重覆冰区段输电线路的路径选择探讨

彭洋

摘要：重覆冰区线路是输电线路的一部分，分为中冰区和重冰区线路，相对于轻冰区线路具有较多的特殊性。一是覆冰荷载大，成为设计中主要控制条件。在严重覆冰条件下存在因过载冰荷重而造成断线、倒塔等威胁;二是具有较明显的静、动态运行特性，如不均匀冰荷载、覆冰绝缘子串闪络、脱冰跳跃等特性；三是运行维护特别困难。所以，我国慎重对待重覆冰区线路的设计和建设。本文从地形特征、路径选择、覆冰气象条件等方面探讨了重覆冰区线路路径选择。

关键词：重覆冰；输电线路；路径选择。

0重覆冰区地形特征

影响输电线路覆冰的因素很多，地形地貌是其中之一。暴露的地形或者水汽较充分的地区覆冰较严重，如分水岭、山豚走向与坡向、垭口与风口、较大水体等。

(1）分水岭。隔开相邻两个流域的山岭或高地，沿着斜坡两侧的降水注入不同的水系或河流。

(2）山脉走向与坡向。迎风坡就是阻挡风向的山坡，反之则为背风坡。暖湿气流推进时，遇到山坡阻挡，开始爬升，水汽遇冷凝结形成降水，通常迎风坡降水较多，背风坡降水较少。在冬李，山脉的迎风坡降水多，易积雪，覆冰较重。背风坡降水相对较少，积雪少，相对覆冰较轻。

（3）垭口和风口。位于连续山梁上相对较低的一块平坦位置称为垭口，可以是山的顶峰，也可以是山峰与山峰相接的地点。谷地伸入山地，成为风口，风在风口受到峡谷的狭管作用影响，速度加快。

(4）湖泊、水库等水体。水体对邻近陆地的影响，主要是通过两者增温不同和水汽含量不等，使邻近的小气候发生变化的。影响的范围与水体的大小、深度及陆地地貌等相关，距水体越近，影响越大。临湖，水汽元足，以致经常发生覆冰现象。

1覆冰调查

我国实测覆冰资料较少，可以根据当地覆冰的定性情况和定量资料，通过沿线地形、气候特征与当地气象资料综合分析，估算沿线标准冰厚。覆冰调查原则如下：

(1）覆冰调查范围。

覆冰调查范围应为工程所在地（点）附近地区。调查点应选紧靠工程所在地（点）或与工程所在地（点）地形相似的村镇居民点、工厂、矿山、高山建筑物管理处。重冰区线路宜1～2km布设一个调查点，对微地形（风口、垭口、分水岭、突出山顶、迎风坡、水体等）影响严重段应加密调查点；轻、中冰区线路宜3～5km布设一个调查点，调查点应标识在线路路径图上。

(2）覆冰调查对象。

覆冰调查对象主要是电力、通信、交通等部门的运行、管理、维护人员及当地知情人，特别是高山电视台、微波站、气象站、观冰站和道班的冬季值班者。

(3）覆冰调查内容。

在覆冰调查过程中，应重点收集、调查如下内容和数据。

1）覆冰地点、海拔、地形，覆冰附着物种类、型号及直径、离地高度、走向。

2）覆冰发生时间和持续日数，当时的天气情况，包括气温、湿度、风向、风力、下雨、下雪、起雾等。

3)覆冰种类。覆冰种类可根据实际情况分析判断。

4）覆冰的形状、长直径、短直径和冰重。

（4）覆冰收资内容。

针对覆冰区的覆冰资料收集主要包括以下内容。

1）己建输电线路的设计冰厚，投运时间，运行中的实测、目测覆冰资料，以及冰害事故记录、报告，包括冰厚、冰重、杆（塔）型、杆（塔）高、线径、档距和事故后的修复标准。

2）邮电通信线路的设计冰厚、线径、杆高和运行情况，以及冬季打冰措施、实测覆冰围长和厚度。

3）高山气象站、电视塔、微波站、道班的冰害事故记录和报告。

4）气象合站实测覆冰资料和覆冰的起止时间与同时气象条件，以及天气系统过程。

(5）对于风口、垭口、分水岭、山顶突出处、迎风坡等特殊地区，应做微地形、微气候调查和实地踏勘，了解对覆冰增大的影响。

2 重覆冰区线路的路径选择原则

重覆冰区线路路径方案的选择，原则上应综合考虑各方案的覆冰情況、地形、交通维护条件、路径长度、事故后果等因素经技术经济比较后确定。在工程前期可研路径规划阶段，应结合线路走向，尽量避开严重覆冰区或者在重覆冰区内做到“避重就轻”。根据以往的重覆冰区设计经验，线路覆冰与其所处地形、高程、附近的地形地物、覆冰时风速风向等因素密切相关，因此线路应尽量避开暴露的山顶、避免横跨垭口、风道等容易形成严重覆冰的微地形区段。

(1）避开调查确定的覆冰严重地段和污秽较重区域。

己有的重覆冰区线路运行经验表明，位于严重覆冰地段的输电线路，不但工程造价高，而且由于缺乏资料，设计所估算的冰厚条件很难完全符合现场的实际情况，易发生破坏性冰害事故，给线路运行带来巨大安全隐患。所以，在确定路径走向时，应尽量避让严重覆冰地段。

重覆冰重污秽地区的输电线路，除常温条件下会出现污闪事故外，在覆冰季节更会因覆冰绝缘子串绝缘强度下降而出现冰闪事故。目前，防止冰闪的有效措施主要是增加绝缘子串长度，即降低工作电压下沿冰面闪络时的耐压梯度，这将直接影响杆塔的塔头尺寸，因此在设计中对这类地区也应尽量避开。

（2）避免大档距、大高差和大、小档。

线路应尽量沿起伏较小的地形走线。重覆冰区线路的档距不宜太大，同时要求各档间尽量均匀，避免大小档情况，以减少纵向不平衡张力。另外也应尽量减小各相邻档的高差，以避免脱冰跳跃和不均匀覆冰时引起悬垂绝缘子串上翻，碰坏绝缘子和出现永久性接地故障。

由于大档距和大高差档的导线及地线悬挂点应力较高，不平衡张力大，容易出现过载性断股、断线事故，因此在重覆冰区线路设计过程中应尽量避免。若无法避免时，应注意限制档距和高差，并根据档距高差的实际情况进行导线及地线的不平衡张力验算。

(3）避免横跨坯口、风道和通过湖泊、水库等容易覆冰的地带。

根据己有工程的运行经验，凡属坯口、风道等处，受气流抬升和风速增大的影响，覆冰比其他地段显著增大，常常引起冰害事故。线路路径应尽量避免横跨垭口、风道和通过湖泊、水库等容易覆冰的地带。

(4）通过山岭地带，宜沿覆冰时的背风坡或山体阳坡走线。

输电线路通过山岭地带宜沿覆冰时的背风坡走线，因为在冻雾型覆冰过程中，地形对覆冰有很大影响。运行经验表明，严重覆冰多出现在冻结高度（覆冰时期云雾底部）以上，并处于抬升气流的迎风坡地带，在山的背风坡对过冷却水滴和覆冰风速均有明显的屏蔽作用。阳坡日照充分，气温比同一高度的阴坡高，覆冰相对较轻。

（5）限制耐张段长度。

为了减小耐张段内导线及地线因覆冰或不同期脱冰所产生的不平衡张力，限制冰害事故的影响范围，便于运行维护和事故抢修，宜限制中、重冰区线路耐张段长度。GB50545--2010《110kV～750kV架空输电线路设计规范》、GB50665--2011《1000kV架空输电线路设计规范》和GB50790—2013《±800kV直流架空输电线路设计规范》等规范均规定：“中、重冰区的耐张段长度分别不宜大于5km和3km。当耐张段长度较长时应采取防串倒措施。在高差或档距相差悬殊的山区或重冰区等运行条件较差地段，耐张段长度应适当缩短。

(6）限制耐张塔的转角角度。

鉴于重冰区线路荷载大，在运行中还会出现较严重的冰凌过载情况，杆塔角度荷载随转角增加而显著增大，容易导致大转角杆塔的损坏。因此重覆冰线路转角度数不宜过大，以增加耐张转角杆塔抗过载能力。

（7）重要交叉跨越宜避开重冰区。

为防止对重要跨越发生较大的公共安全和电网安全事件，不宜在重冰区跨越高速铁路、高速公路、重要输电通道架空线路。

3交叉跨越距离

重覆冰线路在正常运行条件下应满足规程规定的对地及交叉跨越距离要求，同时，由于重覆冰区线路存在不均匀覆冰、过载覆冰的情况，交叉跨越距离校核时还应满足以下要求。

(1）鉴于重覆冰线路在长期运行中，冰凌过载情况是始终存在的，所以对于采用孤立档交叉跨越的重要被跨越物，其安全间隙距离需要按验算覆冰情况校验。

(2）对于一般被跨越物，当采用连续档交叉跨越时，其安全间隙距离需按导线不均匀覆冰时情况进行校验。校验条件为跨越档内导线覆有50%设计冰载，其余档无冰、无风、气温-5°C。

（3）对重要交叉跨越物采用非孤立档跨越时，除校验不均匀覆冰时安全间隙距离外，还需按实际跨越情况校核邻档断线时的最小安全间隙距离。

(4）重覆冰线路跨越电力线、通信线、承力索和索道时，当被跨越物档距较大，必要时，还需校验线路下方被跨越物脱冰跳跃时，瞬间动态接近距离最小垂直间距。

(5）重覆冰线路由于导线的垂直荷载大，纵向张力大，故选用的耐张绝缘子串的机械强度较高、联数较多，造成绝缘子串整体较重。而串重与线重之比对导线弧垂的影响不可忽略，尤其是特高压输电线路串重对导线弧垂的影响尤为突出，因此，重要交叉跨越及孤立档还应考虑耐张绝缘子串重量对导线弧垂的影响。

（6）验算覆冰条件、导线不均匀覆冰情況下对被交叉跨越物的间隙距离应按操作过电压间隙校验。

3 结语

重覆冰区线路路径的选择，应尽量避开严重覆冰区或者在重覆冰区内做到“避重就轻”，同时应尽量避开暴露的山顶、避免横跨垭口、风道等容易形成严重覆冰的微地形区段。

参考文献

[1].《电力工程高压送电线路设计手册》。

[2].《110kV～750kV架空输电线路设计规范》。