送电线路覆冰的设计分析与抗覆冰方法

任晨 

摘要：近些年，送电线路覆冰灾害频发，对电网的可靠运行构成了严重威胁。本文阐述了送电线路覆冰类型，合理对送电线路覆冰设计分析，并提出送电线路抗覆冰的措施建议，旨在为提升送电线路抗覆冰能力提供理论借鉴。

关键词：送电线路，覆冰灾害，抗覆冰设计，防水涂层

0 引言

电网建设初期，对冰雪灾害对电网的危害重视程度不高，近些年，我国冰冻雨雪灾害天气频频出现，引发线路断线、倒塔、跳闸事故接连发生，严重影响了电网的供电可靠性，同时也造成了巨大的经济损失[1]。覆冰对送电线路的破坏力极大，通常来讲，覆冰情况还受气象、地形、线路本身等多种因素的影响，因此在线路敷设阶段要加强对线路设计、施工、运行维护等多方面的综合考虑，同时，还要加强先进设备、技术及新材料的应用，全面提升送电线路的抗覆冰能力。

1送电线路覆冰类型、影响因素及其危害

送电线路覆冰种类多样，但通常雨凇对线路危害程度为最大，具体如表1所示。

表1 覆冰的表观特征分类

覆冰类型	外观结构特性	密度（g/cm3）	特点
粒状雾凇	乳白色不透明体，针状或树枝状	0.1-0.3	含有气泡，疏松较脆，无定形态
晶状雾凇	白色结晶，虾尾状或松针状	0.01-0.08	空气气泡多，疏松且软，容易脱落
混合淞	乳白色，层状或板块形式	0.2-0.6	气隙较多，体大
雨凇	透明玻璃体，薄冰形式	0.6-0.9	坚硬，不容易脱落
湿雪	乳白色或灰白色	0.1-0.7	质地较软

根据调查研究，影响线路覆冰的因素很多，主要包括气象条件、线路悬挂高度、线路的刚度、线路直径、电场及负荷电流以及线路走向等[2]。送电线路大量覆冰会导致杆塔荷载加大，发生倒杆，另外，在严重覆冰情况下，还会导致绝缘子污闪，导线相间舞动导致短路等。因此，在设计阶段要做好送电线路的覆冰设计分析。

2送电线路覆冰的设计分析

第一，要对地形条件、气候条件全面勘查，做好冰区划分、设计冰厚取值，通过结合线路覆冰规律，冰厚设计值通常为10mm、15mm或20mm。第二，要综合经济性和安全性考虑，合理进行路径选择，尽可能避开严重覆冰段，避免风道、湖泊等地带，线路沿山岭时宜选择被风坡走线，控制线路转角不易过大。第三，对于大裆距的重覆冰地段，采取增加杆塔、缩小档距的手段，提升电线的承载能力，通常来讲，对于110kV线路，档距＜300m，220kV线路，档距＜400m，500kV线路，档距＜500m。第四，对必须经过的重覆冰区域推荐选用高强度钢芯铝绞线。第五，加强线路覆冰厚度的计算，电线覆冰情况与经纬度、海拔高度、地形以及电线直径等因素影响较大，在采用气象站标准冰厚求算实际电力线路标准冰厚时，要进行修订，如式（1）~（3）所示。

                                         (1)

                                        (2)

                                 (3)

(式中，为标准冰厚，为换算系数，为观测电线离地的高度，为设计电线标准高度，D为观测电线的直径，为设计电线的直径，为高度订正系数，为线径订正系数，Q为直径订正系数，A通常取值为0.1-0.2)。

3送电线路抗覆冰的有效措施

3.1 热力抗覆冰技术

目前，热力抗覆冰技术主要包括交流短路电流融冰除冰法、高电流密度融冰除冰法、电阻性铁磁线除冰法、低居里磁线防冰法和喷火除冰法。其中交流短路电流融冰除冰法耗电量大，操作过程复杂；低居里磁线防冰法对输电线路本身不会造成损伤，器件安装比较容易，防覆冰效果较好等，不足之处在于成本较高，目前主要用于严重覆冰线段，其高耗能，效率低等问题限制了在电力系统的大面积推广应用。可见，每种方法都有一定的优势与不足之处，热力抗覆冰技术存在的共性问题是应用范围过小，能耗高，设备投资大，因此针对大面积、远距离的抗覆冰情况不推荐应用。

3.2憎水性涂料抗覆冰技术

憎水性涂料抗覆冰技术由于简单易操作、经济性优异，目前在线路防冰方面已得到大面积推广和应用。主要应用到的憎水性有机硅涂料（见表2）。硅系材料具有良好的憎水性和化学稳定性，并且还具有较小的表面张力。通过采用喷涂或刷涂的方式将涂料涂覆到电线表面，以起到防覆冰的效果。但有机硅系涂料不足之处在于附着力不强，易发生脱落，特别是在防覆冰效果上还需提升。

表2 有机硅憎水性涂料

类型	使用特点	使用寿命
硅油	挥发性小，难以成膜，涂装后仍然呈现油湿状态	3～6 个月
硅脂	糊状的高分子化合物，维护费用高，尤其是功效过期后清洗非常困难	1年
地蜡	常温下呈固态，涂装前添加一定量的凡士林并加热使其熔化	3～4 年
室温硫化硅橡胶	优异的憎水性能，当表面被轻度污染后仍然能够 保持憎水性	3～5 年

3.3超疏水表面抗覆冰技术

对于冰灾，要做到防、除并重。近几年，在基于有机硅涂料技术启示之上，一种新型的抗覆冰功能涂层得到了广大技术人员的关注。这种功能涂层兼具极高的热传导性和极强的附着力，同时还具有优异的憎水性能和光谱吸热性能，在线路防覆冰方面具有广阔的应用前景

[3]。

Co3O4 是超疏水表面材料的重要代表，通过对该材料-3.5℃和-10.2℃ 左右条件下不同时间段的冰积累量的情况进行研究，结果显示，在3.5℃，20min条件下，Co3O4 超疏水表面大部分处于干燥状态，延长测试时间为40min，材料表面被冰层覆盖的比率还不到 50%，通过将该材料用于线缆来验证实际的抗覆冰效果，电缆材质为铝材，结果显示，在-25.3 ℃下，测试时间为80min，涂覆Co3O4超疏水材料的电缆表面的覆冰质量为普通电缆表面覆冰质量的 62.3%，抗覆冰效果显著[4]。目前，超疏水表面技术在线路防冰、除冰方面的应用还处于实验室阶段，尚未完全应用到实际工程中，今后还要加强提升材料的稳定性。

4 结论

送电线路抗覆冰设计尤为关键，在线路建设过程中，要加强覆冰资料收集，加强电网规划，重视线路的路径选择，完善线路设计技术，积极将新材料应用于送电线路抗覆冰设计中去，同时还要积极研究高效率、低能耗、经济性优异的抗覆冰新技术，整体提升线路的防冰、除冰能力，确保电力系统的可靠运行。

参考文献：

[1] 巢亚锋, 岳一石, 王成, 等. 输电线路融冰、除冰技术研究综述[J]. 高压电器, 2016, 52(11): 1-8.

[2] 王勇, 苗虹, 莫思特, 等. 高压架空输电线路防冰、融冰、除冰技术研究综述[J]. 电力系统保护与控制, 2020, 48(18): 178-187.

[3] 郑海坤, 常士楠, 赵媛媛. 超疏水/超润滑表面的防疏冰机理及其应用[J]. 化学进展, 2017, 29(1): 102-118.

[4] 蒋春隆. Co3O4微纳超疏水表面的液相制备及抗覆冰行为研究[D]. 湘潭大学, 2014.