陈玥晨，何园丁，郭云蔚
四川电力设计咨询有限责任公司 四川 成都610000
摘要：随着特高压电网的发展，特高压交流线路进入重覆冰地区已是不能避免的情况，特高压交流线路是电网为骨干网架，一旦发生覆冰事故，将造成严重的社会负面影响。重覆冰区段的1000kV特高压交流线路设计需要从合理确定冰区，选择经济可靠的导线型号，设计合理的塔头尺寸等方面进行考虑，才能使特高压交流线路具有更强的抗冰性能、安全稳定运行，为社会创造更高效的经济价值。
关键词：特高压；重覆冰；绝缘配合；脱冰跳跃
Simple Analysis of Design for UHVAC Overhead Transmission Line in Heavy Icing Area
CHEN Yuechen, HE Yuanding, GUO Yunwei
(Sichuan Electric Power Engineering Co.,Ltd., Chengdu, Sichuan, China)
Abstract：With the development of Ultra-high voltage (UHV) grid, construction of UHVAC overhead transmission line will be in heavy icing area gradually. Icing accident of UHVAC transmission line causes serious negative social impact, due to UHVAC lines are the main structure of power grid. The rational icing level, of economical and reliable conductor, overall size of steel tower are the significant elements of UHVAC transmission line design. The reasonable design will give UHVAC transmission line powerful icing resistance, stable and safe operation. Then the UHVAC transmission line brings enormous economic benefit to the society.
Key words：Ultra-high voltage, heavy icing, insulation coordination, conductor jump of ice-shedding
随着成渝双城经济圈上升为国家战略，结合“十四五”规划布局，1000kV特高压交流输电线路将成为川渝地区电网发展的重点。川西地区水电资源丰富，冬季气温低、相对湿度较高，特高压交流输电线路穿越重覆冰区域的情况是不可避免的。输电线路严重覆冰会引起导线的机械性能、电气性能降低，极限的覆冰影响将导致短路、断线、倒塔等事故，并造成重大的经济损失和极大的社会负面影响。因此针对特高压交流输电线路重覆冰的设计必不可少，本文就特高压交流输电线路的重冰区设计内容进行粗浅分析。
1 特高压交流输电线路的重要地位
特高压交流电网指的是以1000kV输电网为骨干网架，特高压输电网以及超高压输电网、高压输电网和配电网构成了分层、分区、结构清晰的现代化大电网，其突出特点是大容量、远距离输电。据测算，1000千伏交流特高压输电线路的输电能力超过500万千瓦，接近500千伏超高压交流输电线路的5倍。
在负荷中心区大规模展开电源建设往往会受到种种制约。比如煤炭运输问题、环境容量问题等等。而且，建设火电还可以靠煤炭运输，而水电、风电由于不可能把水和风像煤那样运输，因此就更是无法实现。一边是无法大规模建设电源点，一边又守着水能、风能等宝贵的清洁能源望洋兴叹，可见在负荷中心大规模开展电源建设这条思路是不可行的。
特高压电网将构成我国大容量、远距离的能源输送通道。据测算，如果风电仅在省内消纳，2020年全国可开发的风电规模约5000万千瓦，而通过特高压跨区联网输送扩大清洁能源的消纳能力，全国风电开发规模则可达1亿千瓦以上。水电通过特高压跨区联网输送消纳的能力将更大。
2 输电线路重覆冰事故的影响
在雨雪冰冻天气时，输电线路所处环境气温低、相对湿度高，在较低风速下，输电线路上易形成覆冰。输电线路覆冰导致的故障一直是电力系统严重的自然灾害之一。
据不完全统计，自1950年以来，我国输电线路发生的大大小小覆冰事故上千次，造成了严重的经济损失。2008年初，我国南方发生了一场历史罕见的冰灾，导致众多输电线路严重覆冰，部分地区的导线上的覆冰厚度达到40-60mm，仅造成的直接经济损失就高达1516.5亿元，在近30天的雪灾期间，由于电线严重的覆冰事故，导致个别省市大面积断电或用电紧张的局面，造成极大的社会负面影响。
3 重覆地区特高压交流输电线路设计
1000kV特高压交流线路重覆冰区段的设计主要应从导线选型、绝缘配合、脱冰跳跃等方面进行了研究分析。
3.1气象条件调查
为使输电线路的结构强度、电气性能可以更好的适应重覆冰地区的自然环境变化，在设计过程中需对沿线的气象情况进行全面的了解，详细收集所需要的气象资料，可到靠近线路的沿线气象台站、其他非专业性单位（如铁路局、电信局、电力公司等）调查访问，并结合对当地居民关于冰灾的调查。结合以上数据，根据规程进行计算，合理、准确的确定设计覆冰厚度，为输电线路设计提供可靠的基础数据。
3.2导线选型
导线是输电线路最主要的部件之一，它对线路的输送容量、传输性能、环境问题(静电感应、电晕、无线电干扰、噪声等)对输电线路的技术经济指标都有很大的影响，因此，导线选择对攻克特高压输电线路技术难关和降低造价有着十分深远的意义。
导线的主要功能是满足输送电能的要求，同时要求运行安全可靠，而且还要求经济合理性，对特高压输电线路还须满足环境保护的要求。这些方面对导线在电气和机械性能都提出了严格的要求，在导线截面和分裂方式的选取中，要充分考虑导线的电气和机械特性。在电气特性方面，特高压线路由于电压的升高，导线电晕而引起无线电干扰、可听噪声等问题将比超高压线路更加突出。在机械特性方面，为使特高压输电线路能安全可靠地运行，导线要有优良的机械性能满足覆冰荷载。
3.3绝缘配合
大量试验表明，覆冰绝缘子长串冰闪电压与海拔高度、盐密、覆冰厚度、绝缘子结构型式、覆冰水电导率、绝缘子串布置型式、污秽不均匀度等因素有关，其中海拔高度、覆冰厚度、覆冰水电导率等因素与绝缘子串最低闪络电压呈指数关系。
中国电科院开展不同串型绝缘子的覆冰闪络特性试验表明，同样型号的绝缘子在相同覆冰、相同串长的条件下，不同的串形绝缘子串其覆冰闪络电压有所差别。在同样的试验环境下，比较I形串与V形串的绝缘子桥接形态，V形的悬挂方式使绝缘子串结冰后很难沿面形成冰桥，绝缘子串的泄漏距离受覆冰形成的冰桥短接影响较小，因此V形绝缘子串的防覆冰闪络性能将更加优于I形绝缘子串。
3.4脱冰跳跃
从已有重覆冰地区线路的运行经验可知，导地线的接近闪络主要有以下原因：1）地线因覆冰或脱冰不均匀而产生较大的不平衡张力，因地线线夹握力不足造成地线滑移，弧垂增大，从而造成导地线在档距中央静态接近闪络；2）导线较地线先期脱冰，相导线升高，造成导地线在档距中央静态接近闪络；3）在融冰阶段，导线上冰凌突然脱落引起其跳跃，造成导地线在档距中央动态接近闪络。
对于第一种情况，可采用强握力的地线线夹或双线夹予以解决。对于后两种情况，则需研究导地线水平位移及地线支架高度的合理取值，以保证重覆冰地区线路脱冰状况下导地线之间的必要间隙。
根据运行经验，当覆冰天气转晴，气温达到＋1℃及以上时，导线上的冰开始融化，其融化首先出现在线夹附近，而后突然掉冰或滑向档中，释放的弹性势能即刻转化为导线上跳的动能。在跳跃过程中，导线振动使得残留的覆冰继续下掉，从而加速振荡。这个动态过程非常复杂，至今尚未有计算模型，一般简化为仅脱部分冰重的单一动态过程。目前可采用二十世纪五十年代，前苏联的导线可能的跳跃幅值拟合公式计算。
根据计算及实际导线脱冰跳跃观测，重冰区导线脱冰跳跃时，档距中存在着导线跳跃高度超过地线高度的情况发生，因此仅依靠提高地线支架高度来避免导、地线接近是不现实的，故在重冰区采用增加导、地线间水平位移以减少导线脱冰跳跃时导、地线间的接近发生闪络的机率是十分必要的。
4 结语
特高压交流线路建设进入重覆冰地区已是不能避免的情况，线路覆冰设计不合理将会带来倒塔、断线，甚至出现电网解列、大面积停电等事故，造成严重的社会负面影响。本文对特高压交流线路在重覆冰区的设计进行了简要分析，主要应关注导线选型、绝缘配合、脱冰跳跃等方面的问题。结合已有的设计经验，合理地确定冰区、导线型号、塔头尺寸等，才能使设计的线路具有更强的抗冰性能，减少覆冰事故的发生，让特高压线路安全稳定运行，为社会创造更高效的经济价值。