引言

高壓輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它承擔著電力輸送的重要任務。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出現覆冰現象，導致線路的供電能力受到嚴重制約[1-2]。覆冰導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、脫冰跳躍和覆冰閃絡[3]。覆冰過荷載指的是輸電線路桿塔或導線在風雪交加的情況下，積雪重量增加，所承受的荷載變大而導致斷裂的現象[4]。覆冰舞動是指輸電線路在覆冰情況下，桿塔或導線振動，導線與桿塔之間摩擦力發(fā)生變化，引起導線彎曲和振動，最終導致桿塔或導線的損壞[5]。脫冰跳躍是指輸電線路在冰雨或有霧氣的情況下，導線和桿塔周圍溫度較高，覆冰層熔化，而這時覆冰層又會因為高溫蒸汽產生冷卻，導致躍起，造成明顯的沖擊力，從而加劇桿塔或導線的彎曲和振動[6]。覆冰閃絡是指輸電線路在覆冰情況下，由桿塔或導線的電場強度變化導致的桿塔體或導線的電擊穿[7]。

本文對500 kv輸電線路覆冰故障原因和治理方法進行了深入研究，通過對覆冰過荷載、覆冰舞動、脫冰跳躍和覆冰閃絡等不同現象的分析，結合實際情況，提出了一些可行的治理和預防措施，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，當氣溫在-5~0節(jié)、風速在1~15 m/s時，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）落在輸電線路上會導致線路表面結冰。冰凍的雪花在下落過程中穿過溫暖層時往往會變濕并融化，如果降落在低于冰點（0節(jié)）的輸電線路上，會以白色冰塊的形式覆冰。寒冷濃霧結成的覆冰稱為霧淤，冷雨滴結成的覆冰稱為雨淤，雪花凍結而成的覆冰稱為雪淤（也叫濕雪）。輸電線路有時會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，在輸電線路的迎風面形成冰體，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、脫冰跳躍和覆冰閃絡。

1.1覆冰過荷載

覆冰過荷載是導致輸電線路故障的主要因素之一，主要包括自重荷載、風荷載和附著力荷載三種類型。當輸電線路覆冰積累到一定體積和重量之后，輸電線路導、地線垂直方向的荷載將會倍增，使得弧垂增大，導線對地間距減小，從而有可能發(fā)生閃絡事故?；〈乖龃蟮耐瑫r，在風的作用下，兩根導線或導線與地之間可能相碰，會造成短路跳閘，燒傷甚至燒斷導線的事故。如果覆冰的重量進一步增大，則可能超過導線、金具、絕緣子及桿塔的機械強度，使導線從壓接管內抽出，或外層鋁股全斷、鋼芯抽出；當導線覆冰超過桿塔額定荷載一定限度時，可能導致桿塔基礎下沉、傾斜或爆裂，桿塔折斷甚至倒塌。嚴重覆冰會造成導線、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

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

輸電線路舞動的發(fā)生通常取決于三個因素：風激勵、線路結構參數和線路覆冰不均勻。舞動造成的危害是多方面的，輕則造成閃絡、跳閘，重則導致設備和絕緣子損壞，絞線斷線，桿塔螺栓松動、脫落甚至倒塔等電網重大故障。易發(fā)生舞動的局部敏感區(qū)域主要是在風口、開闊地帶、江河湖面等易于覆冰且風激勵較強的地區(qū)。為防止輸電線路舞動，一般采取安裝相間間隔棒、線夾回轉式間隔棒、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，導線和桿塔周圍的溫度較高，覆冰層融化，當這些融化的水滴落到地面時，又會因為周圍的溫度較低而發(fā)生凝固，同時還會導致明顯的跳躍沖擊力。這些沖擊力會傳遞到導線和桿塔上，導致導線的彎曲和振動，最終造成桿塔或導線損壞。同時，不同期脫冰還會引起導、地線跳躍，相互接近，發(fā)生放電；導線跳躍，引起耐張塔引流線與橫擔接近，發(fā)生放電；懸垂絕緣子串偏移，碰撞橫擔等。其中導線不同期脫冰示例如圖2所示。

1.4覆冰閃絡

覆冰閃絡是指導線和桿塔之間的電場強度發(fā)生變化時，導線和桿塔發(fā)生放電現象。這種放電現象可以穿透覆冰層和絕緣層，同時還會破壞或腐蝕導線加強件、桿塔表面的涂層等。隨著輸電電壓的增加，覆冰閃絡的危害也在逐漸擴大。在融冰過程中，冰層表面水膜具有較高的電導率，增大了泄漏電流；同時,冰凌間隙會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電壓；閃絡過程中持續(xù)電弧會燒傷絕緣子，引起絕緣子絕緣強度下降。在低溫潮濕且導線周圍空氣中存在一定鹽分時,覆冰閃絡發(fā)生的概率更大。覆冰閃絡示例如圖3所示。

2覆冰檢測技術

檢測輸電線路覆冰情況,對預防輸電線路因器件過熱、過載、開路等原因發(fā)生火災或爆炸等重大事故起著關鍵作用。目前輸電線路覆冰大多采用人工巡視的檢測方式,但這種方式存在著維護成本高、人員安全性得不到保障等問題。為提高檢測效率和安全性,應綜合運用現有的輸電線路覆冰檢測技術，包括常規(guī)檢測方式和先進檢測技術。

2.1常規(guī)檢測方式

常規(guī)檢測方式包括巡視、紅外檢測、視頻監(jiān)控等。其中，巡視是目前應用最廣泛、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。紅外檢測是一種針對輸電線路覆冰問題的非接觸式檢測方法，其優(yōu)點在于無須直接接觸輸電線路，缺點是檢測結果受天氣和設備本身性能影響較大。視頻監(jiān)控也是一種常用的檢測方式,但其受監(jiān)控設備的安裝位置和視角影響較大。

2.2先進檢測技術

現階段,涌電流法、微波檢測法和雷達檢測法等先進檢測技術已被廣泛應用于輸電線路覆冰情況檢測。涌電流法主要是基于線路放電的波形特征進行判讀,其缺點在于有很大誤差,需要多次檢測來得到準確結果。微波檢測法主要是根據星載微波輻射計測量數據進行計算,可以有效提高檢測效率。雷達檢測法是目前應用最廣泛的一種先進檢測技術,其主要原理是利用雷達得到的回波信號來分析覆冰的密度、厚度等參數,進而得到覆冰的具體情況。

3覆冰故障的治理

3.1應用止振措施

為了解決覆冰故障帶來的影響,可以對現有的高壓輸電線路進行改進。近年來,一些針對高壓輸電線路的止振措施已經應用于實際工程中,例如通過增加減振器以及優(yōu)化鋼管桿架結構等方法,來減輕高壓輸電線路的振動程度。

3.2應用覆冰保護層

覆冰保護層的應用可以有效避免覆冰過荷載等故障的發(fā)生。覆冰保護層大多采用輕質材料制成,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械脫冰、熱力脫冰和化學脫冰三種類型。

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

（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)點在于可以快速融化冰雪,缺點是能量消耗較大,脫冰設備占地較大,成本較高。

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

下面介紹三種常見的脫冰技術：爆炸脫冰、人工摘冰和除冰機器人脫冰。

（1）爆炸脫冰：爆炸脫冰是通過爆炸產生的熱能清除覆冰的一種方式。該技術已被廣泛應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，存在一定的危險性，因此，在采用該技術時，必須采取安全措施，以確保人員和設備的安全。

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

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

3.4定期檢測和維護

定期檢測和維護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線的附屬設施，及時發(fā)現并修補可能存在的故障，可以最大程度地排除故障隱患。

4結束語

輸電線路在冬季容易出現覆冰現象，導致設備過荷載、振動過大、覆冰閃絡等問題。為保障電網的正常運行，必須對輸電線路的覆冰故障進行有效治理和預防。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)檢測方式和先進檢測技術，以及機械脫冰、熱力脫冰和化學脫冰等脫冰方式，其中重點介紹了三種常見脫冰技術：爆炸脫冰、人工摘冰和除冰機器人脫冰，并分析了其特點和適用范圍，可以為提高輸電線路的安全性能提供一些參考。