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1、电网输电线路覆冰故障分析报告公司生产技术部覆冰是一种分布广泛的自然现象，尤其雾淞是一种美丽的自然景观。但对于输电线路，严重的覆冰则有可能导致故障，甚至会引发大面积停电等灾难性事故。自20世纪50年代开始，加拿大、美国等覆冰严重的国家相继对输电线路覆冰进行了观测和研究。我国也是世界上覆冰严重的国家之一，长期以来，输电线路工作者一直为解决覆冰问题进行不懈的探索，并获得了许多重要的工作成果。1976年，在全国首次重冰线路设计运行经验交流会议上,提出了“避、抗、熔、改、防五字方针，成为输电线路抗冰的主要技术原则。随着我国电网规模的快速扩大，近50多年来，大面积冰害事故在全国各地时有发生，尤其2008年
2、12月，我国南方电网出现了持续较长时间的大范围雨雪冰冻天气，造成1252条11050OkV线路倒塔7377基、受损3092基，13888条1035kV线路故障停运，给当地人民群众生活和国民经济发展带来严重影响。电网历史上没有记载严重的冰害事故，自2009年2月以来，灾害性天气频发，部分输电线路覆冰故障大幅上升，成为影响电网安全运行的重要因素。随着大型水电基地和超高压电网的建设，输电线路覆冰问题将更加突出。为认真剖析覆冰故障的深层次原因，为公司输电线路规划设计、施工建设、运行维护和技改大修提供依据，特编制本报告。电网输电线路覆冰故障分析报告1.覆冰的主要特征覆冰是一种分布广泛的自然现象，尤其雾淞
3、是一种美丽的自然景观，给人以美的享受。然而，对于电力系统，覆冰则是自然灾害。1.1 覆冰产生的基本条件根据气象观测和输电线路运行经验，一般在入冬或初春季节，当气温在-5OC之间，风速在l15ms时，如遇浓雾、降雨等情况，空气湿度超过85%,将在导线表面产生以雨淞为主的覆冰。如果气温持续降低，则在雨淞外部继续产生混合淞，温度下降至-158时，其余气象参数不发生变化，还会继续生长雾淞。归纳起来，产生导线覆冰的必要条件主要有：导线温度低于OC以下、空气湿度大于85%,横线路风速大于Im/s。虽然这些条件相对来讲也较为苛刻，但在冷热气流交汇区域和一些微地形微气象区域，覆冰现象却较为普遍。如：每年的冬季
4、及初春季节，我国西北方南下的干冷气流和东南方北上的暖湿气流在我国东北部、中部相汇，形成一条南起湖南、贵州，北至辽宁、吉林的“覆冰带”。同时，由于自然地理和气象环境的差异，覆冰产生的条件并不尽相同，在一些特殊区域，其产生的条件还会发生变化。如：据吉林市气象局研究，在东北地区只要水汽丰富，在4-50C都有可能形成雾淞。1.2 覆冰的分类覆冰按照表观特性可分为雨淞、雾淞、混合淞和雪淞。1.2.1 雨淞粒径较大的过冷却水滴，碰撞在物体上，先散开成水膜然后冻结成冰凌，呈湿增长方式。冰体透明坚固，比重大，一般为0.70.9gcm3,粘附力强，常伴有冰柱。1.2.2 雾淞又称软雾淞粒径较小的过冷却水滴，随气
5、流浮动，在碰击物体瞬间即冻结成冰凌，呈干增长方式。冰体白色疏松，比重小，一般为0l0.3gcm3之间，粘附力较弱，通常在物体的迎风面冻结。1.2.3 混合淞又称硬雾淞当不同粒径的过冷却水滴，随气流浮动，在碰撞物体瞬间，部份呈干增长，部份呈湿增长。冰体呈半透明状，比重中等，一般为0.20.6gcm3之间，常在物体迎风面冻结，粘附力较强。124雪淞又称湿雪冻结的雪片，在降落过程中，通过一段温暖层后，雪片趋于潮湿、融化，然后冻结在物体上，冰体呈白色堆积状，比重偏小且粘附力差，一般为0.20.4gcm3之间。在导线振动或风吹下很容易脱落，一般只会在融雪时造成绝缘子串闪络，因此对线路安全运行威胁不大。1
6、.3 电网覆冰主要特征地域广阔，地理上从南至北2200公里，由西向东2400公里；海拔高度最低处吐鲁番盆地艾丁湖154米，最高处帕米尔高原喀喇昆仑山乔戈里峰8611米；各种自然气候几乎囊括，各地区发生覆冰的规律也不相一致。1.3.1 覆冰季节根据自治区气象局13个覆冰观测站电线积冰统计资料,导线覆冰大多在冬半年，即当年11月至次年35月中均有发生，比较集中出现在122月。近年来，AAAA电网输电线路覆冰故障也基本集中在这个时段。在北疆个别地区如qq地区，最早出现在9月，最晚到5月。天山山区部分高海拔地区全年各月均有可能出现结冰现象。1.3.2 覆冰日数在覆冰概率上，北疆电线积冰出现次数大于南疆
7、，南疆山区大于平原。最多的是奇台，平均每年出现33.3天，最少的是乌恰，平均每年仅有4.1天（具体见表1）。表1：1997年2006年各观测站出现电线积冰总日数（单位：天）站名日数31310044516566333站名日数2483052274641182为直观显示电线积冰分布区域，2007年，公司与自治区气象局合作利用历史统计资料绘制了“电线积冰日数分布图”，通过等值线表示覆冰概率分布，并标注了该区域覆冰种类和极值。由于基础资料匮乏且各站点缺乏连续性，目前尚不能绘制出基于覆冰厚度的冰区分布图。1.3覆冰种类和观测极值电线积冰主要有两种类型：一是雾淞形成的电线积冰。二是雨淞形成的电线积冰。由表2
8、可看出，AAAA电线积冰种类都是以雾淞为主，13个测站中12个站达到了80%以上，最少的塔城也达到了64.6%o表2：AAAA电线积冰种类（单位：%）雾淞99.497.995.464.680.788.297.8站名雾淞97.597.394.387.910099.1电线积冰最大直径在3485mm之间，乌苏、巴里坤在40mm以下，吐尔索特达到85mm。从最大直径的积冰类型看，主要是雾淞，其次是雨淞。各站覆冰种类和观测极值详见表3o表3：电线积冰观测极值（单位：mm）序号站点覆冰种类覆冰极值发生时间1雾淞541999.3.12雾淞591962.11.163雨淞691985.11.194雨淞65199
9、6.12.295雨淞501980.12.106雾淞392002.1.67雾淞681979.2.108雾淞681970.1.169雾淞651966.2.310雾淞651983.10.2211雨淞851964.7.2912雾淞531985.1.413雾淞342001.12.252 .覆冰事故国内外研究现状2.1 覆冰主要事故类型输电线路覆冰事故一般可分为四类:过荷载事故，即线路实际覆冰超过设计抗冰厚度，亦即线路覆冰质量增加、覆冰后风压面积增加，从而导致电气和结构方面的事故；不均匀覆冰或不同期脱冰引起的电气和结构方面的事故；绝缘子串覆冰过多或被冰凌桥接，引起绝缘子串电气性能降低；覆冰引起的导线舞动事
10、故。2.1.1 过荷载事故导、地线覆冰后，其弧垂和张力增大，进而增大绝缘子串、金具、杆塔和基础的荷载。当发展到一定程度时，在电气方面，导线弧垂下降过大将导致对地或交叉跨越物间距不足发生放电，地线弧垂增大与导线安全净距不足发生放电，甚至烧断导地线事故；在结构方面，将会造成导、地线和金具断裂或损坏，杆塔受损甚至倒塌，基础下沉、倾斜甚至损坏，绝缘子串扭转、跳跃发生翻转、碰撞等。杆塔过荷载地线过荷载2.1.2 不均匀覆冰或不同期脱冰事故相邻档不均匀覆冰或不同期脱冰都会产生张力差，使导地线受损、滑动，还会造成直线杆塔承受不平衡张力发生倾斜、受损，严重时还会发生倒杆塔事故。同时，不同期脱冰还会引起导、地线
11、跳跃相互接近发生放电，导线跳跃引起耐张塔引流线与横担接近发生放电，悬垂绝缘子串偏移碰撞横担等。导线不均匀覆冰导线不同期脱冰2.1.3 绝缘子串冰闪事故绝缘子覆冰或被冰凌桥接后，绝缘强度下降，泄漏距离缩短。融冰时，绝缘子局部表面电阻降低，形成闪络事故。绝缘子串覆冰2.1.4 覆冰舞动不均匀覆冰会使导线产生自激振荡和舞动，从而造成金具损坏、导线断股及杆塔倾斜或倒塌等现象。导线舞动2.2 国外覆冰事故研究在世界范围内，覆冰对输电线路都极具破坏力，历史资料统计显示，因覆冰导致的恶性事故已超过千余起。世界上,最早有记录的输电线路覆冰事故出现于1932年。比较典型的有：1998年1月59日，加拿大魁北克电
12、网遭受连续5天冻雨袭击，输电线路最大等值覆冰厚度达到75mm,导致10条735kV线路150基杆塔倒塌，116条各电压等级线路停运，使用水泥电杆的25kV配电网遭受毁灭性打击，造成魁北克40%用户供电中断，近1个月才全部恢复送电。20世纪50年代以来，输电线路覆冰严重的俄罗斯、加拿大、美国、日本、英国、芬兰、冰岛等国家相继对输电线路覆冰进行观测和研究，探索输电线路覆冰机理、覆冰的形成条件、导线覆冰后冰风荷载的计算方法、覆冰绝缘子串的工频闪络特性等，并对导线覆冰进行长期观测和试验研究。为有效防范覆冰灾害，美国、加拿大、日本、俄罗斯、芬兰等国家制定了覆冰测试标准，在全国范围广泛开展实地观测工作，并
13、以此为基础绘制了基于覆冰厚度的冰区分布图，以指导电网规划和输电线路设计。美国电网冰区分布图按国际单位：Omm10.16mm25.4mm40.64mm55.88mm为减少和降低覆冰灾害损失，国外广泛应用交、直流融冰技术，并公认利用电流加热覆冰导线是目前能够最有效降低灾害损失的工程方法。这方面主要采取的主要方法有转移负载法、降压或全压短路法、高压直流短路法等。对于地线采取绝缘化改造后进行短路融冰，地线节约的损耗费用可以补偿融冰的电量损失。机械除冰方面，应用机械式除冰器（魁北克水电站研制，是目前人工除冰最有效的便携装置）、除冰机器人（遥控除冰器）等。同时，还对有源和无源防冰覆盖层、憎冰（防覆冰）材料
14、开展了研究，但目前还不能达到工程应用的深度。2.3 国内覆冰事故研究我国最早有记录的输电线路覆冰事故是1954年湖南电网冰灾事故，近50多年来，大面积冰害事故在全国各地时有发生，1968、1971年全国发生大面积冰灾事故，1976年原水电部规划设计院组织召开了全国第一次重冰线路设计及运行经验交流会，提出了“避、抗、融、防、改”五字方针，并组织西南院、云南和湖南省院等单位着手编制“重冰区架空送电线路设计技术规定:1982年，为二滩电站的安全送出，西南院在四川大凉山黄茅壤地区建立了我国迄今最大的导线覆冰观测站，架设一段0.574km具有二、三、四分裂导线的试验性线路进行同步观测，连续观测18年，不仅为50OkV高海拔、重冰区的二滩送出工程设计提供了可靠的基础资料，而且为我国超高压重冰区线路建设积累了实践经验，并为修编有关国家和行业规程提供了第一手资料。但由于覆冰受气象、自然环境影响，随机性很大，一些内在规律还没有为我们充分掌握；同时，我国覆冰观测站点少，方法落后（原捷克斯洛伐克早在二战之前就采用输电导线等效模型进行覆冰观测），长期以邮电通讯线为主要服务对象（即使广泛采用地埋光缆后也没有改观），一般在距地2m高、档距Im的观冰架上设置4mm直径的铁线进行测量，不能满足输电线路的实际需要。2005和2008年，华中、南方电网又发生大面积冰灾事
