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覆冰是一種分布廣泛的自然現(xiàn)象，尤其霧凇是一種美麗的自然景觀。但對于輸電線路，嚴(yán)重的覆冰則有可能導(dǎo)致故障，甚至?xí)l(fā)大面積停電等災(zāi)難性事故。自20世紀(jì)50年代開始，加拿大、美國等覆冰嚴(yán)重的國家相繼對輸電線路覆冰進(jìn)行了觀測和研究。我國也是世界上覆冰嚴(yán)重的國家之一，長期以來，輸電線路工作者一直為解決覆冰問題進(jìn)行不懈的探索，并獲得了許多重要的工作成果。1976年，在全國首次重冰線路設(shè)計運行經(jīng)驗交流會議上，提出了“避、抗、熔、改、防”五字方針，成為輸電線路抗冰的主要技術(shù)原則。隨著我國電網(wǎng)規(guī)模的快速擴大，近50多年來，大面積冰害事故在全國各地時有發(fā)生，尤其2008年1~2月，我國南方電網(wǎng)出現(xiàn)了持續(xù)較長時間的大范圍雨雪冰凍天氣，造成1252條110~500kV線路倒塔7377基、受損3092基，13888條10~35kV線路故障停運，給當(dāng)?shù)厝嗣袢罕娚詈蛧窠?jīng)濟發(fā)展帶來嚴(yán)重影響。 根據(jù)氣象觀測和輸電線路運行經(jīng)驗，一般在入冬或初春季節(jié)，當(dāng)氣溫在-5~0℃之間，風(fēng)速在1~15m/s時，如遇濃霧、降雨等情況，空氣濕度超過85%，將在導(dǎo)線表面產(chǎn)生以雨凇為主的覆冰。如果氣溫持續(xù)降低，則在雨凇外部繼續(xù)產(chǎn)生混合凇，溫度下降至-15~-8℃時，其余氣象參數(shù)不發(fā)生變化，還會繼續(xù)生長霧凇。電線產(chǎn)生覆冰的必要條件主要有：導(dǎo)線溫度低于0℃以下、空氣濕度大于85%（即空氣中具有可凍結(jié)的水分或過冷卻水滴、霧滴和水汽等），橫線路風(fēng)速大于1m/s。雖然這些條件相對來講也較為苛刻，但在冷熱氣流交匯區(qū)域和一些微地形微氣象區(qū)域，覆冰現(xiàn)象卻較為普遍。如：每年的冬季及初春季節(jié)，我國西北方南下的干冷氣流和東南方北上的暖濕氣流在我國東北部、中部相匯，形成一條南起湖南、貴州，北至遼寧、吉林的“覆冰帶”。 電線覆冰（wire icing cover）就是云中、霧中或空氣中的水份在0℃或更低時與輸電線路導(dǎo)地線表面碰撞并凍結(jié)的現(xiàn)象。按照覆冰對電網(wǎng)形成的危害，覆冰按照表觀特性可分為雨凇、霧凇、混合凇、雪凇和霜凇。 2.1 雨凇 性質(zhì)：純粹、透明的冰，堅硬，密度0.8~0.9g/cm3或更高，粘附力很強。 形成條件及過程：低海拔地區(qū)，由過冷卻雨或毛毛細(xì)雨降落在低于凍結(jié)溫度的物體上形成，氣溫-2~0℃；在山地，由云中來的冰晶或含有大水滴的地面霧在高風(fēng)速下形成，氣溫-4~0℃。 形成時的風(fēng)速較大：5~15m/s。 特點：一般是由空氣中過冷卻水滴凍結(jié)在導(dǎo)線形成，多出現(xiàn)在海拔較低的地區(qū)；可形成冰柱，密度一般0.8~0.9g/cm3，結(jié)構(gòu)最緊密，附著力強，對輸電線危害最大。 2.2 霧凇 性質(zhì)：白色,呈粒狀雪,質(zhì)輕,為相對堅固的結(jié)晶,密度0.3~0.6g/cm3,粘附力頗弱，通常在物體的迎風(fēng)面凍結(jié)。 形成條件及過程：在中等風(fēng)速下形成，在山地由云中來的冰晶或含水滴的霧形成， 氣溫 -13~ -7℃。 特點：霧凇呈密度一般在0.3～0.6g/cm3，但因其在適宜的條件下生長速度很快，因此對輸電線路的危害較大 。 2.3 混合凇 （又稱硬霧?。? 性質(zhì)：不透明(奶色)或半透明冰，常由透明和不透明冰層交錯形成，密度0.6~0.8g/cm3。 形成條件及過程：在低地，由云中來的冰晶或有雨滴的地面霧形成，氣溫-5~0℃；在山地,在相當(dāng)高的風(fēng)速下，由云中來的冰晶或帶有中等大小水滴的地面霧形成，氣溫 -10~ -3℃。 特點：雨淞和霧淞的連續(xù)凍結(jié)物，在天氣周期性變化時形成；堅硬；粘附力強。對輸電線路的危害僅次于雨淞，對輸電線路危害極大 。 2.4 雪?。ㄓ址Q濕雪 性質(zhì)：在低地為干雪,密度低,粘附力弱，在丘陵為凝結(jié)雪和雨夾雪或霧,重量大，密度0.1~0.3cm3。 形成條件及過程：粘附雪經(jīng)過多次融化和凍結(jié),成為雪和冰的混合物,可以達(dá)到相當(dāng)高的重量和體積。 特點：單純的積雪對輸電線路基本沒有危害，但積雪較大，融化時可能會造成絕緣子融冰閃絡(luò) 。 2.5 霜凇(又稱白霜) 性質(zhì)：白色，雪狀，不規(guī)則針狀結(jié)晶，很脆而輕，密度0.05~0.3gcm3，粘附力弱。 形成條件及過程：水汽從空氣中直接凝結(jié)而成,發(fā)生在寒冷而平靜的天氣,氣溫低于-10℃。 特點：霜凇在導(dǎo)線上的粘結(jié)力十分微弱，即使是輕輕地振動，也可以使霜凇脫離所粘結(jié)導(dǎo)線的表面，與其他類型覆冰相比，霜凇基本不對導(dǎo)線構(gòu)成嚴(yán)重危害。 電線覆冰與天氣條件、地形因素、線路特性等三者密切相關(guān)；電線覆冰類型與空氣溫度、風(fēng)速風(fēng)向、空氣中或云中過冷卻水滴直徑、空氣中液態(tài)水含量四種因素相關(guān)。 3.1 影響電線覆冰的氣象條件 3.1.1 環(huán)境溫度 對覆冰的影響最明顯。一般最易覆冰的溫度為-1℃和-5℃ ，氣溫太低，過冷卻水滴變成了雪花，形成不了導(dǎo)線覆冰，因此，嚴(yán)寒的北方地區(qū)冰害事故反而較南方的云、貴、湘、鄂等南方高濕度、水汽充分的地區(qū)輕。 3.1.2 空氣濕度 空氣濕度的大小對導(dǎo)線覆冰影響甚大。濕度大，一般在85%以上，不僅較易引起導(dǎo)線覆冰，而且還易形成雨凇。南方覆冰最為頻繁的湖南、湖北、江西等省，每逢嚴(yán)冬和初春季節(jié)，因陰雨連綿，空氣濕度很高(90%以上)，故導(dǎo)線極易覆冰，且多為雨凇。云南、貴州等高海拔地區(qū)，覆冰多為霧凇或混合凇。 3.1.3 風(fēng)速風(fēng)向 由于風(fēng)起著對云和水滴的輸送作用，故對導(dǎo)線覆冰有重要影響。無風(fēng)和微風(fēng)時，有利于晶狀霧凇的形成；風(fēng)速較大時則有利于粒狀霧凇的形成。幾乎所有計算導(dǎo)線覆冰的模型都包含有風(fēng)速這一主要因素，一般而言，風(fēng)速越大(0~6m/s范圍內(nèi))，導(dǎo)線覆冰越快。而風(fēng)向主要會對覆冰形狀產(chǎn)生影響，當(dāng)風(fēng)向與導(dǎo)線垂直時，結(jié)冰會在迎風(fēng)面上先生成，產(chǎn)生偏心覆冰，而當(dāng)風(fēng)向與導(dǎo)線平行時，則容易產(chǎn)生均勻覆冰。 3.1.4 過冷卻水滴大小 水滴直徑越大，碰撞物體凍結(jié)過程中，其潛熱釋放緩慢，反之，則凍結(jié)迅速。導(dǎo)致形成覆冰的特征有很大差異。雨凇覆冰時，過冷卻水滴直徑大，約在10~40μm之間，中值體積水滴直徑為25μm左右，是毛毛細(xì)雨； 霧凇覆冰時，水滴直徑在1~20μm之間，中值體積水滴直徑為10μm左右; 而對于混合凇，其水滴直徑在5~35μm之間，中值體積直徑為15~18μm。 3.1.4 凝結(jié)高度 所謂“凝結(jié)高度”是指云中的過冷卻水滴全部變成冰晶或雪花時的海拔高度，是隨著不同的地面氣溫和露點溫度而變化的， 常用海寧(Hening)公式計算： H=124(T-Td) 式中： H -- 凝結(jié)高度(m)； T -- 為地面氣溫(℃)； Td -- 為露點溫度(℃)。 凝結(jié)高度是以地面為起始基準(zhǔn)的空氣中水滴碰撞物體前可凍結(jié)的高度，它的大小對高海拔山區(qū)的導(dǎo)線覆冰具有決定性的影響。當(dāng)山峰高度超過凝結(jié)高度時(如云南烏蒙山東側(cè)、滇東云貴交界地區(qū))，此區(qū)域必屬于重冰區(qū)或特重冰區(qū)。 3.2 影響電線覆冰的地形及地理環(huán)境 覆冰與山脈走向、坡向和分水嶺等因素也有明顯關(guān)系，在山區(qū)電線受地形及地理的影響更為嚴(yán)重。在受風(fēng)條件比較好的突出地形，如山頂、埡口、風(fēng)道和迎風(fēng)坡，以及空氣水份較充足的江河、湖泊、水庫和云霧環(huán)繞的山腰、山頂?shù)忍幎际菢O易夜冰的地點，而且其覆冰程度也比較嚴(yán)重。我國具有典型的微氣象、微地形覆冰特征，常見的微氣象覆冰地形主要有埡口型、高山分水嶺型、水氣增大型、地形抬升型、峽谷風(fēng)道型。 3.2.1 埡口型 在綿延的山脈所形成的婭口，是氣流集中加速之處，當(dāng)線路處于埡口或橫跨埡口時，將導(dǎo)致風(fēng)速增大或覆冰量增加。江西省井岡山鹽山埡口，云南省昭通市莊溝埡口，湖南省拓鄉(xiāng)110kV線路羊古嶺埡口，貴州省110kV水盤線黑山埡口，四川省大涼山老林口，云南省110kV以東線53號桿施布卡埡口，云南省500kV大昆線石官坡埡口等就是典型實例。 3.2.2 高山分水嶺型 線路翻越分水嶺，空曠開闊，容易出現(xiàn)強風(fēng)及嚴(yán)重覆冰情況，尤其在山頂及迎風(fēng)坡側(cè)，含有過冷卻水滴的氣團在風(fēng)力作用下，沿山坡強制上升而絕熱膨脹，使得過冷卻水滴含量增大，導(dǎo)致導(dǎo)線覆冰增加。陜西省秦嶺，云南省金沙江與小江的分水嶺，河南省南陽地區(qū)伏牛山老界嶺，浙江省云和縣與松陽縣交界的方山嶺，廣東省韶關(guān)地區(qū)乳源和東昌兩縣交界的分水嶺，湖南衡山祝融峰等就是典型實例。 3.2.3 水氣增大型 輸電線路臨近較大的江湖水體，使空氣中水汽增大，當(dāng)寒潮人侵，氣溫下降至0℃以下時，由于空氣濕度大，便容易出現(xiàn)嚴(yán)重彼冰現(xiàn)象。江西梅嶺(受鄱陽湖影響)，云南昆明太華山(受滇池影響)，湖南省沅江市(受洞庭湖影響)，湖北省巴東縣綠蔥坡(受長江影響)。四川會東白龍山及云南東川海子頭(受金沙江影響)，500kV大昆線哀牢山地段(受老虎山電站水庫影響)等就是典型實例。 3.2.4 地形抬升型 平原或丘陵中拔地而起的突峰或盆地中一側(cè)較低另一側(cè)較高的臺地及陡崖，因盆地水汽充足，濕度較大的冷空氣容易沿山坡上升，在頂部或臺地上形成云霧，當(dāng)冬季寒潮人侵時便會出現(xiàn)嚴(yán)重覆冰現(xiàn)象。云南省會澤縣大竹山，貴州省220kV雞江Ⅱ回十里長沖，廣西省110kV蔽桂線金竹坳，滇南蒙自盆地邊緣地形抬升的馬拉格，貴州東部的萬山及500kV大昆線易門老吾街后山等就是典型實例。 3.2.5 峽谷風(fēng)道型 線路橫跨峽谷，兩岸很高很陡，通過狹管效應(yīng)產(chǎn)生較大的風(fēng)速，將導(dǎo)致送電線路風(fēng)荷載的大幅度增加。云南省110kV六平線36號桿南盤江峽谷，500kV大昆線綠汁江跨越點，云南220kV以昆線282－283號大黑山峽谷風(fēng)槽，500kV漫昆線哀牢山76-77號兔街山谷風(fēng)道等就是典型實例。 3.3 影響電線覆冰的線路走向及電線懸掛高度條件 輸電線路導(dǎo)線覆冰與線路走向有關(guān)，東西走向的線路導(dǎo)線覆冰普遍較南北走向的線路導(dǎo)線覆冰嚴(yán)重。冬季覆冰天氣大多為北風(fēng)或西北風(fēng)，輸電線路導(dǎo)線為南北走向時，風(fēng)向與導(dǎo)線軸線基本平行，單位時間與單位面積內(nèi)輸送到輸電線路導(dǎo)線上的霧粒叫東西走向的線路導(dǎo)線少得多。輸電線路導(dǎo)線為東西走向時，風(fēng)與導(dǎo)線約成90°的夾角，從而使導(dǎo)線覆冰最為嚴(yán)重。輸電線路導(dǎo)線覆冰與風(fēng)向幾乎成正弦關(guān)系。而且輸電線路導(dǎo)線為東西走向在覆冰后，由于不均勻覆冰的影響，導(dǎo)線覆冰可能會誘發(fā)覆冰舞動。在條件相同的地區(qū)，一般海拔高程愈高，愈易發(fā)生覆冰，覆冰厚度越厚，且多為霧凇；海拔高程較低處，其冰厚雖較薄，但多為雨凇或混合凍結(jié)。輸電線路導(dǎo)線懸掛高度越高，覆冰越嚴(yán)重，這是因為空氣中液水含量隨高度的增加而升高。風(fēng)速越大、液水含量越高，單位時間內(nèi)向?qū)Ь€輸送的水滴越多，覆冰也越嚴(yán)重。因此，覆冰隨導(dǎo)線懸掛高度的升高而增加。冰厚隨高度(海拔高度或懸掛高度)變化的規(guī)律可用乘冪律表示如下： 式中： Z -- 高度； Z0 -- 參考高度； b -- 為覆冰厚度； b0 -- 參考高度Z0處的的覆冰厚度。 bZ -- Z高度處的覆冰厚度。 3.4 電線直徑與覆冰厚度和扭轉(zhuǎn)對覆冰的影響 當(dāng)風(fēng)速在3～8m/s時，導(dǎo)線直徑越大，其相對導(dǎo)線單位長度覆冰量越重；當(dāng)風(fēng)速大于8m/s時，對于任何直徑的導(dǎo)線，導(dǎo)線直徑越大其覆冰量越重，但覆冰的厚度是隨導(dǎo)線直徑的增加而減小。覆冰在迎風(fēng)面上生長，達(dá)到一定厚度時產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩。導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)加速覆冰增長。這是因為導(dǎo)線覆冰時形狀往往很不規(guī)則（有扇形、橢圓形、新月形、圓形等）導(dǎo)線承受偏心荷重，由于其扭轉(zhuǎn)角度與L2/Φ4 (L為線路檔距,Φ為導(dǎo)線直徑)成比例，而L＞Φ,故導(dǎo)線易發(fā)生扭轉(zhuǎn)，這就便于在導(dǎo)線的各個側(cè)面上進(jìn)一步積冰。檔距中央線段的扭轉(zhuǎn)程度要比懸掛點線夾處附近大，隨風(fēng)運動的過冷卻水滴得以均勻地積聚到扭轉(zhuǎn)導(dǎo)線的整個表面，而不像固定不扭轉(zhuǎn)的線段那樣覆冰主要積聚在迎風(fēng)面一側(cè)，，對比之下，懸掛點線夾附近導(dǎo)線與氣流平行的長徑增長得快，與氣流正交的短徑增長的慢，迎風(fēng)面積增加不多，冰重增長較慢，而檔距中央長徑、短徑增長比較均勻，與氣流正交的迎風(fēng)面積增加較多，冰重增長較快，質(zhì)量較大。 3.5 電場對覆冰的影響 電場的存在會對移向?qū)Ь€的水滴粒子產(chǎn)生極化和吸引力。雖然水滴內(nèi)的極化電荷隨交流電壓而變化，但其作用力永遠(yuǎn)是一個引向?qū)Ь€的吸引力。因此，電場對霧滴和毛毛細(xì)雨的吸引力會導(dǎo)致更多的水滴移向?qū)Ь€表面，因而能增加導(dǎo)線上的覆冰量。電場強度一定時。負(fù)荷電流對導(dǎo)線覆冰的影響體現(xiàn)在兩個方面。當(dāng)電流不夠大，焦?fàn)枱岵荒苁箤?dǎo)線表面維持0℃以上溫度時，負(fù)荷電流反而會使導(dǎo)線覆冰增加，因為出現(xiàn)了電場的影響；當(dāng)電流足夠大，能使電線發(fā)熱并維持其表面溫度在0℃以上時，這時即使有過冷卻水滴碰撞導(dǎo)線，導(dǎo)線表面也不會覆冰，從而達(dá)到自然防冰的效果。 4. 電線覆冰主要事故類型
5. 電線覆冰的防治
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