输电线路覆冰抗冰融冰防冰技术

输电线路覆冰、抗冰、融冰、防冰技术前言覆冰和积雪是美丽的自然现象，对于电力系统，覆冰则是一种严重的自然灾害。对电网的安全运行构成了严重威胁，造成输电线路倒塔(杆)、断线、金具损坏、绝缘子串闪络等严重事故，并对我国电网产生了巨大损失。自美国1932、我国1954年首次出现输电线路覆冰灾害事故以来，国内外电网发生的各类覆冰灾害事故几千次。几十年来，国内外对输电线路覆冰进行了长期研究，取得了大量的研究成果。但至今为止，覆冰仍在威胁电网的安全运行，特别是在我国，情况更为突出。我国具有特殊的地形、地理特征，构成了输电线路覆冰具有典型的微地形、小气候特征。正是由于这种特征，决定了输电线路覆冰是随机的，难以预测的。汇报内容输电线路覆冰现象及其危害输电线路覆冰的影响及其导致灾害的原因分析输电线路防冰除冰方法利用电流焦耳热融冰的方法防止绝缘子冰闪的方法输电线路覆冰的测量一、输电线路覆冰现象及其影响因素1、国外典型的电网覆冰灾害事故1921年10月瑞典发生严重积冰现象。瑞典研究报告指出，如果当时的低温、冻雨和强风气象条件发生在现在，20%~50%的杆塔将倒塌。国外最早有记录的输电线路覆冰事故1932年出现于美国。1972年1月，冰灾袭击美国哥伦比亚州，线路覆冰9mm，二条500kV线路严重损坏，。1998年1月，有史以来最严重的冻雨冰风暴袭击加拿大东部和美国东北部部分地区。自1月4日至10日，加拿大魁北克地区降冻雨总计120mm，输电线路杆塔倒塌1000多基，配电网电杆倒塌3000多基。加拿大470万人、美国50万人受到影响，400万人停电超过2周，当年10月电网才完成恢复。1999年12月法国发生为期3天的冰雪风暴，38条主要输电线路停运，5000MV电力不能输送，超过350万户人家停电。2005年1月瑞典南部遭受严重暴风雪灾害，风速达46m/s。电力系统、电话通讯以及铁路公路长时间停运。65万人电力中断，电力修复周期为7周。2005年11月德国发生冰雪灾害造成超过70基输电线路杆塔倒塌，20万人停电。最近30年来，局部覆冰事故和大面积冰害事故在全国各地时有发生。我国最早有记录的输电线路冰害事故出现于1954年，当时全国发生大面积覆冰，如果发生在现在，造成的灾害将超过2008年1月。1984年云南贵州大面积覆冰。1992年10月青海日月山口330kV线路覆冰倒塌8基。1993年11月湖北荆门500kV线路覆冰倒塌7基。1994年11月湖北荆门500kV线路覆冰倒塌2基。1999年3月，北京、天津、唐山地区出现持续1周的冻雾天气，涉及110/220/500kV共10条线路冰闪47次。2004年12月湖南、湖北发生大面积覆冰，电网遭受严重破坏。2005年2月湖南、湖北发生大面积覆冰，电网遭受严重破坏。2005年2月重庆遭受特大风雪袭击。220kV线路严重破坏。2008年南方广大地区的长时间、冻雨覆冰灾害事故。2、我国电网典型覆冰灾害事故概要(1)按照覆冰对电网形成的危害，输电线路覆冰分为五类：A-雨淞B-混合淞(硬雾凇)C-雾淞(软雾凇)D-雪E-霜凇3、输电线路覆冰的分类性质：纯粹、透明的冰，坚硬，密度0.8~0.9g/cm3或更高，粘附力很强。形成条件及过程：低海拔地区，由过冷却雨或毛毛细雨降落在低于冻结温度的物体上形成，气温-2~0℃；在山地，由云中来的冰晶或含有大水滴的地面雾在高风速下形成，气温-4~0℃。形成时的风速较大：5~15m/s。特点：一般是由空气中过冷却水滴冻结在导线形成，多出现在海拔较低的地区；可形成冰柱，密度一般0.8~0.9g/cm3，结构最紧密，附着力强，对输电线危害最大。A型：雨凇(Glaze)性质：不透明(奶色)或半透明冰，常由透明和不透明冰层交错形成，密度0.6~0.8g/cm3。形成条件及过程：在低地，由云中来的冰晶或有雨滴的地面雾形成，气温-5~0℃；在山地,在相当高的风速下，由云中来的冰晶或带有中等大小水滴的地面雾形成，气温-10~-3℃。特点：雨淞和雾淞的连续冻结物，在天气周期性变化时形成；坚硬；粘附力强。对输电线路的危害仅次于雨淞。B型：混合凇(硬雾凇)(HardRime)性质：白色,呈粒状雪,质轻,为相对坚固的结晶,密度0.3~0.6g/cm3,粘附力颇弱。形成条件及过程：在中等风速下形成，在山地由云中来的冰晶或含水滴的雾形成，气温-13~-7℃。特点：C型：雾凇(Rime)性质：在低地为干雪,密度低,粘附力弱.在丘陵为凝结雪和雨夹雪或雾,重量大.密度0.1~0.3形成条件及过程：粘附雪经过多次融化和冻结,成为雪和冰的混合物,可以达到相当高的重量和体积。特点：D型：雪(SnowandSleet)性质：白色，雪状，不规则针状结晶，很脆而轻，密度0.05~0.3g/cm3，粘附力弱。形成条件及过程：水汽从空气中直接凝结而成,发生在寒冷而平静的天气,气温低于-10℃。特点：E型：霜凇(HoarFrost)(2)按照覆冰形成的机理及形成过程，导线覆冰增长可分为：干增长覆冰湿增长覆冰雾凇、霜凇、雪是干增长过程，雨凇是湿增长过程，混合凇是介于、干湿增长之间的一种覆冰过程。4、覆冰的形成条件导线覆冰是由气象条件决定的，是由温度、湿度、冷暖空气对流、环流以及风等因素决定的综合物理现象。导线覆冰必须具备三个条件，即可冻结的气温(＜0℃)较高的湿度(RH%＞85%)，即空气中具有可冻结的水分或过冷却水滴、雾滴和水汽等。使空气中水滴运动的风速(＞1m/s)5、影响输电线路覆冰的因素影响导线覆冰的因素很多，主要有：气象因素地形和地理环境条件海拔高度和导线悬挂高度导线结构特性(1)气象因素影响导线覆冰的气象因素主要有温度、空气湿度、风速、风向、空气中过冷却水滴或雾滴的直径及凝结高度等。(a)环境温度：对覆冰的影响最明显。一般最易覆冰的温度为-1℃和-5℃，气温太低，过冷却水滴变成了雪花，形成不了导线覆冰，因此，严寒的北方地区冰害事故反而较南方的云、贵、湘、鄂等南方高湿度、水汽充分的地区轻。(b)空气湿度：空气湿度的大小对导线覆冰影响甚大。湿度大，一般在85%以上，不仅较易引起导线覆冰，而且还易形成雨凇。南方覆冰最为频繁的湖南、湖北、江西等省，每逢严冬和初春季节，因阴雨连绵，空气湿度很高(90%以上)，故导线极易覆冰，且多为雨凇。云南、贵州等高海拔地区，覆冰多为雾凇或混合凇。(c)风速风向：由于风起着对云和水滴的输送作用，故对导线覆冰有重要影响。无风和微风时，有利于晶状雾凇的形成；风速较大时则有利于粒状雾凇的形成。几乎所有计算导线覆冰的模型都包含有风速这一主要因素，一般而言，风速越大(0~6m/s范围内)，导线覆冰越快。而风向主要会对覆冰形状产生影响，当风向与导线垂直时，结冰会在迎风面上先生成，产生偏心覆冰，而当风向与导线平行时，则容易产生均匀覆冰。(d)过冷却水滴大小：水滴直径越大，碰撞物体冻结过程中，其潜热释放缓慢，反之，则冻结迅速。导致形成覆冰的特征有很大差异。雨凇覆冰时，过冷却水滴直径大，约在10~40μm之间，中值体积水滴直径为25μm左右，是毛毛细雨；雾凇覆冰时，水滴直径在1~20μm之间，中值体积水滴直径为10μm左右;而对于混合凇，其水滴直径在5~35μm之间，中值体积直径为15~18μm。(e)凝结高度：所谓“凝结高度”是指云中的过冷却水滴全部变成冰晶或雪花时的海拔高度，是随着不同的地面气温和露点温度而变化的，常用海宁(Hening)公式计算：H=124(T-Td)式中：H为凝结高度(m)；T为地面气温(℃)；Td为露点温度(℃)。凝结高度是以地面为起始基准的空气中水滴碰撞物体前可冻结的高度，它的大小对高海拔山区的导线覆冰具有决定性的影响。当山峰高度超过凝结高度时(如云南乌蒙山东侧、滇东云贵交界地区)，此区域必属于重冰区或特重冰区。(2)地形和地理环境的影响覆冰与山脉走向、坡向和分水岭等因素也有明显关系。在山区导线受地形及地理的影响更为严重。在受风条件比较好的突出地形，如山顶、垭口、风道和迎风坡，以及空气水份较充足的江河、湖泊、水库和云雾环绕的山腰、山顶等处都是极易夜冰的地点，而且其覆冰程度也比较严重。我国具有典型的微气象、微地形覆冰特征，常见的微气象覆冰地形主要有：1定义典型实例垭口型在绵延的山脉所形成的娅口，是气流集中加速之处，当线路处于垭口或横跨垭口时，将导致风速增大或覆冰量增加。江西省井冈山盐山垭口，云南省昭通市庄沟垭口，湖南省拓乡110kV线路羊古岭垭口，贵州省110kV水盘线黑山垭口，四川省大凉山老林口，云南省110kV以东线53号杆施布卡垭口，云南省500kV大昆线石官坡垭口等垭口山峰2定义典型实例高山分水岭型线路翻越分水岭，空旷开阔，容易出现强风及严重覆冰情况，尤其在山顶及迎风坡侧，含有过冷却水滴的气团在风力作用下，沿山坡强制上升而绝热膨胀，使得过冷却水滴含量增大，导致导线覆冰增加。陕西省秦岭，云南省金沙江与小江的分水岭，河南省南阳地区伏牛山老界岭，浙江省云和县与松阳县交界的方山岭，广东省韶关地区乳源和东昌两县交界的分水岭，湖南衡山祝融峰等。迎风风背水岭坡坡分3定义典型实例水气增大型输电线路临近较大的江湖水体，使空气中水汽增大，当寒潮人侵，气温下降至0℃以下时，由于空气湿度大，便容易出现严重彼冰现象。江西梅岭(受鄱阳湖影响)，云南昆明太华山(受滇池影响)，湖南省沅江市(受洞庭湖影响)，湖北省巴东县绿葱坡(受长江影响)。四川会东白龙山及云南东川海子头(受金沙江影响)，500kV大昆线哀牢山地段(受老虎山电站水库影响)等江湖水体4定义典型实例地形抬升型平原或丘陵中拔地而起的突峰或盆地中一侧较低另一侧较高的台地及陡崖，因盆地水汽充足，湿度较大的冷空气容易沿山坡上升，在顶部或台地上形成云雾，当冬季寒潮人侵时便会出现严重覆冰现象云南省会泽县大竹山，贵州省220kV鸡江Ⅱ回十里长冲，广西省110kV蔽桂线金竹坳，滇南蒙自盆地边缘地形抬升的马拉格，贵州东部的万山及500kV大昆线易门老吾街后山等气流云雾5定义典型实例峡谷风道型线路横跨峡谷，两岸很高很陡，通过狭管效应产生较大的风速，将导致送电线路风荷载的大幅度增加云南省110kV六平线36号杆南盘江峡谷，500kV大昆线绿汁江跨越点，云南220kV以昆线282－283号大黑山峡谷风槽，500kV漫昆线哀牢山76-77号兔街山谷风道等峡谷风道可能严重覆冰段导线(3)海拔高度和导线悬挂高度一般海拔高度越高导线越易覆冰，冰厚也越大，而且多为雾淞，海拔高度较低处，其冰厚(b)较小，但多为雨淞或混合淞。导线悬点愈高，覆冰愈重，这是因为，近地层内风速和雾的密度随离地高度的增加而增大。冰厚随高度(海拔高度或悬挂高度)变化的规律可用乘幂律表示：其中：Z为高度，b为覆冰厚度;下标“Z”表示Z高度处的物理量，“0”表示参考高度Z0处的物理量。aZZZbb)(00(4)导线结构特性导线结构特性包括导线的直径、刚度，通过的电流大小等因素。对导线直径而言，它对导线覆冰的影响主要表现为其对导线捕获空气中过冷却水滴的有效性，即收集系数的影响。这是流体力学特性决定的问题。导线覆冰增长率为：atvrfdtdm,,,,,,,321导线半径越大，过冷却水滴与撞击导线的撞击系数(α1)越小，其撞击导线的几率越小，覆冰厚度增长越慢。…导线刚度的大小决定其抗扭转的性能，它主要是影响导线覆冰的截面形状。细而长的导线刚度较小，易于扭转，多呈现圆形覆冰，覆冰量也就会相应增加。33.544.555.5601020304050覆冰厚度(mm)导线半径(mm)(5)电场的影响电场的存在会对移向导线的水滴粒子产生极化和吸引力。虽然水滴内的极化电荷随交流电压而变化，但其作用力永远是一个引向导线的吸引力。因此，电场对雾滴和毛毛细雨的吸引力会导致更多的水滴移向导线表面，因而能增加导线上的覆冰量。电场强度一定时。负荷电流对导线覆冰的影响体现在两个方面。当电流不够大，