李興凱

(河北省電力勘測設(shè)計(jì)研究院,河北石家莊 050031)

淺談導(dǎo)線覆冰分析方法在特高壓輸電工程中的應(yīng)用

李興凱

(河北省電力勘測設(shè)計(jì)研究院,河北石家莊 050031)

導(dǎo)線覆冰影響著電力系統(tǒng)的安全和工程造價(jià),合理的確定導(dǎo)線覆冰的取值對(duì)特高壓輸電工程安全運(yùn)行和降低工程造價(jià)都有十分重要的意義。本文列舉了內(nèi)外重大覆冰災(zāi)害,總結(jié)出實(shí)測數(shù)據(jù)頻率計(jì)算分析法、 覆冰調(diào)查分析法、附近工程成果取值法、相似地區(qū)類比法、冰區(qū)分布圖取值法等導(dǎo)線覆冰分析法及其計(jì)算公式,并將各種方法應(yīng)用于特高壓輸電線路工程。

覆冰災(zāi)害 特高壓輸電工程 導(dǎo)線覆冰

0 引言

隨著特高壓輸電工程的發(fā)展，設(shè)計(jì)導(dǎo)線覆冰問題就成了我們必須面對(duì)的一個(gè)重要問題。輸電線路導(dǎo)線在覆冰、大風(fēng)、低溫時(shí)承受較大拉力，若拉力超過其極限強(qiáng)度，會(huì)發(fā)生斷線，或使鐵塔構(gòu)件、橫擔(dān)、地線支架變形損壞甚至拉倒鐵塔。在覆冰、大風(fēng)、低溫三種天氣現(xiàn)象中，對(duì)輸電線路影響較大并會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果的是導(dǎo)線覆冰和大風(fēng)。經(jīng)有關(guān)研究表明，覆冰比載遠(yuǎn)大于大風(fēng)比載，覆冰對(duì)線路的影響遠(yuǎn)大于大風(fēng)。因此，在諸多的天氣現(xiàn)象中，導(dǎo)線覆冰事故嚴(yán)重威脅了電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。另一方面，設(shè)計(jì)導(dǎo)線覆冰對(duì)工程的造價(jià)影響很大。設(shè)計(jì)導(dǎo)線覆冰越大，鐵塔重量也越重，工程投資也會(huì)越大。因此，如何合理的確定導(dǎo)線覆冰的取值對(duì)電力工程安全運(yùn)行和降低工程造價(jià)都有十分重要的意義。

1 國內(nèi)外覆冰災(zāi)害

1932年在美國首次出現(xiàn)有記錄的輸電線路覆冰事故。1998年1月加拿大魁北克、安大略等省1000余座輸電鐵塔被壓倒。由于特殊的地理與氣候，我國也是世界上輸電線路覆冰災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一，華中和西南地區(qū)是我國線路災(zāi)害最嚴(yán)重的地區(qū)。2008年1月，我國南方地區(qū)相繼出現(xiàn)了持續(xù)的大范圍災(zāi)害性冰雪天氣，此次雨雪冰凍天氣過程影響范圍大、持續(xù)時(shí)間長、涉及面廣、覆冰密度大、危害程度大，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)及人民生活造成巨大影響。

2 導(dǎo)線覆冰分析方法

2.1 實(shí)測數(shù)據(jù)頻率計(jì)算分析法

工程地點(diǎn)具有10年以上年最大覆冰觀測，應(yīng)采用頻率分析法計(jì)算設(shè)計(jì)冰厚，并考慮具體地形影響移用至線路工程地段；覆冰頻率計(jì)算線型采用P-Ⅲ型分布或極值Ⅰ型分布。工程區(qū)域僅有1-5年短期年最大覆冰觀測資料，可應(yīng)用觀冰站與鄰近氣象站覆冰氣象要素合成的氣象指數(shù)進(jìn)行頻率分析確定統(tǒng)計(jì)參數(shù)，并計(jì)算設(shè)計(jì)覆冰。

2.2 覆冰調(diào)查分析法

工程區(qū)域無覆冰觀測資料，可對(duì)工程地點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行歷史覆冰調(diào)查和搜資，進(jìn)行導(dǎo)線覆冰分析計(jì)算。

2.3 附近工程成果取值法

工程區(qū)域有已建輸電線路，可對(duì)工程地點(diǎn)附近區(qū)域的輸電線路的等級(jí)、設(shè)計(jì)覆冰取值及運(yùn)行情況進(jìn)行分析，根據(jù)本工程等級(jí)，結(jié)合地理、氣候等情況，合理確定線路導(dǎo)線設(shè)計(jì)覆冰。

2.4 相似地區(qū)類比法

工程區(qū)域無觀冰資料或已建輸電線路，而與工程地點(diǎn)的地理、氣候，類似的區(qū)域有覆冰觀測資料或已建輸電線路。然后結(jié)合工程地點(diǎn)與相似區(qū)域的地理、氣候等情況，利用類比法合理確定工程地點(diǎn)線路導(dǎo)線設(shè)計(jì)覆冰。

2.5 冰區(qū)分布圖取值法

2008年冰災(zāi)后，各省根據(jù)對(duì)覆冰觀測數(shù)據(jù)的處理與分析、高度和線徑修正、非電線積冰站標(biāo)準(zhǔn)冰厚歷史覆冰序列回算、不同重現(xiàn)期設(shè)計(jì)冰厚計(jì)算、微地形修正、人工修正等方法繪制了冰區(qū)分布圖。因此，冰區(qū)分布圖可作為覆冰確定方法應(yīng)用于輸電線路導(dǎo)線覆冰設(shè)計(jì)中。

2.6 其他方法

除以上方法，工程地點(diǎn)線路導(dǎo)線覆冰的確定還應(yīng)進(jìn)行對(duì)工程區(qū)域氣候特點(diǎn)、植被、覆冰成因、覆冰特點(diǎn)等進(jìn)行分析，分析覆冰形成條件、地區(qū)覆冰類型、量級(jí)等；另一方面，應(yīng)根據(jù)線路路徑圖、航片并結(jié)合現(xiàn)場踏勘，對(duì)影響線路覆冰分布的特殊微地形微氣象進(jìn)行分析，合理確定線路沿線設(shè)計(jì)覆冰。

3 工程案例

某±800kV特高壓直流輸電線路工程陜甘交接，跨越秦嶺，沿線約2/3為山地、1/3為高山大嶺，海拔900～2000m。觀冰站A與秦嶺以北線路在氣候和地形上類似，且資料系列較長；觀冰站B設(shè)在秦嶺上，而工程跨越秦嶺，在氣候、地理、地形上均非常相似；兩觀冰站覆冰成果可作為工程設(shè)計(jì)依據(jù)；線路西約70km處在2004年2月發(fā)生冰災(zāi)，事故地點(diǎn)位于秦嶺支脈，在氣候、地形上均非常相似，其覆冰成果可作為工程設(shè)計(jì)依據(jù)；線路沿線附近有1條500kV線路、330kV線路及6條110kV線路，其設(shè)計(jì)覆冰取值和運(yùn)行情況可作為工程設(shè)計(jì)依據(jù)。

(1)觀冰資料分析計(jì)算:利用觀冰站A 39年積冰觀測資料推求該站100年一遇冰厚為21.7mm；利用觀冰站B 3年積冰觀測資料推求該站3年最大覆冰厚度約為20mm。

(2)沿線覆冰調(diào)查計(jì)算及地區(qū)冰區(qū)劃分圖取值:對(duì)線路沿線附近供電公司、超高壓公司、居民點(diǎn)等進(jìn)行歷史覆冰調(diào)查，并計(jì)算線路沿線設(shè)計(jì)覆冰，沿線分為5段，冰厚取值分別為11.3-13.6mm、16.0-18.4mm、13.6-16.0 mm、16.0-18.4 mm、11.3-13.6 mm。該成果分別對(duì)應(yīng)冰區(qū)劃分圖10-15mm、15-20mm、10-15mm、15-20mm、10-15mm五個(gè)冰區(qū)。調(diào)查成果與冰區(qū)劃分圖成果一致。

(3)已建線路設(shè)計(jì)冰厚以及運(yùn)行情況:走訪當(dāng)?shù)爻邏壕?、市電力公司等電力運(yùn)行和管理部門，收集線路路徑附近已建線路的設(shè)計(jì)冰厚與運(yùn)行情況，線路沿線30年一遇冰厚為10、15mm，未發(fā)生冰災(zāi)事故。

(4)附近區(qū)域冰災(zāi):2014年2月，本工程西約70km處秦嶺支脈(海拔1800-2300m)出現(xiàn)嚴(yán)重覆冰倒塔災(zāi)害。經(jīng)現(xiàn)場取樣和覆冰計(jì)算，求出事故點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)覆冰厚度16-31mm。

(5)微地形微氣候分析:線路跨越秦嶺山脈分水嶺，對(duì)冷暖氣團(tuán)有明顯的阻擋作用，微地形和微氣候特征明顯，氣候的垂直差異較大。建議跨越秦嶺風(fēng)水嶺處設(shè)計(jì)覆冰采用20mm。

(6)覆冰分區(qū)確定:通過調(diào)查覆冰資料計(jì)算、沿線地形氣候特征、已建線路設(shè)計(jì)冰厚以及運(yùn)行情況、附近地區(qū)冰災(zāi)情況、地區(qū)冰區(qū)劃分圖等綜合分析確定線路沿線覆冰分區(qū)，共分五個(gè)冰區(qū)，分別為15mm、20mm、15mm、20mm、15mm。

4 結(jié)語

本文列舉了內(nèi)外重大覆冰災(zāi)害，并將各種方法應(yīng)用于某±800kV特高壓直流輸電線路工程。結(jié)果表明，實(shí)測數(shù)據(jù)頻率計(jì)算分析法、 覆冰調(diào)查分析法、附近已建線路取值法、相似地區(qū)類比法、冰區(qū)分布圖法等導(dǎo)線覆冰分析法得出的結(jié)果基本一致，可以很好地的得到印證，在以后的特高壓設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用。

[1]GB50790-2013 《±800kV直流架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》[S].2013.

[2]李世杞等.電力工程水文氣象計(jì)算手冊(cè)[M].湖北:湖北科學(xué)技術(shù)出版社,2010:397-414.

李興凱(1982—),男,工程師,工學(xué)碩士,主要從事電力工程水文氣象勘a測設(shè)計(jì)工作。