输电线路覆冰舞动原因分析及预防措施

王晓彪，于洪海，肖信昌

(国网吉林省电力有限公司长春供电公司，吉林 长春 130021)

输电线路覆冰舞动原因分析及预防措施

王晓彪，于洪海，肖信昌

(国网吉林省电力有限公司长春供电公司，吉林 长春 130021)

介绍了长春地区2起大范围输电线路覆冰舞动的异常情况；结合发生覆冰舞动的输电线路的基本状况，从线路方向、地区环境、线路规格、悬挂参数等方面分析了覆冰舞动产生的原因；并提出了针对性的预防措施，有利于改进输电线路的供电可靠性，确保系统的安全稳定运行。

输电线路；覆冰舞动；相间间隔棒；预防措施

0 引言

高压输电线路是地区电网的重要组成部分，其运行质量对安全供电有着重要影响。野外输电线路相间绝缘主要是靠空气，其绝缘距离随电压等级的升高而增大，导线间必须保证一定的安全距离。如果因某种原因导致相间、相地距离小于安全绝缘距离，就会引起导线相间、相地间放电或击穿，造成导线短路、烧损甚至断线，形成输电线路相间短路事故或断线事故，在线路继电保护装置作用下，输电线路会停电，进而破坏地区电网完整性。

在天气寒冷地区，覆冰舞动是影响导线间绝缘距离的重要因素。2009—2010年，长春地区受恶劣天气的影响，连续2年出现大范围的输电线路导线覆冰舞动异常情况，威胁地区电网的安全和稳定。因此有必要对此现象发生的原因进行分析、探讨。

1 发生覆冰舞动的输电线路状况及事故影响

2起输电线路发生覆冰舞动的基本状况如表1，2所示。从表中可知，因导线覆冰舞动引起的相间、相地间瞬时短路，共计造成10条66—500 kV输电线路故障跳闸。特别是2010-04-12覆冰舞动动作幅度大，持续时间长达10 h，同时引起线路杆塔倾斜倒塌、金具损坏、绝缘子断裂、导线脱落等严重的设备事故，造成瞬间停电事故多达13次，对系统的安全稳定运行造成极大的影响。

2 导线覆冰舞动原因分析

2.1 覆冰形成的原因和过程

导线覆冰是由空气温度、湿度、冷暖空气对流、环流、风速以及风向等多重气象因素综合导致的一种物理现象，主要发生在初冬或初春季节。当气温下降至-5—0 ℃，风速为3—15 m/s(即3—6级风)时，如遇雨夹雪、大雾、小雨等天气，首先会在导线上形成雨凇；如果气温随后升高，则雨凇融化；融化后，如果天气继续转晴，则停止覆冰；如果随后天气骤然变冷，温度下降至-15—-8 ℃，冷水滴或雪会在粘结强度较高的雨凇面上迅速增长，逐渐形成覆冰层。单导线覆冰发展过程如图1所示。

表1 2010-04-12长春地区覆冰舞动线路的事故调查

表2 2009-03-05长春地区覆冰舞动线路事故调查

图1 单导线覆冰发展过程

易诱发导线舞动的典型冰形如图2所示。其中：第1，2，4，5种冰形，当覆冰层在迎风面时，会产生剧烈的舞动；第3种冰形只有风从覆冰层背面吹来时，才会产生舞动。

图2 易诱发导线舞动的典型冰形

长春地区发生的2次覆冰舞动中，其覆冰层均形成于背风面，属于典型冰形的第3种。这证实了冰形、覆冰方位和风向之间的相互关系对诱发舞动具有决定影响。

2.2 影响导线覆冰舞动的主要因素

2.2.1 线路的走向与风向

分析覆冰舞动线路的走向，除500 kV某1，2号线舞动段为南北走向外，220 kV某西线、66 kV某九甲(乙)线、66 kV某公甲(乙)线、66 kV某哈线、66 kV某营线舞动段均为东西走向，而东北地区冬季普遍的西北风，正与东西走向线路的导线轴线成45°—90°夹角，形成了有利于舞动激发与扩展的地理条件。线路与风向关系如图3所示。

图3 线路与风向关系

线路的走向固定，是不变参数，而风向是可变参数。当风向与导线平行或与导线之间的夹角小于45°或大于150°时，覆冰舞动较轻；当风向与导线垂直或风向与导线之间的夹角大于45°或小于150°时，覆冰舞动比较严重。

特别是500 kV某1，2号线及66 kV某九甲(乙)线，在导线轴线与风向成45°—90°夹角的十几档、甚至几十档内，均观测到不同程度的导线覆冰舞动情况。而与之相连的转向后线路(夹角小于45°)，虽然2者气象条件与线路条件完全相同，却没有出现覆冰舞动迹象。由此可见，线路走向与风向的夹角起决定性作用。500 kV输电线65—88号地段与风向关系如图4所示。

2.2.2 地区环境

发生导线覆冰舞动的地区，多数为平原、河口、大跨越等空旷的平原开阔地带，因为这些地区风力比市区、城郊、山区、丘陵等地区更大，有利于舞动的形成，另外，线路附近的湖泊、水库等产生的湿暖气流更有利于导线覆冰的形成，进而导致舞动的产生。500 kV某1，2号线路所经过的地区环境如图5所示。

图4 500 kV输电线65—88号地段与风向关系

图5 舞动线路经过的地区环境

2.2.3 导线类型与参数

覆冰舞动多发生在LGJ-240及以上型号导线及分裂导线的线路上。由此可以总结出2个规律：分裂导线比单导线易发生覆冰舞动；大截面导线比小截面导线易发生覆冰舞动。

500 kV某1，2号线发生覆冰舞动时，目测其四分裂导线上下起伏的幅度为10 m左右。发生如此严重舞动的原因在于分裂导线覆冰形状与单导线覆冰形状的差别。对于单导线的轴线，其覆冰一般都是偏心且处于迎风面上，偏心必然带动导线沿轴线扭转，从而改变导线的迎风面，出现新的迎风面和新的覆冰层。如此反复扭转，使得导线的覆冰界面逐渐接近圆形，削弱了作用在导线上的空气动力荷载，对舞动起到了一定的抑制作用。而对于分裂导线而言，由于每隔一段距离会安装间隔棒，在间隔棒的作用下扭转刚度增加，迎风面覆冰后导线难以发生扭转，致使偏心覆冰情况加剧，从而增加了作用在分裂导线上的空气动力荷载。因此，分裂导线比单导线易发生覆冰舞动。

大截面的导线比小截面的更易产生舞动，这也与其自身的扭转刚度有很大关系。大截面的导线扭转刚度大，在偏心覆冰后不易产生扭转，更多的覆冰层逐渐在迎风面增多、增厚，使迎风面及背风面的覆冰层厚度差增大。由于大截面的偏心覆冰情况比小截面导线严重得多，因此产生舞动的几率较高。

500 kV某1，2号线发生的覆冰舞动验证了以上观点。

2.2.4 导线悬挂高度及档距

从发生覆冰舞动的地段看，其中多数杆塔相对较高、档距相对较大。特别是500 kV某1，2号线，发生覆冰舞动的耐张段72—88号，总档距6 881 m，代表档距437.92 m，杆塔平均呼称高为35.12 m，平均全高60 m以上。因此总结规律：导线覆冰舞动的幅值与杆塔高度、档距大小呈正相关关系，杆塔越高，档距越大，线路发生覆冰舞动时其上下起伏的幅度就越大，舞动越严重；反之，杆塔越低、档距越小，舞动幅值越小。

长春地区发生的输电线路舞动属于典型的导线偏心覆冰舞动。2009年之前，东北地区的初春和初冬季节，空气干燥、有冰时无风、有风时无冰，一般不具备覆冰舞动的条件，所以过去30年里从未发生过覆冰舞动现象。2009年之后，随着全球气候变暖，每逢3，4月份会出现冷暖交替的雨雪天气，空气湿度大、昼夜温差明显，又因春季的大风天气，湿度、温度、风速、风向等诱因出现了耦合。这种天气通常持续10—20天，在此期间，输电线路随时可能发生覆冰舞动。

3 预防措施

为了有效预防输电线路覆冰舞动的发生，在输电线路可能发生舞动的异常地区，根据舞动原因，提出以下几种预防措施。

(1) 在导线舞动地区增设防风带。通过植树造林改变风向，但此措施耗时长，不会马上见效。

(2) 改变导线路径与风向夹角。新建输电线路时，应考虑导线路径与风向夹角，但会因此增加投资费用，成本较高。

(3) 增设抑舞动相间间隔棒。在输电线容易产生导线舞动异常的地区，在相间导线之间增设相间间隔棒，一般1个档距内装设2—3个。此方法成本低，适应性好，便于实施。

经过实践验证，凡是装设相间间隔棒的导线，再没有发生因舞动产生相间、导地线间、导线对地间击穿短路的事故。

4 结束语

通过对输电线路导线舞动原因分析，研究制定了增设抑舞动相间间隔棒的措施，经实践验证，该措施可以有效防止导线偏心覆冰舞动，简单而有效，目前已被广泛应用。虽然增设相间间隔棒增加了检查维护试验工作量，却以较低成本解决了线路覆冰舞动的问题，为电网稳定安全运行起到积极作用。

预防输电线路覆冰舞动是长期、系统的工作，需要在实际运行工作中不断总结经验，通过采用新方法、新技术、新手段，有效地预防覆冰舞动的发生，确保系统的安全稳定运行。

2016-10-28。

王晓彪(1961—)，男，高级工程师，主要从事电网建设管理等工作，email：782753212@qq.com。

于洪海(1976—)，男，高级技师，主要从事输电线路运维、检修、带电作业现场施工工作。

肖信昌(1938—)，男，高级技师，主要从事电力培训工作。