高压输电线路抗冰灾的研究现状与发展趋势蔡静.docx

    高压输电线路抗冰灾的研究现状与发展趋势蔡静    摘要：目前，国内大部分气象台站关于输电线路覆冰厚度取值的基础资料较少，覆冰厚度的设计取值大多以现场调查作为依据，因而存在着很大的不确定性输电线路冰害具有持续时间长、发生频率高、覆盖面积大、影响范围广等特点，严重威胁着电网的安全稳定运行与供电可靠性本文分析了高压输电线路抗冰灾的研究现状与发展趋势关键词：高压输电线路；抗冰灾；发展趋势；我国是高压输电线路覆冰较严重的国家之一，高压输电塔－线体系是高负荷电能输送的载体，是重要的生命线工程通常情况下输电塔－线体系对导地线、铁塔覆冰等环境荷载的反应敏感，容易发生极端条件下的动态倒塌破坏一、高压输电线路抗冰灾的研究现状1.关于雨凇覆冰模型预测的研究由于导线覆冰受气象、地形及地理条件、导线结构和表面电场等影响，因此目前国内外关于导线覆冰机理和模型的研究成果依然不很完善引发导(地)线断线和倒塔的覆冰多为雨凇覆冰，尽管国内外提出了几种雨凇覆冰模型，但这些模型在预测同一气象条件下的覆冰荷载时差别较大，需对模型进行修正方可应用此外，没有针对规范或标准按不同的气象区给出相应的雨凇覆冰模型的确切公式再者，对于导地线和杆塔的覆冰只给出了均匀覆冰情况的模型，没有进一步给出非均匀覆冰模型。

对于铁塔的覆冰模型，目前只有角钢塔的均匀覆冰模型，对于钢管塔、组合结构塔及其它格构式杆塔的均匀和非均匀覆冰模型尚有待于进一步研究2.覆冰断线倒塔破坏机理的研究一是气象因素当气温低于0℃时，大气中的小水滴会发生过冷却，过冷却水滴与处于过冷却水滴包围的输电线路导线发生碰撞后，会冻结在导线表面而形成覆冰二是海拔对于其他条件相同的地区来说，一般海拔越高，越易结冰，覆冰也越厚，且多为雾淞；海拔较低处，其冰厚虽较薄，但多为雨凇或混合冻结三是季节输电线路在入冬和倒春寒时发生覆冰的频率最高，受季节环境影响较大四是导线直径在小于或等于8m/s的风速下，直径小于或等于4cm的导线相比直径大于4cm的较粗导线，其单位长度覆冰量重；在大于8m/s的较大风速下，导线直径越大、其覆冰越重，但其覆冰厚度是随导线直径的增大而减小的五是电场强度现场观测及试验研究结果表明，电场强度较小时，导线覆冰量、覆冰厚度及密度随电场强度的增加而增加；而当电场强度足够大时，带电导线的覆冰比不带电导线的覆冰少得多，且覆冰量与电压极性有明显关系此外，在强电场作用下，导线覆冰的密度也较无电场时小六是线路走向及悬挂高度东西走向导线覆冰普遍较南北走向导线覆冰严重，这是因为冬季覆冰天气大多为北风或西北风，所以在严重覆冰地段选择线路走廊时，应尽量避免导线呈东西走向。

3.覆冰气象条件塔－线体系可靠性研究不够完善，对于重冰区而言目前输电线路覆冰可靠度设计标准是偏低的铁塔设计是严格依据设计规范进行的，而规范是在大量资料积累的基础上，综合考虑结构安全可靠性和建设的经济性提出的，所采用的铁塔结构分析方法也限于小变形和材料线性假设的范围至于铁塔结构的大变形以及构件材料的非线性对铁塔结构的承载能力影响则没有考虑，也就是说按现行设计规范设计的铁塔还应该具有过载的能力，实际承受载荷的能力要比设计标准的高，但是“高”的程度及如何充分利用这部分承载能力，目前还没有相关的研究报道二、发展趋势1.输电线路雨凇覆冰模型的研究一是通过大量的调研，了解我国主要冰灾地区如华中、华东、华南、西南等地区近50a来冰灾发生情况，主要包括覆冰形成机理、覆冰类型、输电线路破坏情况，同时掌握各地气象台站近年来提供的有关气象资料，为各典型气象区雨凇覆冰模型预测的研究提供资料积累二是深入揭示架空导线覆冰机理、准确描述覆冰过程的增长模型，应该反映出导线结构、环境因素和气象条件对导线覆冰形式、冰形生长方式和结冰热物理过程及流体力学的耦合影响和作用机制;并能在复杂的物理和边界条件下对导线表面不同覆冰类型进行准确的模拟。

三是针对高压输电线路的雨凇覆冰模型开展理论研究，针对典型气象区，给出导(地)线雨凇覆冰模型的适用表达式，在此基础上提出常用类型的杆塔和导(地)线非均匀覆冰的力学模型，为输电线路抗冰灾设计和力学性能分析提供基础2.现有融冰技术存在的问题与改进措施到目前为止，国内外研究和探索的防冰除冰方法与措施都不能完全防止输电线路冰害事故的发生现有技术主要存在以下问题：一是技术尚不成熟500kV及以上电压等级的直流融冰兼静止无功补偿技术尚未完全成熟，有待进一步完善二是方法操作困难如机械除冰法在输电线路上使用时操作难度很大，无法广泛应用三是投入成本较高如热力防冰方法效果较明显，但能量损耗较大，设备投资成本很高，应用范围较小四是覆冰规律难掌握由于覆冰是一种随机的自然现象，难以精确掌握线路覆冰的规律针对上述问题，提出几项改进措施：一是构建监测预警系统进一步开展覆冰机理研究，尤其是完善覆冰预测模型，以建立实用的覆冰监测预警系统二是建立和完善冰区数据库加强线路覆冰观测和微地形、微气象数据的收集与分析，及时建立冰区数据库三是加强新技术研究研究先进实用的防冰、除冰新技术，如激光除冰、高频高压激励融冰、机器人除冰、防覆冰涂料、防覆冰特种导线等技术。

3.合理设置观冰点目前常见的方法主要有热力除冰法、机械除冰法、被动除冰法以及利用电磁脉冲、气动脉冲、电晕放电、电子冻结、碰撞前颗粒加热和冻结等进行防冰除冰的方法一是在易覆冰点设置覆冰监控点在风口、垭口、分水岭、山顶突出处、迎风坡等易覆冰的微地形特殊区域设置覆冰监控点，不仅能有效保障线路覆冰观测的准确性，还可节省线路巡视的人力物力，以点概面，反映该区段线路覆冰情况二是依据天气变化调整观冰点和观冰对象根据气候变化情况，合理调整观冰点，将大幅提高覆冰监控效果同时考虑到地线覆冰减少的周期较长，多次寒潮后厚度会增加，因此应在融冰或气温短时间回升的线路上重点关注地线覆冰，以便做好应急抢修准备三是依据天气变化情况调整覆冰监控周期寒潮来临前后的时间段覆冰变化较为明显，线路覆冰厚度增加较快，增加覆冰监控频率、适当调整覆冰监控周期将有效地确保线路安全稳定运行从各国应对冰灾的情况看，电网系统冰灾的防治不能一概而论，对于不同地理位置、气象条件和不同网架结构，输电线路遭受冰灾的具体情况各有特点，必须因地制宜构建综合防治体系因此，不仅应从输电线路覆冰事故中总结经验，更应增强预防线路覆冰灾害的力度，加强融冰技术攻关，建立快速抢修和社会应急处理体系，以保证输电线路长期安全稳定运行。

参考文献：[1]张殿生.电力工程高压送电线路设计手册[M].北京:中国电力出版社,2013.[2]陈汉军,郝祉.对输电线路覆冰问题的技术探讨[J].工业科技,2014,38(3):43-44.[3]龙立宏,胡毅,李景禄.输电线路减害事故统计分析及防治措施研究[J].电力设备,2014,7(12):26-28.  -全文完-。