【正文】 10%— 15%，根據(jù)現(xiàn)有結(jié)果，絕緣子串冰重每增加 10%，其冰閃電壓約降低 5%— 6%。 試驗(yàn)結(jié)果表明：相同覆冰條件下，倒 V 型布置絕緣子串的冰閃電壓比同樣片數(shù)垂直布置的絕緣子串冰閃電壓低，如當(dāng)覆冰水電導(dǎo)率為 340 181。 （ 2）絕緣子串布置方式 線路絕緣子串的懸掛方式有垂直串 (I 串、 II串 )、水平串、 V 型串、倒 V型串，其中 II 串由于并聯(lián)效應(yīng)，冰閃電壓比 I 型串低 4%— 9%，因此不推薦在重冰區(qū)使用。 （圖 2— 4） PRTV對絕緣子冰閃電壓的影響 其中 Uf為冰閃電壓， N′為絕緣子片數(shù)。γ 20 為 340 181。 PRTV 涂層的憎水性引起 覆冰狀態(tài)的改變，使冰層內(nèi)部形成“空腔”，這更易發(fā)生局部放電。部分研究者希望使用防污閃復(fù)合涂料來防止絕緣子上覆冰的形成。 從冰閃機(jī)理來看，預(yù)防絕緣子串冰閃應(yīng)從防止絕緣子上形成覆冰、防止絕緣子串傘裙邊沿形成連續(xù)“水簾”及水滴落下時(shí)避免成串、成簾來考慮，試驗(yàn)和運(yùn)行實(shí)踐表明，阻隔導(dǎo)電率高的融冰水形成閃絡(luò)通道的水簾是提高冰閃電壓的基本措施。但對于已有線路，增加絕緣子片數(shù)受塔頭尺寸的限制。 線路絕緣子串防冰閃措施 迄今為止，關(guān)于覆冰絕緣子串交流閃絡(luò)電壓與串長是否呈線性關(guān)系一直未達(dá)成共識，但增加絕緣子串片數(shù)可以提高冰閃電壓已得到普遍認(rèn)可。 （ 5）海拔的影響 13 由于覆冰是一種導(dǎo)電物質(zhì)，絕緣子冰閃電壓隨著海拔高度的增加、氣壓的降低而逐漸降低，壓對冰閃電壓的影響可表示為 , 0 0( / ) nffU U P P? 式中： Uf、 Uf,0分別為氣壓 P、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 P0 下的 閃絡(luò)電壓，單位為 kV； n 為氣壓影響特征指數(shù)，絕緣子型式、電壓極性、覆冰程度、污穢程度不同時(shí)， n 不同。覆冰量對冰 閃電壓的影響可表示為： ( ) ( 0) mWffU W U e ?? 式中： Uf(W)、 Uf(0)分別為覆冰量在 W(單位為 kg)和 0時(shí)的閃絡(luò)電壓，單位 kV； m為表征覆冰量影響的特征指數(shù)。實(shí)際上，在不考慮冰凌長度影響的情況下，絕緣子的覆冰厚度和覆冰質(zhì)量是成正比的，上述 2 個(gè)參數(shù)具有一定的等價(jià)性。S/cm 或 mg/cm； b為表征污穢程度對冰閃電壓影響的特征指數(shù)。隨著污穢程度 (覆冰水電導(dǎo)率或鹽密 )的增加，覆冰絕緣子的閃絡(luò)電壓將明顯下降。在 2021 年 1 月 23 日江西超高壓分公司 500 kV 磁南線 342 號塔絕緣子串的閃絡(luò)就是由于當(dāng)天氣溫回升，絕緣子覆冰融化 而導(dǎo)致的。從覆冰的干、濕增長過程來看，濕增長的覆冰絕緣子比干增長的覆冰絕緣子耐受電壓低，濕增長的覆冰更危險(xiǎn)，或者說“干”冰的閃絡(luò)電壓要比“濕”冰的高。現(xiàn)有研究成果表明：雨淞和混合淞比霧淞對絕緣子電氣性能的影響更大，混合淞的最低閃絡(luò)電壓最??；霧淞由于結(jié)構(gòu)蓬松，附著力小而易脫落，其耐受能力明顯比雨淞高；積雪絕緣子的絕緣性能要比覆冰絕緣子好。 11 （圖 2— 3） XP70絕緣子 7串的電壓分布 覆冰絕緣子的閃絡(luò)過程如下：覆冰導(dǎo)致絕緣子 (串 )電壓分布畸變，接地端、尤其是高壓端承擔(dān)很大的電壓；隨著電壓升高，絕緣子串的高壓端和接地端發(fā)生藍(lán)紫色的電暈放電現(xiàn)象，電流一般在 5— 20 mA 范圍內(nèi)，此時(shí)冰開始明顯融化；電壓繼續(xù)升高，當(dāng)電流超過 20 mA 后，藍(lán)紫色的火花變成粉紅色并突變?yōu)榘咨娀?，?dāng)白弧 電流達(dá)到 250 mA時(shí)，間歇性白弧穩(wěn)定燃燒和發(fā)展，各段電弧迅速連通并跨接串長的 70%左右；電弧電流超過 450 mA 后，電弧迅速連通兩極而完成閃絡(luò)。 XP70 絕緣子 7 片串電壓分布（見圖 2— 3）。 線路絕緣子串冰閃機(jī)理和影響因素 線路絕緣子串冰閃機(jī)理 覆冰是一種特殊的污穢，在融冰過程中，絕緣子表面將形成導(dǎo)電水膜，因此冰閃與污閃放電相似，其放電過程也是由表面泄漏電流引起的，但其放電機(jī)理不同于污閃。 許多專業(yè)的書籍都詳細(xì)介紹了耐高壓絕緣子技術(shù)的演變過程以及現(xiàn)有的制造工藝。好的材料應(yīng)該具有疏水性，這樣可以使絕緣子在潮濕的情況下仍能保持良好的性能。 自 20 世紀(jì) 80年代以來，電力工業(yè)已經(jīng)轉(zhuǎn)向非陶瓷絕緣體。在陶瓷的表面上釉后燒制，是陶瓷具有良好的力學(xué)性能以及更高的表面電阻率。而對于圓盤狀的絕緣子串，指的是從 10 一個(gè)絕緣子的底部到另一個(gè)圓盤絕緣子上表面的距離，如果傘距較大，就需要積聚更多的覆冰，才能形成跨越絕緣子的干弧距離的連續(xù)冰雪通道。 干弧距離指的是絕緣子上金屬部件之間的最短空氣距離，干弧距離限定絕緣子基本脈沖的水平，并表明 是都達(dá)到 NESC 以及 IEC 的規(guī)定。我們對絕緣子的規(guī)格的確切定義如下： 泄露距離（爬電距離）指的是沿絕緣子表面測量的金屬部件之間的最小距離之和，泄露距離通常是在應(yīng)用區(qū)域的污染物水平達(dá)到最大值時(shí)確定的，對于陶瓷柱體的絕緣體，必須在上釉以及燒制前將粘土圓柱體的骨架和裙邊修剪干凈。如果不能達(dá)到這種效果，絕緣子電弧很可能導(dǎo)致閃絡(luò)的發(fā)生，電流會完全繞開絕緣子，直接通過空氣中的電弧使導(dǎo)線之間以及導(dǎo)線與其它結(jié)構(gòu)之間發(fā)生短路。絕緣必須在正常的工作電壓下保持低頻率的閃絡(luò)故障。覆冰隨然是一種特殊形式的污穢，但覆冰絕緣子的放點(diǎn)過程比污穢絕緣子放電更 為復(fù)雜，所涉及的問題更多。在高寒地區(qū)絕緣子面臨的覆冰積雪的危害更嚴(yán)重。 （圖 2— 2） 110kV楓樹坡變電站因冰閃損壞的隔離刀閘 （圖 2— 1） 500kV磁南線 342號絕緣子串冰閃痕跡 9 我國自 20 世紀(jì) 70年代以來，就十分關(guān)注覆冰的危害，對其進(jìn)行了長期的觀測和研究，特別是對絕緣子覆冰。湖南岳陽供電局 110 kV 楓樹坡變電站隔離刀閘由于覆冰閃絡(luò)造成爆裂，損壞的隔離刀閘（見圖 2— 2）。在我國幾次大的冰災(zāi)事故中，絕緣子閃絡(luò)事故屢次發(fā)生。自 1954 年有輸電線路冰災(zāi)事故記錄以來， 1974— 1976 年、 1984 年、 2021 年、 2021 年相繼發(fā)生了全國范圍內(nèi)的大面積冰災(zāi)事故， 2021 年 1— 2月華中、華東、西南等地區(qū)五十年一遇的大暴雪、凍雨天氣造成了河南、湖南、湖北、江西、四川、重慶、浙江、安徽、廣西、貴州和云南等電網(wǎng)輸電線路和桿塔大面積覆冰，輸變電設(shè)施受損嚴(yán)重，給國民經(jīng)濟(jì)和人民生活造成了嚴(yán)重影響。而且造成導(dǎo)線嚴(yán)重?zé)齻? 8 （ 4）舞動使相間導(dǎo)線間隙減小，導(dǎo)致相間短路。 （ 2）由于舞動的力學(xué)作用，使得已有內(nèi)部絕緣損壞或機(jī)械損傷的絕緣子鋼腳破裂，造成掉線停電。逐漸轉(zhuǎn)化成自身機(jī)械能量以及轉(zhuǎn)化為鐵塔的往復(fù)振動形成的自身機(jī)械能量的過程。輸電導(dǎo)線舞動的危害主要有以下幾種： （ 1）舞動使耐張塔的主材接點(diǎn)和橫擔(dān)緊固螺栓松扣、磨損，甚至剪斷，嚴(yán)重影響鐵塔受力。雨凇、凍雨或雨夾雪是導(dǎo)線覆冰常見的氣候條件； （ 2）合適的溫度，一般為 O～ 5℃，溫度過高或過低均不利于導(dǎo)線覆冰； （ 3）可使空氣中水滴運(yùn)動的風(fēng)速一般大于 lm／ s。在前蘇聯(lián)按覆冰層厚度劃分 I、Ⅱ、Ⅲ區(qū)中， 在Ⅱ、Ⅲ區(qū)內(nèi)觀察到最經(jīng)常的舞動大約占全部舞動事故的 80％．而 I區(qū)內(nèi)的舞動幾乎沒報(bào)道過。 線路覆冰是舞動的必要條件之一。 1988 年該處再次舞動，造成導(dǎo)線 1傷 1 斷引起了有關(guān)方面極大重視。根據(jù)現(xiàn)有資料，自 1957 年至 2021 年初，我國共發(fā)生了 48 次導(dǎo)線舞動，涉及線路 168 條，損傷導(dǎo)線 70 根，引起線路跳閘 124 次以上。我國有關(guān)舞動的記載始于 20世紀(jì) 50 年代。從舞動機(jī)理、防舞措施及相關(guān)理論、模型與現(xiàn)場試驗(yàn)、計(jì)算機(jī)仿真等方面進(jìn)行了研究。 20 世紀(jì) 30 年代以來。一旦發(fā)生舞動，會造成輸 電線路短路、斷線、倒塔甚至大面積停電，給國民經(jīng)濟(jì)和社會生活帶來巨大的 損失。舞動多發(fā)生在冬季，而且分裂導(dǎo)線比單導(dǎo)線容易發(fā)生。但是，這種問題相比于覆冰時(shí)的風(fēng)動舞動還是很少發(fā)生的。但是，如果大量的覆冰作用 在次導(dǎo)線上， a/d 比率就會減少，這樣就會在被風(fēng)的導(dǎo)線上作用一個(gè)增加的空氣力量，使得次檔距振蕩有可能發(fā)生，雖然這種現(xiàn)象在這個(gè)場情況是可能被控制的。而且在次檔距振蕩中，迎風(fēng)的次導(dǎo)線能夠通過跨越之間的間隔棒機(jī)械連接被激勵起來。對于這樣的數(shù)字，從空氣動力學(xué)的角度看，對于迎風(fēng)的次導(dǎo)線的勵磁是沒有任何的意義的，但是次導(dǎo)線卻是通過間隔裝置機(jī)械連接的。當(dāng)次檔距發(fā)生在臨界風(fēng)速之上時(shí)，逆風(fēng)向的導(dǎo)體檔距會被激發(fā)振蕩，代表性的是橢圓形軌道的振動。 尾跡引發(fā)的振動 回顧覆冰對尾跡引發(fā)振動的認(rèn)識，主要是集中在次檔距振蕩方面，隨著對導(dǎo)線束上逐步發(fā)生的、扭曲的或者垂直的風(fēng)激振動越來越少的曲解并且在導(dǎo)線硬件方面要求的降低。風(fēng)能從風(fēng)轉(zhuǎn)化為振動的導(dǎo)線可以用一下的形式來表達(dá) : 6 43 ()YP d f fn c d? 式中 Y— 振幅。 波幅很少能超過導(dǎo)體的直徑在波幅的位置。在風(fēng)速的范圍內(nèi)，到導(dǎo)線振動的穩(wěn)定振幅取決于氣流中的風(fēng)力和導(dǎo)線阻尼能力的平衡，導(dǎo)線的阻尼能力自阻尼或者其他的輔助設(shè)備。 在傳輸導(dǎo)線上，風(fēng)激振動是以多重的正弦波的形式振動的。導(dǎo)線一致的擰合會使之偏離光滑圓柱體的特性。實(shí)際中，引起風(fēng)激振動的風(fēng)速可以在斯德魯哈爾風(fēng)速的 +20%范圍之內(nèi)?；旌蠈訌姆蛛x的部分發(fā)展然后轉(zhuǎn)變并以渦流的形式向前發(fā)展。這種情況下，此雷諾數(shù)下的裸導(dǎo)線邊界會有薄片狀的殘留物，從液體殘留在導(dǎo)線 處的停滯點(diǎn)開始一直是位于平均角度為 91。 5 風(fēng)激振動 風(fēng)激振動和風(fēng)在導(dǎo)線表面作用產(chǎn)生的壓力起伏有關(guān)，就像湖中的漩渦一樣。對輸電線路或試驗(yàn)線路覆冰的天然或者人工的觀測會促進(jìn)對這些現(xiàn)象更好和更深層次的理解。如果沒有這些觀察數(shù)據(jù)，僅僅靠對目前機(jī)制不切實(shí)際的推斷，在分析的基礎(chǔ)上會得到一些不正確或者不完整的解決方案。舞動是由運(yùn)動引起的勵磁現(xiàn)象，在單根導(dǎo)線和到線束上均可發(fā)生。此外，被冰覆蓋的導(dǎo)線可以再阻尼能力之外的頻率范圍發(fā)生風(fēng)舞動。這些震動可能影響導(dǎo)體及其配件的可靠性和壽命，但在需要的時(shí)候安裝阻尼裝置或間隔棒，間隔棒阻尼器可以將震動的影響減少到非破壞性的水平。即使偶爾出現(xiàn) , 也由于覆冰量很少 , 對送電線路不構(gòu)成太 大的威脅 , 在冬季 , 有高空西南暖濕氣流的長江以南高海拔地區(qū)受覆冰災(zāi)害影響較嚴(yán)重。導(dǎo)線覆冰是一個(gè)復(fù)雜的過程 , 覆冰量與導(dǎo)線半徑、過冷水滴直徑、含風(fēng)量、風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫及覆冰時(shí)間等因素有關(guān)。 4 第 2 章 輸電線路架空導(dǎo)線覆冰的危害分析 在輸變電工程中 , 導(dǎo)線覆冰現(xiàn)象較為普遍 , 輸電線路覆冰引起的故障嚴(yán)重地影響了電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 消除導(dǎo)線上的覆冰，有熱方法、機(jī)械方法、降低冰粘著力強(qiáng)度和預(yù)防過冷水滴凍結(jié)等方法。 但是在覆冰特別嚴(yán)重的地區(qū)，上述措施還是不夠的，覆冰仍可引起破壞線路的事故。為了避免碰線，導(dǎo)線應(yīng)采用水平布線的排列布置方法，并應(yīng)適當(dāng)?shù)募哟髮?dǎo)線和避雷線之間的距離。 為了防止覆冰引起的故障，設(shè)計(jì)桿塔時(shí)，應(yīng)考 慮由于覆冰形成的外加負(fù)荷。 此外，覆冰還與線路的走向有關(guān)，在冷、熱空氣的交匯處經(jīng)過的線路，覆冰就更嚴(yán)重。在濕雪降 3 落時(shí)，濕雪一方面粘在導(dǎo)線上，同時(shí)又會浸透正在結(jié)冰的水，使冰層越來越厚，最厚可達(dá) 10cm 以上。 有時(shí)，也會在導(dǎo)線表面上結(jié)一層白霜，呈冰渣性質(zhì)，其質(zhì)量比真實(shí)的覆冰少很多，但其厚度卻大得多。 C 左右），或者是在降雪或雨雪交加的天氣里，在架空線路的導(dǎo)線、避雷線、絕緣子串等處均會有冰、霜和濕雪混合形成的冰層上。事故一旦發(fā)生，將造成大面積范圍的停 電，嚴(yán)重影響供電可靠性，同時(shí)也造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。災(zāi)害累計(jì)造成國家電網(wǎng)公司范圍內(nèi) 707 座變電站停運(yùn) 971 次，造成輸電線路桿塔損毀 142984 基（根），斷線 11734 處，直接財(cái)產(chǎn)損失 達(dá) 億元。這其中還有多條線路倒塔、斷線、光纜受損斷裂、光纜通道中斷。在受災(zāi)最嚴(yán)重的湖南電網(wǎng)， 32條 500kV線路中有 30 條線路由于冰雪冬雨導(dǎo)致多次故障和跳閘；江西電網(wǎng)所有 500kV 線路全部發(fā)生過故障跳閘，并與華中主網(wǎng)多次解列，孤網(wǎng)運(yùn)行；湖南電網(wǎng)共發(fā)生 616 條次 220kV線路故障跳閘，保護(hù)動作約 5000 次。 2021 年初，我國南方發(fā)生了 50年 一遇的特大冰凍災(zāi)害，從全國電網(wǎng)看，雪災(zāi)的觸角覆蓋湖南、江西、湖北、河南、四川、重慶、安徽、浙江、福建乃至整個(gè)中國南部。 圖 1— 1金具損壞 圖 1— 2塔頭損壞 2021 年度全網(wǎng) 500kV 線路因 覆冰引起的跳閘次數(shù)為 29次，事故數(shù)為 13 次， +500kV線路因覆冰引起的跳閘數(shù)為 11次， 2021 年春節(jié)前后華中冰災(zāi)事故發(fā)生時(shí)，導(dǎo)線覆冰厚度達(dá)到 20 毫米以上，最嚴(yán)重的達(dá)到 100 毫米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)械荷載超過 2 了鐵塔、導(dǎo)地線的結(jié)構(gòu)、材料的屈服強(qiáng)度，導(dǎo)致鐵塔倒塌、變形，導(dǎo)地線斷裂。覆冰舞動主要發(fā)生在湖南、遼寧、湖北北部地區(qū)。當(dāng)氣象條件達(dá)到覆冰條件時(shí)，導(dǎo)致線路覆冰 ，更嚴(yán)重情況還會發(fā)生舞動，最惡劣的事故還導(dǎo)致倒塔發(fā)生。 覆冰對線路的危害有過負(fù)荷、覆冰舞動和脫冰跳躍、絕緣子冰閃、桿塔變形、倒塔、導(dǎo)線斷股、金具和絕緣子損壞、絕緣子閃絡(luò)等事故。 [關(guān)鍵詞 ]： 輸電線路；架空導(dǎo)線；覆冰 目錄 前言 摘要 第 1 章 概論 輸電線路架空導(dǎo)線覆冰的危害 ........................................................