基于输电线路覆冰舞动原因宏观分析及措施的创新

郭克竹

（国网塔城供电公司，新疆 塔城 834700）

0 引 言

输电线路覆冰是一种分布相当广泛的自然现象，在线路设计和运维方面是最为关心和需要解决的问题。本案例基于2015年11月27日至12月9日，新疆北疆地区持续受暖湿气流影响，塔城、阿勒泰和博州地区相继发生输电线路大面积覆冰断股、断线及跳闸事故，仅塔城电网跳闸事故就发生41次。根据不同的故障现场环境和设备灼伤部位，国网塔城供电公司对近年来覆冰跳闸事故数据开展分析和治理方案研究，结合地域实际特点形成了覆冰舞动治理体系。鉴于塔城区域内覆冰多以混合淞为主，覆冰重量及程度对导地线电气间隙影响大，对杆塔强度影响较小，因此覆冰改造方案的重点考虑了提高导、地线的抗覆冰能力，以降低覆冰跳闸造成的电网危害。2016年完成了覆冰改造项目的实施，成效形成案例在今后的设计评审和运维中重点加以关注，最大限度的避免案例中类似情况，降低线路设备跳闸和停运率[1-2]。

1 塔城地区线路覆冰概述

塔城地区线路覆冰主要集中于玛依塔斯风区，该风区位于新疆西北部的额敏县、托里县境内，地处世界著名风口“老风口”东风风区上游。“玛依塔斯”和“老风口”被称为两个“世界级”风区，因地处塔额盆地和准格尔盆地中间，受两侧风压变化影响，常年有风；同时该区域的风复杂、多变，东、西风刮起来，各自形成一条风带，而且更替快，冬季“风借雪势、雪助风威”，形成了强烈的“风吹雪”灾害气象，个别路段出现“雪盲”现象，如图1所示。大风交替之频、风速之快、移雪量之大，皆为“世界罕见”，如图2所示。

图1 玛依塔斯区域风吹雪产生的雪盲

图2 玛依塔斯风区地形图

2 塔城地区典型覆冰形成过程

覆冰的气象成因极其复杂，其强度还受微地形、微气候的影响，在自然条件下常见的线路覆冰现象有雨凇、雾凇、湿雪和混合覆冰等类型。一般影响线路覆冰大小的主要因素有气象条件、地形地貌及输电线特征，气象条件包括气温、相对湿度、风速及风向，地形地貌包括山脉走向、山体部位、海拔及水资源等，电线特征包括挂高、线径等。在覆冰形成过程中，近地面气温和天气现象是决定覆冰种类的两个关键因素，二者结合决定了覆冰的物理过程[3]。根据现场调查并结合玛依塔斯气象站搜集资料可知，2015年11月27日至12月09日期间，空气相对湿度在40%～90%，长时间气温在-6～5 ℃，且雾气较大；风速基本介于2.0～10.0 m/s。图3为覆冰检测过程。

图3 覆冰检测过程

从现有资料分析，本次覆冰类型以晶状雾凇、粒状雾凇为主，如图4所示，并混有部分湿雪（Ф100～200 mm），雾凇和湿雪的密度介于0.1～0.4 g/cm3，经计算后换算成设计覆冰厚度，本次导线设计覆冰冰厚应大于20 mm，超出设计10～15 mm厚度。玛依塔斯区域是塔城电网重要输电线路的主要通道，因覆冰跳闸重合成功率较低，为避免跨网事故，塔城公司预案中要求跳闸后立即强行试送。11月29日4时12分至12时48分期间，塔城电网同时9条次线路跳闸，其中含玛依塔斯区域内3条220 kV和4条110 kV线路，进入塔城“三县一市”的5条通道仅有1条110 kV铁冬线运行，可谓“命悬一线”，由于冬季负荷低，满足了当时用电需求，但是就在10 min强送完成后，110 kV铁冬线跳闸，覆冰险些造成四级电网事故。因此，该地区覆冰危害远远大于鸟害、雷击等灾害[4]。

图4 覆冰类型

3 典型覆冰事故案例

3.1 抗覆冰能力薄弱塔型导致跳闸

该塔型垂直排列水平偏移量不足，特别是耐张塔为伞型塔，直线塔为鼓型塔，导、地线上下层间有空间交叉，地线或OPGW光缆无电流，表面温度低，且架设位置高于导线更易覆冰。经现场观测，地线或OPGW光缆抗拉强度弱于导线，导致其覆冰弧垂下降幅度大于导线，造成与导线距离不足，易产生放电现象。

事故案例一为110 kV福沙线401号塔至403号塔与110 kV丰沙线183号塔至185号塔同塔架设段；案例二110 kV铁依线85号塔至89号塔与110 kV清依线238号塔至242号塔同塔架设段。

3.2 导地线电气间隙不足

案例一，架空地线、OPGW光缆覆冰后，抗冰能力不足，覆冰后弧垂增大对导线距离不足，受风影响造成地线水平受力或脱冰摆动与导线距离不足形成故障跳闸，最具代表的是220 kV安额线，如图5所示。由于地线覆冰过载导致49号-50号铁塔架空地线下垂，与C相导线间安全距离不足，引起导、地线间空气放电，造成架空地线断股，进而导致线路跳闸。

图5 安额线49号至50号覆冰和架空地线覆冰事故断股

案例二，线路交叉跨越，交叉上层导线覆冰后弧垂增大，与下方线路地线放电形成故障跳闸，最具代表性的是220 kV安额线。由于导线覆冰过载形成43号至44号铁塔A相导线下垂，与下方钻越110 kV清依线205号至206号架空地线间距离不足，引起线路跳闸事故，如图6所示。

图6 安额线43号-44号挡距相导线灼伤

案例三，线路换相塔档中因换相导线间、地线与导线存在空间交叉，覆冰下垂或脱冰跳跃引起跳闸事故。该类事故的发生在塔城220 kV线路较突出，如220 kV铁额线47号-48号、112号-113号间跳闸，均为线路换相档中覆冰引起。

3.3 覆冰导致塔材受损

导线覆冰后导线垂直荷载增加，导线挂点塔材受力过大造成塔材断裂，导线与下方山体距离不足形成故障跳闸，110 kV铁黄线22号至26号塔间事故故障为其代表性故障。22号至23号杆塔间存在山包，在恶劣气象条件下，线路覆冰后22号、23号、26号铁塔的导线挂点塔材撕裂，导线对地距离不足，造成导线与地放电断线事故，如图7所示。

4 防覆冰改造

覆冰事故发生后塔城供电公司高度重视，多次组织开展重要输电通道风险评估与治理，认真分析总结后期改造重点和方向。首先，主体网架需要加强，规划项目中调整进入塔城线路廊道，杜绝同区域多条线路集中覆冰事故情况发生。其次，根据此次事故分析事故的共性问题，同范围、同区域覆冰，横风及交叉角大的位置发生率占80%以上，覆冰发生率远远大于顺风区域，后期重点加强横风区域改造治理[5]。形成主要措施如下。

图7 铁黄线覆冰导致导线挂点拉断

（1）对同塔双回路架设线路，特别是横风及交叉角大的位置将垂直排列线路改造为水平排列的单回路。

（2）换相区段结合750 kV线路换相经验，将传统多基完成换相的塔更换为塔身带换相支架的新型塔，塔身处完成换相，避免导地线空中交叉[6]。

（3）横风舞动大档距区域，采取加塔缩短档距、加装相间间隔棒和防舞器及集中安装防振锤等治理方案，如图8所示。

图8 导线加装相间间隔棒现场

（4）覆冰舞动严重区域，采取更换相间距离大的塔型。例如，110 kV铁依线与110 kV清依线同塔架设段，将抗覆冰薄弱的塔型更换成抗覆冰强的塔型，如图9所示。

（5）线路覆冰后垂直荷载增加引起塔材断裂的，第一是加铁塔缩短档距，第二是增加耐张塔缩短耐张段距离，第三是更换断裂处塔材。

（6）利用技改资金完成玛依塔斯覆冰区域的覆冰预警装置安装，利用装置大量搜取信息为将来分析、预防覆冰提供数据支持。

图9 铁依线与清依线同塔架设段改造前后

5 效果和经验

经气象专业数据显示，塔城地区2015年11月27日至12月9日，2016年11月2日至12月21日均受厄尔尼诺现象天气影响，塔城电网同样发生大面积覆冰，但是2016年通过项目完成的防覆冰改造区段，除了110 kV清依线OPGW光缆覆冰断裂造成跳闸外（设计未更换），其余完成改造位置均经受了同等气象条件的覆冰考验，设备运行正常。然而2016年冬至2017年春的大面积覆冰事故表明，尽管这些措施是有效的，但面对如此严重的冰害，尚不能满足建设和安全运行的需要，因此必须把预防电网覆冰灾害工作放到更加重要的位置，后期将在规划、可研、评审、建设等前端采取“避、抗、融、改、防、研”多措并举，积极防治电网覆冰灾害。

6 结 论

本文研究分析了塔城地区覆冰的形成过程，提出覆冰种类以及覆冰物理过程的决定性因素为近地面气温和天气现象。通过分析研究覆冰典型案例，表明覆冰后导、地线安全距离不足导致塔型的抗冰能力下降并形成跳闸，同时还会损毁塔材。因此，提出了相应的防止覆冰的措施，并进行线路改造。改造后覆冰防护效果明显，减少了跳闸的次数。但依然存在着严重冰害下的防护难题需要在今后的研究和实践中解决。