄｅｉｃｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｓｈａｌｌｂｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ．Ｆｏｒｓｔｒｅｎｇｔｈｉｎｇｒｅｌｅｇａｔｉｏｎ－ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｂｉｌｉｔｙｏｆａｅｘｉｓｔｉｎｇｌｉｎｅ，ｓｏｍｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｅｃａｎｂｅａｄｏｐｔｅｄｓｕｃｈａｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｃｒｅｅｐａｇｅｄｉｓｔａｎｃｅ，ｉｍｐｒｏｖｉｎｇｉｎｓｕｌａｔｏｒｓｈｅｄｐｒｏｆｉｌｅ，ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｃｏａｔｉｎｇｏｎｉｎｓｕｌａｔｏｒｓｕｒｆａｃｅ，ａｎｄｐｅｒｉｏｄｉｃｃｌｅａｎｉｎｇ．Ｄｅｉｃｉｎｇｔｅｃｈ－ｎｏｌｏｇｙｗａｓａｌｓｏｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｉｎｅｒｅｇｅｌａｔｉｏｎｈａｒｍ；ｉｃｅ－ｆｌａｓｈｏｖｅｒ；ｄｅｉｃｉｎｇｄｅｓｉｇｎ；ｃｌｅａｒｉｎｇｉｃｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

０

前言

在输变电工程中，导线覆冰现象较为普遍，输

北方地区虽然气温低，但因气候干燥，所以较少出现重覆冰。即使偶尔出现，也由于覆冰量很少，对送电线路不构成太大的威胁，在冬季，有高空西南暖湿气流的长江以南高海拔地区受覆冰灾害影响较严重。

电线路覆冰引起的故障严重地影响了电力系统的正常运行。覆冰可以引起导线舞动、杆塔倾斜、倒塌、断线及绝缘子闪络，从而造成重大事故。导线覆冰是一个复杂的过程，覆冰量与导线半径、过冷水滴直径、含风量、风速、风向、气温及覆冰时间等因素有关。根据全国覆冰情况的统计数据，发现

收稿日期：２００６－０１－１２

１

导线覆冰的危害

根据对我国输电线路覆冰事故的分析，覆冰线

路的危害可以归纳为以下４类。

作者简介：李政敏（１９７１－），男，陕西渭南人，工程师，主要从事送电线路检修工作。

・!\"・

２００６年第２期电瓷避雷器（总第２１０期）

１．１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，从而有可能发生闪络事故。弧垂增大的同时，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。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。

用及线路结构与参数。

２

输电线路抗冰设计

气象要素是确定在一定区域内能否形成导线覆

冰、形成什么种类的覆冰和形成多大的导线覆冰的基本条件，要有效地预防输电线路覆冰，应该搜集分析本地区历年冰雪情资料，积极开展冰雪情观测与预测工作。输电线路覆冰是一种地域性很强的自然现象，气候起决定性的作用，而且同一地区不同的微地形、微气候差别也很大，使得输电线路走廊的覆冰因素千差万别。只有得到长期的详细的气象资料才能准确地把握输电线走廊的覆冰情况。

１．２相邻档不均匀覆冰或不同期脱冰造成的事故

输电线路相邻档不均匀覆冰或不同期脱冰都会产生张力差，使导线在线夹内滑动，严重时导线外层铝股在线夹出口处全部断裂、钢芯抽动，造成线夹另一侧的铝股拥挤在线夹附近。邻档张力的不同，还会导致直线杆塔承受张力的能力变差，悬垂绝缘子串偏移很大，碰撞横担，造成绝缘子损坏或破裂；也可使横担转动，导线碰撞拉线，烧伤或烧断拉线，杆塔在失去拉线的支持后倒塌。不同期脱冰使横担折断或向上翘起，地线支架破坏，因覆冰不均匀使横担扭转。

２．１新建线路的抗冰设计

对于新建的输电线路，要根据已掌握的气象资料，合理划分冰区，选取不同的设计冰厚进行线路设计，力求做到确保线路安全运行而又不过分增加线路的造价。输电线路经过的各种地势、微气候及微地形的差别较大，沿线冰雪情不会一致，故不能只采取一个冰厚设计值。为了确保重冰段的安全，应在搜集到的气象资料的基础上，结合线路所经过地区及周围地形、地物情况、相对高差、路径走向及覆冰时的风速、风向、湿度等进行综合分析，合理划分冰区和确定相应的冰厚设计值。

新建线路在路径选择上，应力求避开严重覆冰段，并做到线路应沿起伏不大的地形走线；线路应避免横跨垭口、风道和通过湖泊、水库等易于覆冰的地带；线路翻越山岭时不应采取大档距、大高差；线路沿山岭通过时宜沿覆冰时的背风坡走线。

当线路无法避开重冰区时，应采取抗冰设计。如减小杆塔之间的间距，减轻杆塔荷载，杆塔间距尽量均匀；对于地形限制必须采取较大档距时，宜制成耐张段或采取其他措施；重冰区线路每隔若干基增设一基抗串耐张塔；导线可采用机械强度较高的钢芯铝合金或铝包钢绞线，并采用预绞丝护线条保护导线，防止重冰区线路由于不平衡力作用和脱冰跳跃振动而损坏导线；对于垂直档距较大的杆塔，采用双线夹以增加线夹出口处导线的弯曲强度；对于多分裂导线，可以减少分裂导线数，以降低线路总的覆冰载荷；对覆冰易舞动区，加装失谐摆和集中防震锤等防舞动装置，导线舞动；增大绝缘子串长度，改善绝缘子串伞形结构及布置方式来提高防冰闪能力，也可以考虑采用复合绝缘子，由

・!\"・

１．３绝缘子串覆冰造成频繁冰闪事故

冰闪是污闪的一种特殊形式，绝缘子在严重覆冰的情况下，大量伞形冰凌桥接，绝缘强度降低，泄漏距离缩短。融冰过程中，冰体或者冰晶体表面水膜很快溶解污秽中的电解质，提高了融冰水或冰面水膜的导电率，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，从而降低了覆冰绝缘子串的闪络电压。融冰时期通常伴有的大雾，使大气中的污秽微粒进一步增加融化冰水导电率，形成冰闪。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。

１．４输电导线舞动损坏电力设备

输电导线覆冰后形成非圆截面，在风力作用下发生驰振，这是一种低频、大幅度的振动，其振动频率通常为（０．１～３）Ｈｚ，振幅约为导线直径的５～

３００倍。导线舞动引起杆塔、导线、金具及部件的

损坏，造成频繁跳闸甚至停电事故。所以导线舞动对输电线路安全运行危害很大，可造成重大的经济损失和不良的社会影响。导线舞动是一种复杂的流固耦合振动，其形成主要取决于导线覆冰、风力作

２００６年第２期输电线路覆冰的危害及防护（总第２１０期）

于复合绝缘子表面材料的特殊性，可以延缓结冰时间。

在其他领域的防冰、除冰技术，有些也可以用于输电线路。目前，国内外除冰、防冰的技术大致划分为以下三类。

２．２已运行线路的抗冰害措施

对于已运行的线路，为加强其对覆冰灾害的抵御能力，应视具体情况区别对待。海拔较高的输电线路，翻越分水岭及横跨峡谷、风道、垭口等处的路线应进行改造；重冰区的输电线路应重新以抗冰要求进行彻底改造，方法参照新建线路的抗冰设计；对没有明显微气候、微地形影响的大面积覆冰地区，不宜立即进行线路改造，可以考虑采用融冰措施来防治冰雪害。

①热力融冰法：采用增大导线的传输电流融

冰，短路电流融冰，低居里温度磁环，低居里温度磁力线，使导线自身发热，温度升高。这样的融冰方式能量消耗高，而且存在各种各样的缺陷。

②机械除冰法：使用机械外力手工或自动强

制覆冰脱落。机械除冰法在输电线路上使用时，存在操作困难、安全性能不完善等缺点，不值得推广。

２．３覆冰绝缘子防冰闪

目前，国内输电线路覆冰防护工作主要集中于防断线、倒杆及防碰线短路等方面，而绝缘子覆冰后的闪络问题也应该引起人们足够的重视，因为已有多起绝缘子冰闪事故发生。纯冰的绝缘电阻很高，很难造成闪络，冰中混含导电杂质后，覆冰绝缘子的闪络电压才会降低，含水量较多的雪也容易造成绝缘子的闪络。要防止绝缘子的冰闪，最简单的办法就是增大爬电距离。另外，可以从改善绝缘子伞裙的结构入手，大小伞与等径伞在相同条件下，前者更有利于防治冰闪，适当调整绝缘子的外形结构，使其在大雪天不易积雪，积雪后不易发生闪络。绝缘子水平悬挂、Ｖ型串、斜向悬挂等均是阻断融冰水形成水帘的有效方法，运行实践表明，阻水帘是提高冰闪电压的基本措施。大盘径伞裙在绝缘子串中间隔布置，是防止冰凌桥接的好办法。在绝缘子表面涂憎水涂料可以大大降低覆冰绝缘子的泄漏电流，从而提高闪络电压；加强对杆塔横担和绝缘子的清扫，特别应在冰冻季节前将横担和绝缘子串清扫干净，也可有效地提高抗闪络能力

③被动除冰法：利用风、地球引力、随机散

射能和温度变化等来自大自然的外力脱冰的方法称为被动除冰法。一般来说，在工程上首先考虑这种方法，被动除冰法虽然不能保证可靠除冰，但无需附加能量。被动除冰技术不能阻止冰的形成，但有助于限制冰灾。在被动除冰法中，应用憎水性和憎冰性固体涂料涂附在导线上的方法已引起广泛的兴趣。

现有的除冰、防冰方法虽多种多样，但到目前为止，尚无一成熟的有效而经济的方法应用于工程实践。有潜力并期望在短期内得到突破的方法有电磁脉冲法及现场用的“ａｄｈｏｃ”法。研制低结合力和吸收随机热辐射的涂料也具有很大的潜力。

４结束语

输电线路的覆冰影响电力系统的安全可靠运行。在技术经济合理情况下，设计上凡能避开重冰区的应避开重冰区，不能避开的，可在设计上采用降低结冰的设计方法或采用重型抗冰塔来抗冰。采取“避、抗、融、改、防”方针综合治理覆冰对输电线路的影响和破坏。关键是准确把握输电线路所经地区气象资料、微气候及微地形，从而在设计、施工和运行维护上采取针对措施。

３

输电线路除冰技术

输电线路覆冰威胁电力系统的安全可靠运行，

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（上接第１１页）

ｏｎＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＩｎｓｕｌａｔｉｏｎ，１９９３，２（６）：５６２－５６６．

［１６］李顺元．交流电压下污染绝缘表面闪络机理的研究［Ｄ］．

北京：清华大学电机工程系，１９８８．

［１７］ｄｅｌａＡ，ＧｏｒｕｒＲＳ．Ｆｌａｓｈｏｖｅｒｏｆｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｎｏｎｃｅｒａｍ－

ｉｃｏｕｔｄｏｏｒｉｎｓｕｌａｔｏｒｓｉｎａｗｅｔａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ｏｎＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＩｎｓｕｌａｔｉｏｎ，１９９８，５（６）：８１４－８２３．

［１８］ＣｈｅｎｇＴＣ．ＤＣｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｂｒｅａｋｄｏｗｎｏｎｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄ

ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓｕｒｆａｃｅｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ｏｎＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＩｎｓｕｌａｔｉｏｎ，１９８４，１９（６）：５３６－５４２．

・$%・