李如凰

摘 要：覆冰冰閃事故是我國輸電線路建設中最常見的事故故障之一，它不但嚴重威脅了電力系統(tǒng)的安全常態(tài)運行，也造成了不可估量的經濟損失。文章所針對的就是這種高壓直流輸電線路的主要故障，并基于某變電站500 kV輸電線路作為背景，探討了冰閃故障發(fā)生的原因、覆冰的狀態(tài)類型，并提出了直流融冰技術對冰閃故障的治理過程。

關鍵詞：冰閃故障；覆冰；500 kV輸電線路；直流融冰

中圖分類號：TM855 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）06-0078-02

冰閃故障是由于持續(xù)高幅值閃絡泄漏電流融化冰層所造成的，在此過程中閃絡頻率應該與電壓梯度呈現(xiàn)正比關系，而且閃絡電壓也與覆冰水電導率、覆冰類型、冰量以及氣壓都有關系。而再看輸電線路的覆冰因素也涉及電路所處地形、地勢、氣候甚至季節(jié)等外界因素，因此冰閃故障的原理及發(fā)生狀況是相當復雜的。

1 冰閃故障的起因解讀

冰閃故障與輸電線路上覆冰絕緣子的直流閃絡特性有關，這是因為經研究表明閃絡電壓可以與輸電線路覆冰絕緣子的覆冰水電導率、覆冰量、覆冰類型以及大氣氣壓聯(lián)系起來，而且由于直流閃絡的梯度偏短，就使得閃絡頻率與電壓梯度成正比關系，因此可以說閃絡就是由于持續(xù)高幅值電流對冰層融化所造成的。關于冰閃故障的起因，下文給出了若干種解讀。

1.1 輸電線路融冰橋接線短路

融冰橋的接線短路可以從兩方面來看，第一是由于輸電線路結冰形成天然放電通道，第二則是由于線路融冰形成放電通道。因為在融冰過程中出現(xiàn)水導致電導率升高，因此冰閃電壓就會呈現(xiàn)快速降低狀態(tài)。

1.2 污 染

輸電線路暴露在室外，經歷各種氣候變化，難免受到污染。當自然降水與絕緣子污穢相結合時，就會大幅度增加水與冰之間的電導率，最終導致絕緣子閃絡的發(fā)生。

1.3 絕緣子結構

絕緣子結構類型也能對閃絡發(fā)生產生影響。由于閃絡是形成于放電通道的，尤其是對目前我國比較常用的徑盤式瓷質絕緣子或玻璃絕緣子而言，它們的結構造型很容易形成冰雪融化或結冰時的橋接造型，它為冰閃閃絡提供了天然的放電通道[1]。

2 覆冰的狀態(tài)類型及其對冰閃的影響

覆冰是附著于超高壓直流輸電線路絕緣子串上的冰層，它主要被分為以下幾種類型。

2.1 雨 凇

雨凇還被叫做“凍雨”，因為它是約-2～3 ℃的過冷水構成的，在與絕緣子直接接觸后就形成了覆冰。雨凇具有結冰密實度與透明度高的特點，它會為絕緣子串形成一層厚厚的“冰盔甲”，可以達到1 cm3/g的結冰量。曾有相關資料統(tǒng)計顯示，雨凇所形成的覆冰可以造成低閃絡電壓，極易導致輸電線路由于閃絡而短路跳閘。我國在過去10年間由雨凇覆冰所導致的變電站輸電線路閃絡跳閘現(xiàn)象屢見不鮮，已經成為了變電站發(fā)展進程中的頑疾。

2.2 濕雪覆冰

如果在0 ℃以上的環(huán)境中下雪，當雪花附著于絕緣子串上時就會融化，并沿絕緣子外部形成滴流現(xiàn)象。當凌晨溫度下降到0 ℃以下時，滴流就會逐漸形成冰凌，這就是絕緣子的“橋接”。橋接可以為冰閃閃絡提供通道造成輸電線路跳閘。而當日間溫度再次回升，冰凌融化，還會引起絕緣子串表面的電壓分布畸變現(xiàn)象，如此狀況下絕緣子性能就會嚴重下降，此時也會引起閃絡跳閘故障。

2.3 霧 凇

霧凇就是空氣中的水分子遇冷空氣凝結于絕緣子串上的霜結表現(xiàn)，它也是一種典型的覆冰現(xiàn)象，但這種覆冰的結冰密度相對較低，相比于雨凇覆冰厚度只有一半左右，而且不透明，是一種粉狀的覆冰現(xiàn)象，因此這種霧凇現(xiàn)象也多發(fā)于500公尺以上的高海拔地區(qū)。一般情況下由霧凇所引發(fā)的冰閃閃絡現(xiàn)象是很少見的，它的危害也遠不如雨凇大[2]。

3 500 kV輸電線路冰山故障的治理方法——直流 融冰

3.1 直流融冰技術原理

直流融冰要通過相關裝置并從變電站系統(tǒng)中獲得交流電支援，將交流電能轉化為直流電能，并將直流電能輸入到待融化覆冰線路的導線之中。在直流電流的作用下，導線會發(fā)熱將輸電線路絕緣子串上的覆冰融化。直流融冰裝置可以按結構分為兩類，帶整流變式與不帶整流變式。

3.2 直流融冰方法

直流融冰的方法操作是將輸電線路中的三相導線與三根直流覆冰融冰母線相接，通過裝置自動切換實現(xiàn)導線的融冰過程。本文提出了兩種直流融冰方法。

方法一：假設有A、B、C三根導線，將它們分3次完成覆冰融化，這其中融冰的回路電阻應該為單相直流的2R電阻，融冰時間記為T/2。

方法二：同樣分3次完成三相導線融冰過程，但是將其中兩相導線并聯(lián)再接入到融冰電源的另一個輸出端。如此通過三相導線線路的自動切換裝置功能就能分3次完成導線融冰過程?？傮w來說該方法就是兩相并聯(lián)后再與另一相串聯(lián)，它的融冰回路電阻可以達到1.5 ？贅。方法二的融冰時間相對方法一偏長為3/2 T，但是它也消耗了更高的電源容量（約高出30%）。

3.3 直流融冰裝置冰閃治理相關計算

在直流融冰裝置中，保險電流與導線最大允許電流是決定它是否能夠穩(wěn)定治理冰閃的最關鍵參數(shù)。

在構建輸電線路在覆冰狀態(tài)下的熱平衡模型之前，要首先計算輸電線路的不覆冰臨界負荷電流為：

式中，ic就表示了臨界負荷電流，而R表示導線半徑，v表示風速，Ta表示環(huán)境溫度，w表示空氣中液態(tài)水的含量，ca表示覆冰融化后水滴與導線上的碰撞系數(shù)。在一定的氣象條件下，Ta、v以及w都應該為已知條件。從上述公式可以看出，對輸電線路不覆冰的臨界負荷電流產生影響的因素還是很多的，而且它們都會隨著環(huán)境的變化而變化，尤其是風速表現(xiàn)最為明顯。

直流融冰裝置所產生的導線融冰電流讓導線產生熱量主要可以分解為4個部分進行分析。①它讓冰層溫度上升到融點；②使得冰層在融點作用下逐漸融化；③部分熱量損失于導線表明到冰層表面的熱傳遞過程中；④基于冰層表面的熱量散失，這里采用了布格道爾經驗公式：

式中，Ir就是融冰電流，而A和R0是在0 ℃狀態(tài)下的導線電阻，Tr表示融冰時間，△t表示導體溫度與外界氣溫之差，g0表示冰的比重，它的取值通常為0.9，b表示覆冰冰層的厚度，而D表示導體覆冰后的外徑，RT0表示在等效冰層傳到熱阻下的具體溫度，V表示風速。

以某500 kV輸電線路為例，它有A、B、C、D共4個變電站，它在經歷雨凇時輸電線路導線的導熱系數(shù)為2.27x10-2，而在經歷霧凇時輸電線路導線的導熱系數(shù)λ為0.12x10-2，此時就可以推導出兩種覆冰狀況下的直流融冰對導線輻射的等效熱阻應該為：

在該500 kV輸電線路中，發(fā)現(xiàn)它的出現(xiàn)共有6回，依據(jù)上文所描述的直流融冰方法，測量該地當時環(huán)境溫度為-10 ℃，風速為5 m/s，按照覆冰厚度為15 mm計算，則將數(shù)據(jù)導入到公式中可計算得出它在融冰1小時時間內的最小融冰電流。

直流融冰可以不拘束于線路的感抗影響，它比較適合于那些諸如500 kV或更高電壓等級，且跨度較長的架空輸電線路中[3]。

4 結 語

除直流融冰技術之外，治理冰閃故障的方法還有很多，例如采用具有防冰效果或防覆冰布置的絕緣子、為輸電線路設計抗冰方案、機械除冰等等?？傮w而言，高壓輸電線路的冰閃還是要從預防做起，在面對不同氣候狀態(tài)與突發(fā)情況，應該采取不同的應對方法，做到及時防護、及時治理，將冰閃故障給高壓輸電線路帶來的損失降到最低。

參考文獻：

[1] 黃觀學.淺析輸電線路運行故障分析與防治方法[J].時代報告，2012，（1）.