郭克竹

（國(guó)網(wǎng)塔城供電公司，新疆 塔城 834700）

0 引 言

輸電線路覆冰是一種分布相當(dāng)廣泛的自然現(xiàn)象，在線路設(shè)計(jì)和運(yùn)維方面是最為關(guān)心和需要解決的問(wèn)題。本案例基于2015年11月27日至12月9日，新疆北疆地區(qū)持續(xù)受暖濕氣流影響，塔城、阿勒泰和博州地區(qū)相繼發(fā)生輸電線路大面積覆冰斷股、斷線及跳閘事故，僅塔城電網(wǎng)跳閘事故就發(fā)生41次。根據(jù)不同的故障現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和設(shè)備灼傷部位，國(guó)網(wǎng)塔城供電公司對(duì)近年來(lái)覆冰跳閘事故數(shù)據(jù)開(kāi)展分析和治理方案研究，結(jié)合地域?qū)嶋H特點(diǎn)形成了覆冰舞動(dòng)治理體系。鑒于塔城區(qū)域內(nèi)覆冰多以混合淞為主，覆冰重量及程度對(duì)導(dǎo)地線電氣間隙影響大，對(duì)桿塔強(qiáng)度影響較小，因此覆冰改造方案的重點(diǎn)考慮了提高導(dǎo)、地線的抗覆冰能力，以降低覆冰跳閘造成的電網(wǎng)危害。2016年完成了覆冰改造項(xiàng)目的實(shí)施，成效形成案例在今后的設(shè)計(jì)評(píng)審和運(yùn)維中重點(diǎn)加以關(guān)注，最大限度的避免案例中類(lèi)似情況，降低線路設(shè)備跳閘和停運(yùn)率[1-2]。

1 塔城地區(qū)線路覆冰概述

塔城地區(qū)線路覆冰主要集中于瑪依塔斯風(fēng)區(qū)，該風(fēng)區(qū)位于新疆西北部的額敏縣、托里縣境內(nèi)，地處世界著名風(fēng)口“老風(fēng)口”東風(fēng)風(fēng)區(qū)上游?！艾斠浪埂焙汀袄巷L(fēng)口”被稱為兩個(gè)“世界級(jí)”風(fēng)區(qū)，因地處塔額盆地和準(zhǔn)格爾盆地中間，受兩側(cè)風(fēng)壓變化影響，常年有風(fēng)；同時(shí)該區(qū)域的風(fēng)復(fù)雜、多變，東、西風(fēng)刮起來(lái)，各自形成一條風(fēng)帶，而且更替快，冬季“風(fēng)借雪勢(shì)、雪助風(fēng)威”，形成了強(qiáng)烈的“風(fēng)吹雪”災(zāi)害氣象，個(gè)別路段出現(xiàn)“雪盲”現(xiàn)象，如圖1所示。大風(fēng)交替之頻、風(fēng)速之快、移雪量之大，皆為“世界罕見(jiàn)”，如圖2所示。

圖1 瑪依塔斯區(qū)域風(fēng)吹雪產(chǎn)生的雪盲

圖2 瑪依塔斯風(fēng)區(qū)地形圖

2 塔城地區(qū)典型覆冰形成過(guò)程

覆冰的氣象成因極其復(fù)雜，其強(qiáng)度還受微地形、微氣候的影響，在自然條件下常見(jiàn)的線路覆冰現(xiàn)象有雨凇、霧凇、濕雪和混合覆冰等類(lèi)型。一般影響線路覆冰大小的主要因素有氣象條件、地形地貌及輸電線特征，氣象條件包括氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速及風(fēng)向，地形地貌包括山脈走向、山體部位、海拔及水資源等，電線特征包括掛高、線徑等。在覆冰形成過(guò)程中，近地面氣溫和天氣現(xiàn)象是決定覆冰種類(lèi)的兩個(gè)關(guān)鍵因素，二者結(jié)合決定了覆冰的物理過(guò)程[3]。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查并結(jié)合瑪依塔斯氣象站搜集資料可知，2015年11月27日至12月09日期間，空氣相對(duì)濕度在40%～90%，長(zhǎng)時(shí)間氣溫在-6～5 ℃，且霧氣較大；風(fēng)速基本介于2.0～10.0 m/s。圖3為覆冰檢測(cè)過(guò)程。

圖3 覆冰檢測(cè)過(guò)程

從現(xiàn)有資料分析，本次覆冰類(lèi)型以晶狀霧凇、粒狀霧凇為主，如圖4所示，并混有部分濕雪（Ф100～200 mm），霧凇和濕雪的密度介于0.1～0.4 g/cm3，經(jīng)計(jì)算后換算成設(shè)計(jì)覆冰厚度，本次導(dǎo)線設(shè)計(jì)覆冰冰厚應(yīng)大于20 mm，超出設(shè)計(jì)10～15 mm厚度?，斠浪箙^(qū)域是塔城電網(wǎng)重要輸電線路的主要通道，因覆冰跳閘重合成功率較低，為避免跨網(wǎng)事故，塔城公司預(yù)案中要求跳閘后立即強(qiáng)行試送。11月29日4時(shí)12分至12時(shí)48分期間，塔城電網(wǎng)同時(shí)9條次線路跳閘，其中含瑪依塔斯區(qū)域內(nèi)3條220 kV和4條110 kV線路，進(jìn)入塔城“三縣一市”的5條通道僅有1條110 kV鐵冬線運(yùn)行，可謂“命懸一線”，由于冬季負(fù)荷低，滿足了當(dāng)時(shí)用電需求，但是就在10 min強(qiáng)送完成后，110 kV鐵冬線跳閘，覆冰險(xiǎn)些造成四級(jí)電網(wǎng)事故。因此，該地區(qū)覆冰危害遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鳥(niǎo)害、雷擊等災(zāi)害[4]。

圖4 覆冰類(lèi)型

3 典型覆冰事故案例

3.1 抗覆冰能力薄弱塔型導(dǎo)致跳閘

該塔型垂直排列水平偏移量不足，特別是耐張塔為傘型塔，直線塔為鼓型塔，導(dǎo)、地線上下層間有空間交叉，地線或OPGW光纜無(wú)電流，表面溫度低，且架設(shè)位置高于導(dǎo)線更易覆冰。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，地線或OPGW光纜抗拉強(qiáng)度弱于導(dǎo)線，導(dǎo)致其覆冰弧垂下降幅度大于導(dǎo)線，造成與導(dǎo)線距離不足，易產(chǎn)生放電現(xiàn)象。

事故案例一為110 kV福沙線401號(hào)塔至403號(hào)塔與110 kV豐沙線183號(hào)塔至185號(hào)塔同塔架設(shè)段；案例二110 kV鐵依線85號(hào)塔至89號(hào)塔與110 kV清依線238號(hào)塔至242號(hào)塔同塔架設(shè)段。

3.2 導(dǎo)地線電氣間隙不足

案例一，架空地線、OPGW光纜覆冰后，抗冰能力不足，覆冰后弧垂增大對(duì)導(dǎo)線距離不足，受風(fēng)影響造成地線水平受力或脫冰擺動(dòng)與導(dǎo)線距離不足形成故障跳閘，最具代表的是220 kV安額線，如圖5所示。由于地線覆冰過(guò)載導(dǎo)致49號(hào)-50號(hào)鐵塔架空地線下垂，與C相導(dǎo)線間安全距離不足，引起導(dǎo)、地線間空氣放電，造成架空地線斷股，進(jìn)而導(dǎo)致線路跳閘。

圖5 安額線49號(hào)至50號(hào)覆冰和架空地線覆冰事故斷股

案例二，線路交叉跨越，交叉上層導(dǎo)線覆冰后弧垂增大，與下方線路地線放電形成故障跳閘，最具代表性的是220 kV安額線。由于導(dǎo)線覆冰過(guò)載形成43號(hào)至44號(hào)鐵塔A相導(dǎo)線下垂，與下方鉆越110 kV清依線205號(hào)至206號(hào)架空地線間距離不足，引起線路跳閘事故，如圖6所示。

圖6 安額線43號(hào)-44號(hào)擋距相導(dǎo)線灼傷

案例三，線路換相塔檔中因換相導(dǎo)線間、地線與導(dǎo)線存在空間交叉，覆冰下垂或脫冰跳躍引起跳閘事故。該類(lèi)事故的發(fā)生在塔城220 kV線路較突出，如220 kV鐵額線47號(hào)-48號(hào)、112號(hào)-113號(hào)間跳閘，均為線路換相檔中覆冰引起。

3.3 覆冰導(dǎo)致塔材受損

導(dǎo)線覆冰后導(dǎo)線垂直荷載增加，導(dǎo)線掛點(diǎn)塔材受力過(guò)大造成塔材斷裂，導(dǎo)線與下方山體距離不足形成故障跳閘，110 kV鐵黃線22號(hào)至26號(hào)塔間事故故障為其代表性故障。22號(hào)至23號(hào)桿塔間存在山包，在惡劣氣象條件下，線路覆冰后22號(hào)、23號(hào)、26號(hào)鐵塔的導(dǎo)線掛點(diǎn)塔材撕裂，導(dǎo)線對(duì)地距離不足，造成導(dǎo)線與地放電斷線事故，如圖7所示。

4 防覆冰改造

覆冰事故發(fā)生后塔城供電公司高度重視，多次組織開(kāi)展重要輸電通道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與治理，認(rèn)真分析總結(jié)后期改造重點(diǎn)和方向。首先，主體網(wǎng)架需要加強(qiáng)，規(guī)劃項(xiàng)目中調(diào)整進(jìn)入塔城線路廊道，杜絕同區(qū)域多條線路集中覆冰事故情況發(fā)生。其次，根據(jù)此次事故分析事故的共性問(wèn)題，同范圍、同區(qū)域覆冰，橫風(fēng)及交叉角大的位置發(fā)生率占80%以上，覆冰發(fā)生率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于順風(fēng)區(qū)域，后期重點(diǎn)加強(qiáng)橫風(fēng)區(qū)域改造治理[5]。形成主要措施如下。

圖7 鐵黃線覆冰導(dǎo)致導(dǎo)線掛點(diǎn)拉斷

（1）對(duì)同塔雙回路架設(shè)線路，特別是橫風(fēng)及交叉角大的位置將垂直排列線路改造為水平排列的單回路。

（2）換相區(qū)段結(jié)合750 kV線路換相經(jīng)驗(yàn)，將傳統(tǒng)多基完成換相的塔更換為塔身帶換相支架的新型塔，塔身處完成換相，避免導(dǎo)地線空中交叉[6]。

（3）橫風(fēng)舞動(dòng)大檔距區(qū)域，采取加塔縮短檔距、加裝相間間隔棒和防舞器及集中安裝防振錘等治理方案，如圖8所示。

圖8 導(dǎo)線加裝相間間隔棒現(xiàn)場(chǎng)

（4）覆冰舞動(dòng)嚴(yán)重區(qū)域，采取更換相間距離大的塔型。例如，110 kV鐵依線與110 kV清依線同塔架設(shè)段，將抗覆冰薄弱的塔型更換成抗覆冰強(qiáng)的塔型，如圖9所示。

（5）線路覆冰后垂直荷載增加引起塔材斷裂的，第一是加鐵塔縮短檔距，第二是增加耐張塔縮短耐張段距離，第三是更換斷裂處塔材。

（6）利用技改資金完成瑪依塔斯覆冰區(qū)域的覆冰預(yù)警裝置安裝，利用裝置大量搜取信息為將來(lái)分析、預(yù)防覆冰提供數(shù)據(jù)支持。

圖9 鐵依線與清依線同塔架設(shè)段改造前后

5 效果和經(jīng)驗(yàn)

經(jīng)氣象專業(yè)數(shù)據(jù)顯示，塔城地區(qū)2015年11月27日至12月9日，2016年11月2日至12月21日均受厄爾尼諾現(xiàn)象天氣影響，塔城電網(wǎng)同樣發(fā)生大面積覆冰，但是2016年通過(guò)項(xiàng)目完成的防覆冰改造區(qū)段，除了110 kV清依線OPGW光纜覆冰斷裂造成跳閘外（設(shè)計(jì)未更換），其余完成改造位置均經(jīng)受了同等氣象條件的覆冰考驗(yàn)，設(shè)備運(yùn)行正常。然而2016年冬至2017年春的大面積覆冰事故表明，盡管這些措施是有效的，但面對(duì)如此嚴(yán)重的冰害，尚不能滿足建設(shè)和安全運(yùn)行的需要，因此必須把預(yù)防電網(wǎng)覆冰災(zāi)害工作放到更加重要的位置，后期將在規(guī)劃、可研、評(píng)審、建設(shè)等前端采取“避、抗、融、改、防、研”多措并舉，積極防治電網(wǎng)覆冰災(zāi)害。

6 結(jié) 論

本文研究分析了塔城地區(qū)覆冰的形成過(guò)程，提出覆冰種類(lèi)以及覆冰物理過(guò)程的決定性因素為近地面氣溫和天氣現(xiàn)象。通過(guò)分析研究覆冰典型案例，表明覆冰后導(dǎo)、地線安全距離不足導(dǎo)致塔型的抗冰能力下降并形成跳閘，同時(shí)還會(huì)損毀塔材。因此，提出了相應(yīng)的防止覆冰的措施，并進(jìn)行線路改造。改造后覆冰防護(hù)效果明顯，減少了跳閘的次數(shù)。但依然存在著嚴(yán)重冰害下的防護(hù)難題需要在今后的研究和實(shí)踐中解決。