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灾后重建如何防范电网冰灾再度重演?

http://www.gkong.com 2008-03-24 15:45 来源:云南电力报

    覆冰是美丽的自然现象,对输电线路而言则是不可抗拒的严重自然灾害,应认真分析、冷静对待。

  高压输电线路一诞生,覆冰就一直在危害电网的安全运行。美国1932年首次了出现输电线路冰灾事故,我国1954就发生了大面积冰灾事故。国内外长期以来一直在探讨输电线路覆冰的形成机理、防止覆冰的技术措施,以及覆冰后如何采取措施除去电力设备上的覆冰,几十年来,虽然提出了上百种防冰、除冰的技术措施,并在一定程度上减少了冰灾事故的发生几率,但总的来看,目前没有切实可行的方法和措施应对电网设备发生严重冰灾事故。

  2008年1~2月的冰灾在全国人民心目中留下了永恒的记忆,既给了人们机遇,也是对我们没有充分认识冰灾的一个严重教训。有志于挑战冰灾的人们不仅踊跃参与抗冰抢险,还为将来如何应对类似的灾害献计献策。但是,输电线路防冰和除冰的措施和方法是目前国内外没有解决的技术难题,即使有些方法和技术措施可行,也存在经济性的问题。因此,在研究和预防类似冰灾事故的措施中,应避免盲目和浮躁,要认真分析、冷静对待此次冰灾,以科学、实事求是的态度研究防冰除冰技术措施。

  认真分析此次冰雪气象的特征和规律,分析发生冰灾事故的电网设备的设计气象条件、荷载能量、事故特征、覆冰情况、覆冰的特征、所处位置的地理地形特征,并分析比较为什么附近其它设备没有发生覆冰倒塌等。对于发生倒(杆)塔、断线(串)的线路,应认真分析事故的具体特征,区别对待事故类型和现象。

  冷静对待此次事故,冷静对待自然灾害。覆冰积雪是自然现象,自地球诞生以来就存在的自然现象,既造就了美丽的自然景观,也给人类的生活带来严重影响,是人类不可抗拒的。因此,应充分认识覆冰积雪的自然规律,减少覆冰积雪带来的影响和损失。只有在充分认识和掌握了输电线路覆冰的自然规律后才能有效抑制冰灾事故的发生,不能期望短期内在抗冰防冰上取得重大突破并杜绝类似事故的发生。

  云南、贵州一直以来是我国电网发生冰灾事故最严重的地区之一。1984年贵州就发生过输电线路大面积冰灾事故,造成输电线路杆塔倒塌、绝缘子串发生闪络。而六盘水地区又是云南、贵州冰灾最严重的地区,几乎每年都发生覆冰现象。自1984年严重冰灾事故以后,六盘水供电局就积极采取应对措施,充分调查输电线路发生覆冰的地形、地理和气象特征,因地制宜加强设计,并采取抗冰措施。

  六盘水供电局35千伏及以上变电站50座、变压器容量151.49兆伏安,35千伏及以上输电线路2107千米,在此次贵州电网的冰灾事故中,虽然六盘水地区最大覆冰厚度达到200毫米以上,35千伏倒杆3基,110千伏倒塔1基,220千伏倒塔1基,相对来说,覆冰最严重之一的地区,发生的覆冰倒杆塔事故相对却较少。这是六盘水供电局长期积累和采取措施的成果,六盘水供电局抗冰和防冰并取得卓有成效的效果的经验值得借鉴和推广。

  电网设备发生覆冰现象必须满足三个条件:一是大气中必须有足够的过冷却水滴,这取决于气象条件,是气象学的问题;二是过冷却水滴被覆冰物体捕获,这是流体的力学过程,决定于覆冰物体的流体力学特性;三是过冷却水滴立即冻结或在离开覆冰物体前冻结,这是热力学问题,由覆冰物体表面的热平衡过程所决定。针对电网设备发生覆冰的必要条件,为应对将来可能出现的类似冰灾,应做好以下基础工作:

  (1) 加强电网覆冰原始资料的收集和整理

  输电线路杆塔、导线和绝缘子覆冰受气象条件和地形、地理条件的影响,电网设备覆冰具有典型的微地形、小气候特征,即使在大面积的覆冰积雪天气,受地形、地理条件的影响,电网设备覆冰仍存在很大的差异,这种差异体表现于电网设备覆冰的形状、密度、类型等,这些原始数据是分析电网冰灾事故、采取合理的防冰、除冰技术措施、加强抗冰设计的基础数据,对于合理采用防冰、除冰技术措施方法具有重要的指导作用。因此,应加强输电线路覆冰的原始资料的收集和整理,对测量人员进行技术培训。

  (2) 总结和发展“避”、“抗”、“熔”、“改”、“防”五字防冰方针

  在总结输电线路防冰抗冰经验的基础上,我国于上世纪70年代提出了“避”、“抗”、“熔”、“改”、“防”五字防冰方针,在防止输电线路冰灾事故中取得了很好的效果。在已有经验和成果的基础上,重视和加强“避”、“抗”、“熔”、“改”、“防”五字防冰方针合理应用具有重要的现实意义。

  “避”即避开严重覆冰的地区,“抗”即加强抗冰设计,“熔”即采用热力熔冰的方法,“改”即改造旧的薄弱线路,“防”是采用辅助的防冰技术措施。

  在设计输电线路时,避开严重覆冰区的“避”的方法是最有效的防止覆冰事故的方法。但有些线路走廊无法避开覆冰区,设计时就应充分考虑线路走廊的地形、气象等条件,观测覆冰状况,保证足够的抗冰强度,以防止机械和电气事故。

  采用在导线上涂憎水性的涂料来减少覆冰量的“防”方法,由于受涂料老化特性、憎水性以及导线本身结构特征的影响,实施中发现其防冰效果不明显,特别是对于长时间的雨凇覆冰。

  加强抗冰设计的“抗”的方法,需要对电网覆冰的微地形、微气象分布有充分认识,因地制宜,目前缺乏充分的基础数据。

  采用短路电流的“熔”的方法,目前对于500千伏没有经验,且受电源容量的限制。

  “避”、“抗”、“熔”、“改”、“防”五字防冰方针的基础上,我国已经制定了《110~750千伏架空送电线路设计规范》、《110~500千伏架空送电线路设计技术规程》、《750千伏架空送电线路设计暂行技术规定》和《重冰区架空输电线路设计技术规定》等。但在实际应用过程中,受环境条件和技术发展的限制,实施困难,目前的技术措施还不能适应防止电网遭受大面积、长时间冰灾的实际。
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  (3)因地制宜加强抗冰设计

  虽然此次覆冰导致大面积倒杆(塔)、断线,但总的来看,云贵高海拔地区发生的覆冰事故的输电线路仍具有微气象、微地形特征。在今年1~2月我国南方出现大面积冰灾事故后,出现了全面提高设计标准的呼声。鉴于全面提高设计标准的依据不充分,建议因地制宜,局部加强输电线路的杆塔抗冰设计,不宜草率提出全面提高抗冰设计标准,应对我国电网覆冰的微气象条件、微地理特征进行充分的调查、系统分析,根据微气象条件和微地理特征划分冰区等级,在确定冰区等级的基础上合理提高输电线路的抗冰设计标准,有针对性地补强。对500千伏线路,局部加强设计时应采用50年一遇的设计标准。

  (4)系统研究防冰、熔冰预案

  对于将来可能严重覆冰的线路,可研究采用带负荷熔冰技术、直流熔冰技术、电磁脉冲或陡脉冲机械除冰技术措施,以及探讨除冰防冰的新技术新方法。

  带负荷熔冰技术措施是我国上世纪70年代就实施和应用良好的技术方法,根据覆冰的特点和线路的实际情况,研究应用于多分裂导线的高频变压器熔冰技术措施。

  直流熔冰具有容量要求小,操作简单等特点,研究移动式直流熔冰技术方法和装置。

  电磁脉冲和陡脉冲机械除冰方法可应用于地线和输电线路杆塔,除冰前景好,可在国内外研究成果的基础上研究电磁脉冲和陡脉冲机械除冰方法。

  国内外已经探讨了直升飞机热气除冰方法、激光除冰方法、微波除冰方法,虽然目前没有应用于输电线路的除冰,作为新的措施和方法可以开展相应的研究。

  (5)深入研究输电线路覆冰机理

  虽然国内外对输电线路覆冰的机理和事故特征有了初步认识,但对于分裂导线的覆冰特征和增长、扭转机理认识不充分,系统研究分裂导线的覆冰机理、覆冰后的力学特性以及杆塔结构的覆冰特征,对于采取有针对性的措施、防止冰灾事故的发生和发展具有指导意义。

  (作者为重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室教授)
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