输电线路覆冰分析与防治

1线路运行与检修第七讲输电线路覆冰分析与防治（一）2•复习：–外力破坏故障的现状–外力破坏故障的分析–外力破坏故障的防治措施外力破坏故障的原因有哪些？•本学时待解决问题：–输电线路覆冰事故统计–覆冰形成机理分析–输电线路冰害故障类型和特点–鸟害故障调查–鸟害故障的类型和形成原因–鸟害故障发生的规律–防治鸟害故障的措施和对策鸟害故障有哪些分类？31、概述一、输电线路覆冰事故统计大自然的美景覆冰：一种特殊的天气现象输电线路的灾难452、覆冰分布覆冰事故统计数据分布比较广泛，华中网最为严重。华中地区：湖南、湖北、河南为什么？地理特点：气象，地形一、输电线路覆冰事故统计61、线路覆冰的分类按表观特征：二、覆冰形成机理分析71、线路覆冰的分类按形成机理：降水覆冰雨凇云中覆冰雾凇凝华覆冰晶状雾凇二、覆冰形成机理分析82、线路覆冰的形成过程1）冻雨覆冰严冬和初春，北方冷空气和南方暖湿空气交汇。“静止峰”，冷气团，在下部“准静止峰”，暖气团，在上面高空低温层水滴、雪花、冰晶下降过程：大水滴：尘埃做为凝结核，变冰粒落地小水滴：张力大，难以将尘埃做为凝结核，下落较慢，遇到较冷物体（例如杆塔或导线），发生形变，凝结成冰。雨凇：丘陵地区雾凇：高海拔地区二、覆冰形成机理分析92、线路覆冰的形成过程2）冻雾覆冰含过冷却水滴的云雾在导线上的凝聚。3）混合淞冷雨晴冷雨凇混合淞雾凇4）覆冰形状圆形、椭圆形、松针形取决于风、扭转等3、覆冰的气象条件温度低于0ºC湿度大于85%风速大于1m/s。二、覆冰形成机理分析104、导线覆冰的影响因素1）气象因素空气温度风速风向过冷却水滴直径空气中液态水含量不同组合，不同覆冰类型温度升高,雾粒直径变大，液态水含量增加。严寒北方，冰害事故反而比南方的云贵湘鄂更轻覆冰与风速不成正比风向影响覆冰情况的轻重、均匀。二、覆冰形成机理分析114、导线覆冰的影响因素2）季节影响11月到3月，尤其入冬和倒春寒时。3）高度的影响一般海拔越高越容易覆冰，越厚，多为雾凇。海拔越低覆冰越薄，多为雨凇或混合冻结。乘幂规律凝结高度海宁公式：H=124(T-τ)导线悬挂高度：高度越高，覆冰越严重。二、覆冰形成机理分析azzzbb00124、导线覆冰的影响因素4）地理环境的影响受风条件水气充足5）线路走向的影响东西走向，覆冰最为严重，且不均匀，容易诱发覆冰舞动。6）导线本身的影响刚度：扭转直径：不同观点负荷电流与电场：电场力：带电线路覆冰厚度较大临界负荷电流二、覆冰形成机理分析13覆冰对线路的危害有：过负荷、覆冰舞动、脱冰跳跃、绝缘子串冰闪，会造成扦塔变形、倒塔、导线断股，金具和绝缘子损坏，绝缘子闪络等事故。1、过负荷线路覆冰后的实际质童超过设计值很多，从而导致架空输电线路机械和电气方面的事故。1）垂直负荷三、冰害故障类型和特点当导线、杆塔覆冰时，冰的质量会增加所有支持结构和金具的垂直负荷，导致架空线的弧垂变大，使导线间或者导地线之间的档距减小，当风吹动时，会由于绝缘距离不够而发生短路。另外，由于覆冰会增大导线张力，从而增大杆塔及其基础的力矩,增大转角塔的扭矩，造成杆塔扭转、弯曲、基础下沉、倾斜，甚至在拉线点以下发生折断。141、过负荷三、冰害故障类型和特点2）水平负荷。覆冰也会使导线受风面积增大，此时杆塔所受的水平荷载也随之增加,线路因此可能遭受到严重的横向串基倒杆事故。151、过负荷三、冰害故障类型和特点3）纵向负荷。因为输电线路相邻各档之间距离、髙度或安装质量不同，使导线在覆冰时引起纵向静力不平衡，产生纵向负荷。当覆冰不均匀、自行脱落或被击落时，导线的悬挂点处会产生很大的纵向冲击荷载，可能造成导线或地线从压接管内抽出，或者外层铝股断势、钢芯抽出，或整根线拉断。如果导线拉断脱落，则最终的不平衡冲击荷载和两相邻档之司的残余荷载就会大大增加，发生顺线倒杆事故。事故举例：湖南倒塔事故分析：前后档距、高差角、覆冰负荷162、导线覆冰舞动和脱冰跳跃事故1）覆冰导线在风作用下发生舞动在一定条件下，覆冰导线受稳态横向风作用，可能引起大幅低频振动，即舞动。均匀覆冰时，虽然其载面增大，但其形状仍保持为均匀圆形，因此，一定的风力所引起的导线振动，其频率低于裸线时的频率，而振幅比裸线时小，并且频率下降可能低到防振装置的有效运行范围以下。当导线覆冰不均匀时，由于其断面的不对称，风吹导线时就会产生空气动力学上的不稳定，在相应风力作用下，导线会发生低频（0.1-0.3Hz）、大振幅（可达10m以上）的舞动。导线舞动将引起差频负荷，从而导致金具损坏，导线断股，相间短路，线路跳闸及杆塔倾斜或倒塌等严重事故。三、冰害故障类型和特点172、导线覆冰舞动和脱冰跳跃事故舞动的形成主要取决于三个因素，覆冰风激励线路的结构与参数。分裂导线与单导线大截面导线与常规截面导线2）导线不均匀脱冰跳跃发生舞动随着导线覆冰量增加，相应的张力明显增大，弧垂也有所下降，当大段或整档脱冰时，由于导线弹性储能迅速转变为导线的动能、位能，引起导线向上跳跃，进而产生舞动，使相邻悬垂串产生剧烈摆动，两端导线张力也有显著变化。三、冰害故障类型和特点182）导线不均匀脱冰跳跃发生舞动随着导线覆冰量增加，相应的张力明显增大，弧垂也有所下降，当大段或整档脱冰时，由于导线弹性储能迅速转变为导线的动能、位能，引起导线向上跳跃，进而产生舞动，使相邻悬垂串产生剧烈摆动，两端导线张力也有显著变化。脱冰跳跃的危害导线向上跳跃的结果是使导线与地线之间的安全距离变小，造成导地线间闪络或短路，烧伤导线，并使线路跳闸；导线两端动态张力显著变化的结果是线夹、绝缘子串及挂点处金具容易遵受动态冲击而损坏，甚至损伤塔头；导线、避雷线的跳跃和舞动产生的冲击力也会使直线塔绝缘子串滑移和损坏；耐张引流线自身脱冰反弹或塔上脱冰、大量冰块倾硒击中引流线，也会引起引流线上弹与横担闪络。三、冰害故障类型和特点193、绝缘子串冰闪事故1）形成原因大气环境中污秽较重使冰闪跳闸易于发生。融冰水膜的高电导率另外融冰过程中局部出现的空气间隙使沿串电压分布极不均勾，导致局部首先起弧并沿冰桥发展成贯穿性闪络。2）绝缘子串型对冰闪故障的影响。冰闪基本上发生在悬垂串，双串绝缘子结构几率较高原因是覆冰或大雾时双串绝缘子间电场分布相互影吶，电场畸变，使其最低闪络电压比单串低。未发现耐张和V形串绝缘子冰闪耐张串和V形串上冰凌不容易桥接伞间间隙；该串型本身自清洗效果好，串上积污量少；融冰时该串型上难以形成对冰闪发生至关重要的贯通性水膜三、冰害故障类型和特点203、绝缘子串冰闪事故3）冰闪与环境温度的变化直接相关一般在温度较低的夜间结冰时段，沿绝缘子串的冰柱表面难以出现贯通性导电水膜，沿串电压分布也相对均匀，故不易冰闪。而温度相对较高的白天正午时段冰体表面开始融化，常是冰闪高峰时段。较长的冰雪天气时常是结冰与融冰交错出现，冰闪也会反复发生，而短时冰雪天气的冰闪则集中于升温的化冰期。绝缘子串冰闪是220〜500kV覆冰线路跳闸的主要原因三、冰害故障类型和特点21作业：1、预习7.4，第8章2、课后作业：无！3、随堂作业：请简述导线覆冰的影响因素。22抗冰设计防冰除冰1、输电线路抗冰设计方法对重冰区输电线路采取加强抗冰设计的措施，往往比融冰、防冰以及其他后期措施更为合理和有效。Q/CSC11503-2008《中重冰区架空输电线路设计技术规定（暂行）》1）认真调查气象条件，避开不利的地形气象调查方法：收集气象部门的历史观测资料听取当地居民有关历年冰凌频数、性质、分布及危害等方面的情况邀请气象部门的专业技术人员共同踏勘、核实，综合分析、合理划分冰区和确定设计冰厚，特别要注意分析沿线是否存在微气象覆冰地段先期在沿线建立观测站，以便掌握覆冰的特征和资料三、输电线路防覆冰故障措施231、输电线路抗冰设计方法1）认真调查气象条件，避开不利的地形当线路不可避免通过重覆冰地区时，应力求“避重就轻”的原则：避开最严重的覆冰地段，线路宜沿起伏不大的地形走线尽量避开横跨垭口、风道和通过湖泊、水库等容易覆冰的地带；翻越山岭时应避免大档距、大高差；沿山岭通过时宜沿覆冰季节背风或向阳面走线，应避免将转角点架设在开阔的山脊上，且转角角度不宜过大；如遇台地宽窄不一、不连续时，则注意选取云雾不连续地段，达到减小覆冰概率和减轻覆冰程度的目的。三、输电线路防覆冰故障措施241、输电线路抗冰设计方法2）采取抗冰措施a.防倒塔断线措施在中间适当位置设立耐张塔或加强型直线塔，以避免一基倒塌引起的连环破坏。针对地线上覆冰密度大这一特点，应加强地线支架的补强对于档距较大的重覆冰地段采取增加杆塔、缩小档距的措施，以增加导地线的过载能力，减轻杆塔负荷，减小不均匀脱冰时导地线相碰撞的机遇。加强杆塔、缩短耐张段长度。改善杆塔结构、扩大导线与地线的水平位移为减少或防止覆冰后钢芯铝纹线断线或断股，重覆冰区输电线路导线可采用高强度钢芯铝合金线或其他加强型的抗冰导线为减轻或防止重覆冰区线路因不平衡张力作用和脱冰跳跃振动而损害导线，宜采用预绞丝护线条保护导线。对于悬挂角与垂直档距较大的直线杆塔采用双线夹，以增加线夹出口处导线的受弯强度。三、输电线路防覆冰故障措施251、输电线路抗冰设计方法2）采取抗冰措施b.防绝缘子串冰闪措施悬式绝缘子串增加大盘径伞裙阻隔法。双串绝缘子间应增大挂点间距或加装间隔装置悬垂绝缘子串斜挂法在绝缘子串悬挂点处增设一块防水挡板。涂具有憎水性能的涂料c.防导线舞动措施开展导线舞动观测，力求获取全面的基础数据和资料，划分出舞动易发区域。改进铁塔紧固方式，加强易舞动地区杆塔强度三、输电线路防覆冰故障措施261、输电线路抗冰设计方法2）采取抗冰措施c.防导线舞动措施对易舞动区域线路（特别是＜220kv）的直线杆塔一是设计时加大导线间距离（包括垂直距离和水平偏移），这不能避免导线舞动，但可避免它造成的相间短路。二是采用气流干扰线，破坏导线覆冰后的空气动力学特性，改变导线受力条件，以其阻尼性能抑制导线舞动。利用失谐摆、重锤、集中防振锤的阻尼作用抑制起舞条件66kV线路加装复合绝缘相间间隔棒，防止舞动时相间短路新线路采用双绞线导线，三、输电线路防覆冰故障措施272、输电线路防冰、除冰方法防覆冰方法是在覆冰物体覆冰前采取各种有效技术措施，使各种形式的冰在覆冰物体上无法积覆，或即使积覆，其总的覆冰负荷也能控制在物体可承受的范围内。除冰方法定义为物体覆冰达到危险状态后采取有效措施，部分或全部除去物体上覆冰的方法或措施。分类：热力融冰法机械破冰法自然被动法三、输电线路防覆冰故障措施282、输电线路防冰、除冰方法1）改变潮流分配融冰工程应用中针对输电线路最方便、有效、适用的除冰方法与导线通过电流时的焦耳效应有关临界负荷电流三、输电线路防覆冰故障措施1/)(tdfcRQQI292、输电线路防冰、除冰方法1）改变潮流分配融冰对220kV及以上轻载线路，主要依靠科学的调度，提前改变电网潮流分配．使线路电流达到临界电流以上；110kV及以下变电所间的联络线，可通过调度让其带负荷运行，并达临界电流以上；其他类型的重要轻载线路，可采用在线路末端变电所母线上装设足够容量的并联电容器或电抗器，以增大无功电流的办法达到导线不覆冰的目的此方法无法预防避雷线和架空地线上的覆冰三、输电线路防覆冰故障措施302、输电线路防冰、除冰方法2）三相短路融冰三相短路融冰是指将线路的一端三相短路，另一端供给融冰电源，用较低电压提供较大短路电流加热导线的方法使导线上的覆冰融化。发电机零起升压对系统影响不是很大。全电压冲击合闸系统电压较低、无功备用不足时有可能造成系统稳定破坏事故。短路融冰时需将包括融冰线路在内的所有融冰回路中架空输电线停下来。对于大