1、浅议架空输电线路覆冰观测与覆冰计算摘 要：本文对覆冰观测点的选择进行了简单阐述，并对现场覆冰观测所采用的方法和需要采集的数据进行论述。通过对不同方法进行比较，选择出工作实际中有效的覆冰观测方法和标准冰厚计算公式。本文还通过具体覆冰观测点的举例，具体说明覆冰观测方法及计算方法在工作中的应用，利用有效的统计表对观测数据进行计算分析，指导架空输电线路抗冰保电工作。关键词：架空输电线路;覆冰观测;标准冰;运行状态Method of Ice-covering observation and calculation on the overhead transmission lineAbstract: Th
2、is paper described the selection method of observation points on ice-covering, simply the observation methods of ice-covering and data to be collected are discussed. Effective methods of ice-covering observation a+nd standard ice thickness calculating formula are selected, which are suitable for pra
3、ctical engineering, by comparison of different methods. The application details of ice-covering observation and ice thickness calculating methods are described through the specific examples of ice observation points. The observational data is calculated and analyzed using the effective statistics an
4、d it can be as direction of “anti-ice protection power”Key words: Overhead transmission lines; Ice-covering observation; Standard ice; Running state0. 引言近几年来，全球气候变化异常，架空输电线路的安全运行也因此受到了很大威胁，其中冰雪凝冻灾害对架空输电线路的危害尤其明显。架空输电线路严重覆冰后会造成导线断线、杆塔倒塔，并引起大面积停电事故。贵州地处云贵高原地区，其纬度低、海拔高，属于亚热带湿润季风气候，一进入冬季在许多高山、风口等地容易形成凝冻
5、。在进入覆冰期时，通过覆冰观测和覆冰计算可以针对线路运行制定详尽的应急预案，长期观测后的覆冰数据是划分冰区的重要依据，对今后的架空输电线路设计及运行维护都具有重要的指导意义。 1. 覆冰观测点的选择进入冬季覆冰期，架空输电线路覆冰后，会增加导线的水平、垂直、不均匀荷载，特别是覆冰严重的区段，严重影响输电线路的安全稳定运行。贵州地处云贵高原，地理环境主要以山区为主，且海拔高，架空输电线路经过的地理环境差别很大，有时候 10#杆塔在山脚下，而 9#和 11#杆塔都在山顶上，它们的覆冰情况会有很大差别。根据近几年的线路覆冰资料，在进行覆冰观测时，最先选择一些重要线路，例如 500kV 日字环网、电厂
6、出线、单线单变、重要通道等的严重覆冰区段，在这些重要线路的高山、风口等微气象地区要建立长期的覆冰观测监控点。在对某一杆塔进行驻点观冰时，选取导、地线具有代表性的某一段、杆塔的某一固定点进行覆冰观测，每一天采集两次数据，对每次数据进行比较分析，由此可以清楚地比较出覆冰是加重还是缓解。2. 架空输电线路覆冰观测因为导线、地线、绝缘子、杆塔、金具覆冰后，会造成线路覆冰的过荷载事故、不均匀覆冰或不同期脱冰事故、绝缘子串冰闪事故、导线舞动等，所以架空输电线路覆冰观测时，需要对他们进行观测，而本文主要针对导线、地线覆冰观测进行讨论。由于观测的地理环境、覆冰成因等因素影响，覆冰观测的方法也有很大区别。在地势
7、比较平缓、无风的观测点，导线、地线等观测到的覆冰比较均匀，如图 1。一般对于均匀覆冰， 可以通过比较覆冰前后d1图 1 均匀覆冰 图 2 均匀覆冰截面导线的粗细情况，或者更直接地比较导线覆冰前后的直径大小而得出覆冰厚度。如图 2，在已知原来的导线直径为 d 的情况下，观测到覆冰后的导线直径为 d1，则覆冰厚度 b 为：（1）1()2b但是在山顶或风口，观测到的覆冰就很不规则，当风向与线路平行时，覆冰的断面呈椭圆形；当风向与线路垂直时，覆冰的断面呈扇形，覆冰集中在导线的一侧，如图 3、图4。此时一般是观测导线覆冰后的长径与短经，其覆冰计算要复杂一些。a图 3 翼形覆冰 图 4 翼形覆冰截面进入覆
8、冰期后，经常是大雾天气，有时候能见度只有十几米，很难直接观测导地线的覆冰情况，而且架空输电线路覆冰后，一般不能上塔进行覆冰测量，也不能长时间在导地线、杆塔下方逗留，如果观测不到覆冰的具体数据，可以参照附近杆状物体上的覆冰进行估算，也可以根据导地线弧垂变化和绝缘子偏移情况来判断覆冰情况。覆冰观测最终是要得出导地线荷载情况，一般说来，导地线的弧垂变化和绝缘子偏移是导线荷载变化的一个明显表征，而且弧垂变化和绝缘子偏移比较好观察。当弧垂变化较大时，表明导地线荷载很大了，当绝缘子发生偏移时，表明该点的纵向张力不平衡，如果线路长时间在这种条件下运行，会导致导线、绝缘子、金具、杆塔受损，有可能发生断线或倒塔
9、事件，这时就要采取应急措施。3. 标准覆冰厚度计算覆冰厚度的计算，准确的方法是取覆冰导线 1 米，分别称覆冰后的导线与覆冰总质量m3，导线无冰时的质量 m1，根据实测冰的质量利用公式（2）计算标准冰厚 2。（2）30r.9BB0标准冰厚（指密度为 0.9g/cm3 冰厚） ；m3导线与覆冰总质量，g；m1导线无冰时的质量，g；r导线半径，mm但是架空输电线路在带电运行的情况下，很难取到导线的覆冰来称其质量，这时一般是观测导线覆冰直径的方法估算标准冰厚，工作实际中大多数导线覆冰可以利用公式（3）计算标准冰厚的值 3 4。（3）220140.9ABddB0标准冰厚（指密度为 0.9g/cm3 冰厚
10、） ；观测覆冰的密度，g/cm 3；A导线覆冰后的截面积d导线直径。将导线覆冰近似为椭圆时可得公式（4） ，在实际工作中主要观测导线覆冰后的长径与短经以公式（4）进行近似标准覆冰厚度计算，当长径 a 与短经 b 相等时，即是均匀覆冰。（4）22010.9BabdB0标准冰厚（指密度为 0.9g/cm3 冰厚） ；观测覆冰的密度，g/cm 3；a导线覆冰后的长径；b导线覆冰后的短径；d导线直径。 的取值根据覆冰类型选择，覆冰类型分类见表 11表 1 覆冰类型和性质类型 性质 形成条件及过程 参考图片雨凇纯粹、透明的冰，坚硬，可形成冰柱，密度为 0.9g/cm3或更高，粘附力很强在低地由过冷却雨或
11、毛毛细雨降落在低于冻结温度的物体上形成，气温-20；在山地由云中来的冰晶或含有大水滴的地面雾在高风速下形成，气温-40混合凇不透明或半透明冰，常由透明和不透明冰层交错形成，坚硬；密度为0.60.9g/cm3，粘附力强在低地由云中来的冰晶或有雨滴的地面雾形成，气温-50；在山地，在相当高的风速下，由云中的冰晶或带有中等大小水滴的地面雾形成，气温-10-3软雾凇白色，呈粒状雪，质轻，为相对坚固的结晶，密度为0.30.6g/cm3，粘附力颇弱在中等风速下形成，在山地由云中来的冰晶或含水滴的雾形成，气温-13-8白霜白色，雪状，不规则针状结晶，很脆而且轻，密度为0.050.3g/cm3，粘附力弱水汽从
12、空气中直接凝结而成，发生在寒冷而平静的天气，气温低于-10当难以准确判断 的取值时，可在覆冰现场取一块类似的冰，通过称质量与测体积来计算冰的密度，将得出的密度 直接代入式中计算。通过计算出标准冰厚后，与设计的覆冰冰区值比较。当比值0.4，认为线路运行安全，当比值在 0.40.7 之间时，认为线路运行处于黄色预警状态，需要实时监控，当比值0.7 时，认为线路运行处于红色预警状态，需要及时采取应急措施，以免造成断线、倒塔事故。4. 覆冰观测实例2011 年 1 月 1 日，贵州地区开始大面积覆冰，220kV 甘都线 44#杆塔，位于都匀市洛邦镇白泥田村，海拔 1025 米，设计冰区 10mm，1
13、月 3 日该点选为常驻覆冰观测点。表 2为 2011 年 1 月 3 日至 2011 年 1 月 6 日导线的覆冰观测数据，表 2 可以根据实际情况增加地线、杆塔、绝缘子、地面等的覆冰观测数据。表 2 是根据公式（4）来设计。其中公式中各参数为d导线半径 21.6mm观测覆冰的密度为 0.60g/cm3设计冰区值10mm 冰区表 2 220kV 甘都线 44#覆冰观测记录表监测时间 气候/气温 空气湿度 覆冰类型冰的密度导线覆冰最长径mm导线覆冰最短径mm标准冰厚 mm标准冰厚与设计冰区值之比备注1 月 3 日20:27雾/0 80%混合凇 0.60 37 30 3.20 0.32线路运行处于
14、安全状态1 月 4 日 9:38阴/0 75%混合凇 0.60 40 25 2.66 0.27线路运行处于安全状态1 月 4 日 15:20阴/0 75%混合凇 0.60 38 28 2.97 0.3线路运行处于安全状态1 月 5 日11:10毛雨/0 80%混合凇 0.60 38 32 3.73 0.37线路运行接近于黄色预警状态1 月 5 日 15:50雾/0 80%混合凇 0.60 44 34 5.03 0.50线路运行处于黄色预警状态1 月 5 日17:00雾/0 80%混合凇 0.60 44 34 5.03 0.50线路运行处于黄色预警状态1 月 6 日10:00阴/-1 70%混合
15、凇 0.60 48 42 7.21 0.72线路运行处于红色预警状态，线路已经申请直流融冰1 月 6 日17:00阴/1 70% 无 0 21.6 21.6 0 0线路已进行直流融冰，现导线无覆冰观测者主要记录导线覆冰后最长径 a，最短径 b，并观测覆冰的类型以确定冰密度，通过在 excel 中编辑公式直接计算出标准冰厚，并用计算出的标准冰厚与设计冰区值相比。从表 2 可以看出覆冰变化的趋势，1 月 3 日至 1 月 4 日，覆冰比值在 0.4 以下，线路尚处于安全运行状态；1 月 5 日，因下毛雨和大雾原因导致覆冰增加，其比值在 0.40.7之间，线路处于黄色预警状态，线路进行实时监控；经过
16、 1 月 5 日夜间的覆冰变化，1 月6 日上午观测到覆冰急剧加重，比值大于 0.7，线路处于红色预警状态，线路申请进行直流融冰，1 月 6 日下午线路经过直流融冰后导线已无覆冰。5. 总结2011 年覆冰期间，贵州电网输电运检分公司根据 220kV 以上架空输电线路的网架结构，地理、气候环境，正确地选择覆冰观测点，利用有效的覆冰观测方法每天早上和下午各采集一次覆冰数据，对采集的覆冰数据经过标准覆冰厚度计算后，进行覆冰情况分析，掌握具体某条线路的某个点处于什么状态，并针对性地采取控制措施。正是通过这种大量的覆冰观测，贵州电网输电运检分公司 2011 年实现了不倒一基杆塔的抗冰保电任务。覆冰观测的原始数据及折算后的标准冰厚是冰区划分的重要依据，正确的冰区划分关系到输电线路投资建设和安全运行，其意义重大。参考文献1 蒋兴良,易辉.输电线路覆冰及防护M.北京:中国电力出版社,2002:24-252 张予.架空输电线路导线覆冰在线监测系统J.高电压技术,2008，34（9）:1992-19953 邵天晓.架空送电线路的电线力学计算M.北京:中国电力出版社,2007.4 汤文斌.输电线路覆冰量计算模型研究D.长沙：硕士学位论文,2009.
