赵东方
乌兰察布电业局化德供电分局 内蒙古乌兰察布市013350
摘要：线路覆冰舞动是输电线路因为导线不规则覆冰后在风的激励作用下发生的一种大幅度低频振动。线路覆冰舞动会给输电线路造成严重损害，甚至是引起大范围停电，造成严重的经济损失。本文从线路覆冰舞动的机理出发，通过CFD理论对线路覆冰厚度进行模拟仿真，并进一步研究了风速对导线空气动力特性的影响，仿真结果表明，风速对线路气动特性的影响不大，但线路的覆冰厚度很大程度上决定了导线发生舞动的概率。
关键词：输电线路；冰害；故障处理
1 引言
随着“西电东送”战略的进一步实施，将会有更多的超、特高压输电线路经过覆冰、高海拔等环境复杂地区，电网覆冰灾害问题也将更加突出。对于不断推进的电网建设，现有规程规范并未对导、地线单档不均匀覆冰下导、地线最小接近距离作出规定，而由此导致的跳闸事故占比较高，尤其在翻越山峰的爬坡地带应更加重视此种情况下的间距校验。
2 输电线路覆冰的影响
电网多年运行经验表明，架空输电线路等输变电设备长期暴露于大气环境之中，易受雷电、冰雹、大风、低温雨雪冰冻等气象灾害的袭击而发生故障，电网能否安全可靠运行与外部气象环境有密切关系。雷电、冰雹、大风等极端气象灾害在短时间内就可能造成输电线路故障，加上电网潮流转移诱发继电保护装置不正确动作，会加速线路连锁跳闸，甚至引发大面积停电事故。而持续较长时间的低温雨雪冰冻天气则可能会引发严重的线路覆冰灾害，它对电网造成的影响更大。尤其是对于高山地区的线路，输电线路覆冰会增大线路和杆塔的荷载，增大导线的受风面积，易诱发不稳定的驰振，会导致线路舞动、冰闪跳闸甚至断线、倒塔等恶性事故。线路覆冰（亦称线路积冰）是空气中的过冷水滴、雾滴以及冻雪附着在0℃左右或以下的导线上形成的冻结物。影响覆冰的气象因素主要有温度、降水、湿度、风速和风向等。气象要素对积冰的贡献大小依次为温度、气压和风速，风向能促进迎风向导线积冰的形成。
3 输电线路覆冰舞动机理
(1)Den.Hartog垂直舞动机理国外著名教授Den.Hartog以其名字而命名的Den.Hartog舞动理论，认为在风的激励作用下，不规则覆冰导体会受到升力和阻力的共同作用，而当升力的特性曲线的斜率超过阻力时，导体会发生持续的舞动现象。(2)O.Nigol扭转舞动机理根据实际数据统计，导体在水平方向发生振动的过程中常常伴随有一定程度的扭转振动，这一特点在分裂导线中的体现尤为明显。二十世纪中期，O.Nigol提出的扭舞原则认为只有在严格区分水平振动频率和扭转振动频率的同时，才能够阻止线路发生舞动。但实际上，还存在一些舞动能够用Den.Hartog理论解释，但与O.Nigol理论不相符合。(3)偏心惯性耦合舞动机理简单来说，偏心惯性耦合理论大致讲的是水平振动和扭转振动都处于稳定的时候，由于偏心惯性造成的夹角，进一步促进了线路舞动。(4)低阻尼系统共振舞动机理在一定强度的风场激励下，线路范围内的整个结构都会出现或多或少的自振现象，一些特定的气象条件，可能造成系统阻尼下降，从而增强自振，进一步形成系统共振，最终形成舞动。
4 覆冰成因分析
根据覆冰形成的基本条件进行划分。覆冰形成的条件是:1)具有较大的湿度，即空气相对湿度一般在85%以上。2)具有足可冻结的气温，即0℃以下。3)具有可使空气中水滴运动之风速，即大于1m/s的风速。
较大的湿度和较低的气温是构成覆冰的两个基本条件，二者缺一不可。适宜的风(不大于10m/s)是加速覆冰的条件。导线的覆冰按其结冰的性质分为雨淞、雾淞、雨雾混合淞和覆雪四种:1)雨淞是由粒径较大的过冷却水滴接触到很冷的物体时冻结成的透明状冰壳，密度大，附着力强，常伴有冰柱;2)雾淞是由粒径较小过冷却雾滴冻结或由水汽直接凝华而成，形呈针状或羽毛状结晶，白色疏松，密度小，粘附力弱，通常在物体的迎风面冻结;3)雨雾混合淞是由雨淞、雾淞或覆雪迭凝而成的冻结物，冰体呈半透明状，有一定的粘附力，常在物体的迎风面冻结;4)覆雪是雨夹雪沾在电线上形成的。冰体呈白色堆积状，密度和粘附力均较小。北方覆冰受气候条件的影响多是覆雪、雾淞和少量的雨雾混合淞，它密度小，体型大。
5 冰害处理
某地区2015年，在某110kV输电线路#90杆（经度110.50，纬度29.32，海拔850m）安装在线冰情监测系统，同时可监测天气现象、气温、湿度、风向和风速等气象数据。该系统有监测数据以来，主要监测到6次线路覆冰现象，分别是2018年1月4日-7日，2018年1月25日-31日，2019年2月16日-25日，2020年1月10日-11日，2020年1月16日-18日，2020年1月26日-27日。同时，利用2018-2020年国家气象观测站（经度110.42，纬度29.12，1956-2019年旧址海拔183.5m，2020年1月1日后新址海拔218.5m）、桑植国家基本气象站（经度110.16，纬度29.40，海拔322.2m）和慈利国家气象观测站（经度111.09，纬度29.43，2018年1月1日后新址海拔174.1m）有关历史数据进行综合分析研究。
该110kV输电线路#90杆位于该地区国家气象观测站北面，距离23.8km；国家基本气象站位于国家气象观测站西北面，距离40.0km；将#90杆线路覆冰期间张家界3个国家级地面气象站气压数据进行折线图分析计算，可以看出，气压变化趋势更加相似，也就是说k值更稳定。出现这一现象与距离更近有很大的关系。经分析，本文使用数据计算当天气候背景下的k值，再以张家界站数据和当天k值计算出#90杆处气压，从而构建线路覆冰期间#90杆处气压数据系列。
1)对运行出现过严重的不均匀覆冰或特大风速的微地形、微气象点，将直线塔改为耐张承力塔;2)对个别迎风开阔的地区、山顶、分水岭、垭口、水气充足的地区，尤其是杆塔两侧覆冰差异很大处，直线塔当改为耐张塔，当受到地形限制时则采用，加大主材、连接处改双剪刀形式;单斜系统的连接螺栓采用双帽加防松的办法;3)对部分采用普通悬垂线夹，曾出现过不均匀脱冰时线夹滑动的微地形点，将普通悬垂线夹更换为重冰区大握力悬垂线夹。
6 结束语
通过本文的分析，得出如下结论：（1）架空线路覆冰跳闸主要发生在山地或者翻越山峰的爬坡地带，由单档不均匀覆冰导致导、地线局部静态距离不足而引起。（2）高悬挂端覆冰下，弧垂最低点上扬并向高悬挂端偏移，导致高悬挂侧导、地线间距减小。（3）导线脱冰、地线高悬挂端覆冰下的导、地线最小接近距离小于规范要求的静态接近距离，线路设计中应重视此种情况下的间距校验。
参考文献：
[1] 邓德慧,李平,张涛,杜超.架空输电线路防冰害措施研究[J].通讯世界,2020,27(03):133-134.
[2] 肖可.探析如何提高山区输电线路防冰防雷抗灾的能力[J].智能城市,2020,6(03):78-79.
[3] 李明,李成峰,兰宏斌.输电线路冰害事故及原因分析[J].住宅与房地产,2018(31):237.
[4] 邱越,曾嵘.分析输电线路冰害事故及原因[J].中国新通信,2018,20(18):239.
[5] 李凯华,邹长春.输电线路冰害事故原因及措施研究[J].南方农机,2018,49(07):202.