引言

高壓輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它承擔(dān)著電力輸送的重要任務(wù)。然而，極端天氣條件下，如冰雪天或雨雪交加的惡劣天氣，輸電線路上不可避免地會(huì)出現(xiàn)覆冰現(xiàn)象，導(dǎo)致線路的供電能力受到嚴(yán)重制約[1-2]。覆冰導(dǎo)致輸電線路損壞的原因有很多，目前主要可以分為四種，分別是覆冰過荷載、覆冰舞動(dòng)、脫冰跳躍和覆冰閃絡(luò)[3]。覆冰過荷載指的是輸電線路桿塔或?qū)Ь€在風(fēng)雪交加的情況下，積雪重量增加，所承受的荷載變大而導(dǎo)致斷裂的現(xiàn)象[4]。覆冰舞動(dòng)是指輸電線路在覆冰情況下，桿塔或?qū)Ь€振動(dòng)，導(dǎo)線與桿塔之間摩擦力發(fā)生變化，引起導(dǎo)線彎曲和振動(dòng)，最終導(dǎo)致桿塔或?qū)Ь€的損壞[5]。脫冰跳躍是指輸電線路在冰雨或有霧氣的情況下，導(dǎo)線和桿塔周圍溫度較高，覆冰層熔化，而這時(shí)覆冰層又會(huì)因?yàn)楦邷卣羝a(chǎn)生冷卻，導(dǎo)致躍起，造成明顯的沖擊力，從而加劇桿塔或?qū)Ь€的彎曲和振動(dòng)[6]。覆冰閃絡(luò)是指輸電線路在覆冰情況下，由桿塔或?qū)Ь€的電場(chǎng)強(qiáng)度變化導(dǎo)致的桿塔體或?qū)Ь€的電擊穿[7]。

本文對(duì)500 kv輸電線路覆冰故障原因和治理方法進(jìn)行了深入研究，通過對(duì)覆冰過荷載、覆冰舞動(dòng)、脫冰跳躍和覆冰閃絡(luò)等不同現(xiàn)象的分析，結(jié)合實(shí)際情況，提出了一些可行的治理和預(yù)防措施，可以為提高輸電線路的安全性能提供一些參考。

1常見覆冰故障及分析

冬季或早春，當(dāng)氣溫在-5~0節(jié)、風(fēng)速在1~15 m/s時(shí)，如遇濃霧、降雨等情況，空氣濕度超過85%，冷的濃霧（粒徑較小的雨滴）、雨滴（粒徑較大的雨滴）落在輸電線路上會(huì)導(dǎo)致線路表面結(jié)冰。冰凍的雪花在下落過程中穿過溫暖層時(shí)往往會(huì)變濕并融化，如果降落在低于冰點(diǎn)（0節(jié)）的輸電線路上，會(huì)以白色冰塊的形式覆冰。寒冷濃霧結(jié)成的覆冰稱為霧淤，冷雨滴結(jié)成的覆冰稱為雨淤，雪花凍結(jié)而成的覆冰稱為雪淤（也叫濕雪）。輸電線路有時(shí)會(huì)遇到隨氣流飄浮的不同粒徑的過冷水滴（霧和雨），在碰撞瞬間部分被濕潤(rùn)，在輸電線路的迎風(fēng)面形成冰體，呈半透明狀，這種覆冰叫混合淤。目前常見的輸電線路覆冰故障主要有四種，分別是覆冰過荷載、覆冰舞動(dòng)、脫冰跳躍和覆冰閃絡(luò)。

1.1覆冰過荷載

覆冰過荷載是導(dǎo)致輸電線路故障的主要因素之一，主要包括自重荷載、風(fēng)荷載和附著力荷載三種類型。當(dāng)輸電線路覆冰積累到一定體積和重量之后，輸電線路導(dǎo)、地線垂直方向的荷載將會(huì)倍增，使得弧垂增大，導(dǎo)線對(duì)地間距減小，從而有可能發(fā)生閃絡(luò)事故?；〈乖龃蟮耐瑫r(shí)，在風(fēng)的作用下，兩根導(dǎo)線或?qū)Ь€與地之間可能相碰，會(huì)造成短路跳閘，燒傷甚至燒斷導(dǎo)線的事故。如果覆冰的重量進(jìn)一步增大，則可能超過導(dǎo)線、金具、絕緣子及桿塔的機(jī)械強(qiáng)度，使導(dǎo)線從壓接管內(nèi)抽出，或外層鋁股全斷、鋼芯抽出；當(dāng)導(dǎo)線覆冰超過桿塔額定荷載一定限度時(shí)，可能導(dǎo)致桿塔基礎(chǔ)下沉、傾斜或爆裂，桿塔折斷甚至倒塌。嚴(yán)重覆冰會(huì)造成導(dǎo)線、地線斷裂，桿塔倒塌，金具損壞。其中桿塔過荷載示例如圖1所示。

1.2覆冰舞動(dòng)

覆冰舞動(dòng)是指導(dǎo)線和桿塔之間的摩擦力變化以及導(dǎo)線和桿塔本身的振動(dòng)所造成的作用力，集中在導(dǎo)線終端，導(dǎo)致導(dǎo)線發(fā)生彎曲和振動(dòng)，最終導(dǎo)致桿塔或?qū)Ь€的損壞。覆冰舞動(dòng)的主要原因是傳統(tǒng)的鋼絲絞線桿塔和鋼管塔的設(shè)計(jì)和施工難以抵御大風(fēng)和覆冰的作用力，從而使得導(dǎo)線產(chǎn)生較大的偏差和振動(dòng)。

輸電線路舞動(dòng)的發(fā)生通常取決于三個(gè)因素：風(fēng)激勵(lì)、線路結(jié)構(gòu)參數(shù)和線路覆冰不均勻。舞動(dòng)造成的危害是多方面的，輕則造成閃絡(luò)、跳閘，重則導(dǎo)致設(shè)備和絕緣子損壞，絞線斷線，桿塔螺栓松動(dòng)、脫落甚至倒塔等電網(wǎng)重大故障。易發(fā)生舞動(dòng)的局部敏感區(qū)域主要是在風(fēng)口、開闊地帶、江河湖面等易于覆冰且風(fēng)激勵(lì)較強(qiáng)的地區(qū)。為防止輸電線路舞動(dòng)，一般采取安裝相間間隔棒、線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒、雙擺防舞器、失諧擺、偏心重錘等防舞裝置的措施。

1.3脫冰跳躍

脫冰跳躍是指輸電線路在雨雪交加的情況下，導(dǎo)線和桿塔周圍的溫度較高，覆冰層融化，當(dāng)這些融化的水滴落到地面時(shí)，又會(huì)因?yàn)橹車臏囟容^低而發(fā)生凝固，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致明顯的跳躍沖擊力。這些沖擊力會(huì)傳遞到導(dǎo)線和桿塔上，導(dǎo)致導(dǎo)線的彎曲和振動(dòng)，最終造成桿塔或?qū)Ь€損壞。同時(shí)，不同期脫冰還會(huì)引起導(dǎo)、地線跳躍，相互接近，發(fā)生放電；導(dǎo)線跳躍，引起耐張塔引流線與橫擔(dān)接近，發(fā)生放電；懸垂絕緣子串偏移，碰撞橫擔(dān)等。其中導(dǎo)線不同期脫冰示例如圖2所示。

1.4覆冰閃絡(luò)

覆冰閃絡(luò)是指導(dǎo)線和桿塔之間的電場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)線和桿塔發(fā)生放電現(xiàn)象。這種放電現(xiàn)象可以穿透覆冰層和絕緣層，同時(shí)還會(huì)破壞或腐蝕導(dǎo)線加強(qiáng)件、桿塔表面的涂層等。隨著輸電電壓的增加，覆冰閃絡(luò)的危害也在逐漸擴(kuò)大。在融冰過程中，冰層表面水膜具有較高的電導(dǎo)率，增大了泄漏電流；同時(shí),冰凌間隙會(huì)引起絕緣子串電壓分布及單片絕緣子表面電壓分布的畸變,降低覆冰絕緣子串的閃絡(luò)電壓；閃絡(luò)過程中持續(xù)電弧會(huì)燒傷絕緣子，引起絕緣子絕緣強(qiáng)度下降。在低溫潮濕且導(dǎo)線周圍空氣中存在一定鹽分時(shí),覆冰閃絡(luò)發(fā)生的概率更大。覆冰閃絡(luò)示例如圖3所示。

2覆冰檢測(cè)技術(shù)

檢測(cè)輸電線路覆冰情況,對(duì)預(yù)防輸電線路因器件過熱、過載、開路等原因發(fā)生火災(zāi)或爆炸等重大事故起著關(guān)鍵作用。目前輸電線路覆冰大多采用人工巡視的檢測(cè)方式,但這種方式存在著維護(hù)成本高、人員安全性得不到保障等問題。為提高檢測(cè)效率和安全性,應(yīng)綜合運(yùn)用現(xiàn)有的輸電線路覆冰檢測(cè)技術(shù)，包括常規(guī)檢測(cè)方式和先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)。

2.1常規(guī)檢測(cè)方式

常規(guī)檢測(cè)方式包括巡視、紅外檢測(cè)、視頻監(jiān)控等。其中，巡視是目前應(yīng)用最廣泛、效率最高的一種方法，但這種方法人工成本較高，且人員安全性得不到保障。紅外檢測(cè)是一種針對(duì)輸電線路覆冰問題的非接觸式檢測(cè)方法，其優(yōu)點(diǎn)在于無須直接接觸輸電線路，缺點(diǎn)是檢測(cè)結(jié)果受天氣和設(shè)備本身性能影響較大。視頻監(jiān)控也是一種常用的檢測(cè)方式,但其受監(jiān)控設(shè)備的安裝位置和視角影響較大。

2.2先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)

現(xiàn)階段,涌電流法、微波檢測(cè)法和雷達(dá)檢測(cè)法等先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于輸電線路覆冰情況檢測(cè)。涌電流法主要是基于線路放電的波形特征進(jìn)行判讀,其缺點(diǎn)在于有很大誤差,需要多次檢測(cè)來得到準(zhǔn)確結(jié)果。微波檢測(cè)法主要是根據(jù)星載微波輻射計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,可以有效提高檢測(cè)效率。雷達(dá)檢測(cè)法是目前應(yīng)用最廣泛的一種先進(jìn)檢測(cè)技術(shù),其主要原理是利用雷達(dá)得到的回波信號(hào)來分析覆冰的密度、厚度等參數(shù),進(jìn)而得到覆冰的具體情況。

3覆冰故障的治理

3.1應(yīng)用止振措施

為了解決覆冰故障帶來的影響,可以對(duì)現(xiàn)有的高壓輸電線路進(jìn)行改進(jìn)。近年來,一些針對(duì)高壓輸電線路的止振措施已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際工程中,例如通過增加減振器以及優(yōu)化鋼管桿架結(jié)構(gòu)等方法,來減輕高壓輸電線路的振動(dòng)程度。

3.2應(yīng)用覆冰保護(hù)層

覆冰保護(hù)層的應(yīng)用可以有效避免覆冰過荷載等故障的發(fā)生。覆冰保護(hù)層大多采用輕質(zhì)材料制成,例如泡沫塑料、塑料等,可以在不影響輸電線路的情況下,在導(dǎo)線或桿塔表面形成一定的絕緣層,以防止覆冰過荷載的發(fā)生。

3.3輸電線路脫冰

輸電線路脫冰方式主要可以分為機(jī)械脫冰、熱力脫冰和化學(xué)脫冰三種類型。

（1）機(jī)械脫冰：機(jī)械脫冰是一種傳統(tǒng)的脫冰方式,主要是利用機(jī)械力量清除覆冰。其優(yōu)點(diǎn)在于脫冰效率高、成本較低,但也存在著安全性較差、可能對(duì)輸電線路造成損傷等缺點(diǎn)。

（2）熱力脫冰：熱力脫冰是一種利用熱能清除冰雪的方法。其優(yōu)點(diǎn)在于可以快速融化冰雪,缺點(diǎn)是能量消耗較大,脫冰設(shè)備占地較大,成本較高。

（3）化學(xué)脫冰：化學(xué)脫冰是通過吸附、溶解、分解等作用清除覆冰的一種方式。其優(yōu)點(diǎn)在于脫冰效率高、占地面積小,缺點(diǎn)是對(duì)環(huán)境有一定的污染性。

下面介紹三種常見的脫冰技術(shù)：爆炸脫冰、人工摘冰和除冰機(jī)器人脫冰。

（1）爆炸脫冰：爆炸脫冰是通過爆炸產(chǎn)生的熱能清除覆冰的一種方式。該技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于輸電線路覆冰治理中，由于該方法溫度較高，冰雪可以快速溶解并脫落，所以效率很高。但這種方法需使用可控爆炸措施，存在一定的危險(xiǎn)性，因此，在采用該技術(shù)時(shí)，必須采取安全措施，以確保人員和設(shè)備的安全。

（2）人工摘冰：人工摘冰是一種比較傳統(tǒng)的脫冰方法。其工藝簡(jiǎn)單、成本低，但工作強(qiáng)度高，因此不適合大面積使用。此外，這種技術(shù)存在安全隱患。因此，在實(shí)施時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況合理選擇。

（3）除冰機(jī)器人脫冰：輸電線路除冰機(jī)器人如圖4所示。除冰機(jī)器人能夠在輸電線路上自主行走，并通過攜帶的機(jī)械除冰裝置清除線路上的覆冰。除冰機(jī)器人具有跨越防振錘及壓接管的能力，并能通過行走保護(hù)裝置防止脫線。其攜帶了攝像機(jī)和機(jī)械除冰裝置，攝像機(jī)用于檢測(cè)線路設(shè)施覆冰及周圍通道情況，機(jī)械除冰裝置用于清除線路覆冰。除冰機(jī)器人和地面基站之間采用無線通信方式，地面基站對(duì)機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)具有遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)能力。除冰機(jī)器人采用鈕電池和汽油機(jī)復(fù)合動(dòng)力供電，以確保除冰過程中的大功率輸出要求。

3.4定期檢測(cè)和維護(hù)

定期檢測(cè)和維護(hù)是減少覆冰故障的重要措施。通過定期檢查輸電線路桿塔和導(dǎo)線的附屬設(shè)施，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修補(bǔ)可能存在的故障，可以最大程度地排除故障隱患。

4結(jié)束語

輸電線路在冬季容易出現(xiàn)覆冰現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備過荷載、振動(dòng)過大、覆冰閃絡(luò)等問題。為保障電網(wǎng)的正常運(yùn)行，必須對(duì)輸電線路的覆冰故障進(jìn)行有效治理和預(yù)防。本文分析了500 kv輸電線路覆冰故障的發(fā)生原因及其影響，并介紹了覆冰常規(guī)檢測(cè)方式和先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)，以及機(jī)械脫冰、熱力脫冰和化學(xué)脫冰等脫冰方式，其中重點(diǎn)介紹了三種常見脫冰技術(shù)：爆炸脫冰、人工摘冰和除冰機(jī)器人脫冰，并分析了其特點(diǎn)和適用范圍，可以為提高輸電線路的安全性能提供一些參考。