架空输电线路覆冰灾害分析

摘要：通过对青海东部地区已建输电线路工程的覆冰观测、气象资料对比，分析了该区域覆冰灾害类型及特征，并且提出了相应的措施。 关键词：输电线路；覆冰灾害；分析

Analysis of icing disaster for overhead transmission lines Zhang Bing-lai，Liu Yu-ping，Liu Bei

（Qinghai Electric Power Design Institute Xining Qinghai 810008）

Abstract：Through the analysis of the ice and the meteorological data of the transmission line project in the eastern area of Qinghai province，the types and characteristics of the ice disaster are analyzed，and the corresponding measures are put forward.

Key words：Transmission line；Icing disaster；Analysis 0.引言

2017年4月10-11日，受骤雪天气和强冷空气影响，青海东部地区多条110kV及以上输电线路出现不同程度覆冰。海东平安县以北部分山上发生持续雾雪天气，在互助县红崖子沟乡凤台岭附近，发生比较严重覆冰，致使多条330kV输电线路发生覆冰灾害。经现场踏勘调查及气象资料对比分析，本次覆冰原因主要是由于微地形区遭遇罕见极端天气的影响，且持续时间较长。通过现场观测，本次覆冰主要为雾凇和湿雪的混合淞。通过对导线覆冰取样称重，并进行标准冰厚的计算，同时对覆冰范围进行了调查及踏勘，分析了该区域覆冰的特征及防治措施。

1.覆冰的主要特征

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，在冬春季节，当气温在-3～0℃之间，风速在1～10m/s时，如遇浓雾、降雨等情况，空气湿度超过85%，导线表面会产生雨凇覆冰。如果气温持续下降的情况下还会继续生长雾凇。导线覆冰产生的主要条件有：导线温度低于0℃、线路横向风速大于1m/s，空气湿度大于85%。在以上比较苛刻的条件下，在一些特殊的微地形微气象区域，覆冰现象任然很普遍。 1.2 覆冰的分类

覆冰按照表观特性可分为雾凇、雨凇、混合凇和雪凇（湿雪）四种类型。 ① 雾凇

随气流的浮动，较小粒径的过冷却水滴在碰撞物体表面瞬间即冻结成冰凌，呈干增长方式。冰体白色疏松，粘附力较弱，比重一般为0.1～0.3g/cm3之间。 ②雨凇

大粒径的过冷却水滴，碰撞在物体表面上，先形成水膜然后冻结成冰凌，呈湿增长方式。冰体透明坚固，粘附力强，比重一般为0.7～0.9g/cm3。 ③雨雾凇混合冻结

随气流浮动，不同粒径的过冷却水滴在碰撞物体瞬间，部份呈干增长，部份呈湿增长。冰体呈半透明状，粘附力较强，比重一般为0.2～0.6g/cm3之间。 ④雪凇（湿雪）

雪片经过冻结，在下落过程中，通过一段温暖层后，开始潮湿、融化，然后冻结在物体表面上，冰体呈白色堆积状，粘附力较差，比重一般为0.2～0.4g/cm3之间，在抖动或风吹时容易脱落，对线路安全运行威胁程度较小。

1.3 本区域气候条件和覆冰主要特征 1.3.1气候条件

本次覆冰区位于青海省东北部互助县，北与海北州门源县相接，南部为平安县，西为大通县，西南与西宁市相连，东南与乐都县接壤，地理坐标在北纬

36°30′～37°10′和东经101°45′～102°45′间。该区域内海拔高度2200～3500米不等，地貌以高山、山间盆地、中山及丘陵为主。

该区域属温带大陆性气候，少雨干旱，降水不均匀、不稳定。该地区6～9月雨水较多，降水量占全年降水量的70%，降水由南向北随海拔增高而增加。 该区由于地形复杂，相对高差较大，在垂直方向上热量资源水平分布不均，境内北部及东北部海拔较高的局部地区年均气温在0℃以下；北部的脑山及半脑山地区年均气温在0-3℃之间；大通河谷地带年均气温约为2.0-4.0℃；中部的盆地和浅山地区年均气温在3.0-4.0℃；南部湟水河谷及红崖子沟、哈拉直沟等地区温度较高，年均气温在4.0-6.5℃，由此可见，从北向南随着海拔高度的降低气温逐渐增高，全县年平均气温为3.5℃。该区域历年主导风向为东北风，年平均风速1.4米/秒。

2017年4月10日上午11点，由于该区域降雪，多条输电线路导线发生覆冰，并导致导线断线。发生事故时的气象条件如下：

据青海省降水监测资料统计，4月8日20时至12日20时，互助气象站站累计降水量为8.8mm，五十镇累计降水量为1.5mm。覆冰发生前及覆冰发生过程期间附近气象站及观测点部分气象要素一览表见表1。

表1 气象站部分气象要素一览表（2017.4.6～4.11日）（数据由海东气象局提供）

从气象站这几日的气象要素分析，同时考虑到海拔地形等原因，表明覆冰点气温、相对湿度、风速、风向皆有利于覆冰的形成及增长。 1.3.2本次覆冰主要特征

2017年4月9日～10日，该地区遇雪和雾混合气候，最低温度达到-3℃，经现场调查，降雪仅发生在山岭局部地区，海拔3100m左右，由于同区中局部地域独特的地理环境的气候，即微地形、微气候，且受覆冰影响的塔位多在较突起的山包上，且周边空旷，易迎西面和西北面来的冷气流，且根据当地居民的调查，该地区在50年来首次遇到如此强降雪，属于极端天气，由于该区域自然气候差异性较大，该地区发生覆冰的规律也不相一致，故在微气候区，受极端天气的影响，使得覆冰厚度超过原设计厚度。

根据该区域内已建输电线路的运行经验和当地居民的调查，该地区导线覆冰大多在当年11月至次年3～5月中发生，12～4月期间较集中。近年来，青海地区的输电线路覆冰也基本集中在这个时段。

线路在凤台岭段受微地形影响，发生覆冰的区域处在山地分水岭地段，两侧发育山谷，冷空气迎坡而上，线路两侧在风的作用下，降水强度较同一区域的其它地段明显严重，说明山体的微地貌、走向更有利于形成覆冰。

根据本次覆冰的现场观测，线路积冰很不均匀，直径10cm-23cm不等，冰体白色疏松，比重小，从积冰类型看，主要是雾凇和湿雪。

通过对现场采集的1米长的冰样称重及长短径的测量，并根据最大直径的积冰厚度分析计算，本次覆冰的标准冰厚接近20mm，从积冰类型看，主要是雾凇和湿雪。 2.覆冰主要事故类型

覆冰导致的电力线路事故一般可分为以下几类：①过荷载事故；②不均匀覆冰或不同期脱冰引起的电气和结构方面的事故；③导线舞动事故；④绝缘子串上产生的覆冰引起绝缘子串电气性能降低。 2.1过荷载事故

如果线路实际覆冰超过设计覆冰厚度，即导线荷载增加、覆冰后风压面积增加，从而导

致电气和结构方面的事故；导、地线覆冰后，增大输电线路结构的荷载，其张力增大，从而弧垂下降。导线弧垂下降过大时，将会导致导线与地面距离或跨越物距离不足发生放电，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、地线断裂，杆塔受损，基础倾斜等事故。 2.2 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。 2.3 导线舞动事故

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。

2.4 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。

根据以上事故类型及现场情况判断，本次覆冰造成的输电线路事故主要为过荷载事故和不均匀覆冰或不同期脱冰事故并存，造成了杆塔受损和导线断裂。 3.结论与建议

①针对已发生覆冰灾害的地段，根据气象资料和沿线地形地貌，确定标准冰厚为20mm，按新的覆冰设计标准进行复核，同时应严格控制档距，加强抗冰措施；

②建议在覆冰严重地区，建立长期观测站点，加强对输电线路路径微地形与微气象资料数据的收集，将可靠的长期观测数据作为设计依据；

③加强输电线路巡检工作，及时清除线路冰雪，确保电网运行安全；

④在缺少覆冰观测数据的地区，及时关注气象变化，了解灾害天气，做好预防；

⑤推广应用先进适用的除冰技术，及时发现并快速除冰，防止覆冰加剧造成倒塔、断线事故。

参考文献：

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[4]陈光龙.丽水电网输电线路覆冰分析[J].科技与企业.2013年.22（12）：322-323.

[5]王玉珏.覆冰对输电线路运行的影响与预防[J].科技创新与应用.2014年.4（09）：142. [6]刘辉.重覆冰区高压线路设计研究[J].现代工业经济和信息化.2013年.3（20）：46-48. 作者简介：

张秉来（1980－），男（汉族），青海湟中人，高级工程师，大学本科学历，主要从事电力工程勘测工作。