摘要：輸電線路的覆冰常會引起線路的跳閘、斷線、倒塔、導線舞動、絕緣子閃絡和通訊中斷等事故。本人作為一名設計人員，針對云南省的覆冰災害情況，特別是云南昭通地區(qū)，結合工程實際，著重討論輸電線路覆冰在線監(jiān)測、預警和診斷方法的心得體會，偏頗或不到之處請予指正。

　　關鍵詞：輸電線路;覆冰;在線監(jiān)測

　　0引言

　　工程背景：昭通北部220kV電網(wǎng)加強工程，起于500kV甘頂變220kV側間隔，迄于220kV北門變西側220kV間隔。單回架設，線路路徑長度約88km。設計基本風速為27m/s，本工程覆冰情況復雜，共劃分為四個冰區(qū)。導線型號推薦在30mm冰區(qū)采用2×JLHA1/G1A-460/60-54/7鋼芯鋁合金絞線，其他段采用2×JL/LB1A-400/50鋁包鋼芯鋁絞線。地線型號地線在30mm冰區(qū)采用JLB20A-150鋁包鋼絞線，在20mm冰區(qū)地線采用JLB20A-120鋁包鋼絞線，其余段采用JLB20A-100鋁包鋼絞線，對側光纜相應配置。本工程目前處于可研設計階段。

　　電力論文范文：高壓架空輸電線路跨越施工工程要點探討

　　根據(jù)對沿線調查資料的分析，以及昭通市輸電管理所的資料，線路區(qū)域2008年冰災情況：鹽津境內的黎山、羅漢溝、酸棗溪梁子-大涼風凹等地為覆冰最嚴重地段，大關境內的甘頂、金寶山、羅漢壩、羅漢嶺等地為覆冰最嚴重的地段，覆冰性質主要有雨凇、雨霧凇混合凍結及霧凇。2008年覆冰過程中本工程線路區(qū)域覆冰具有以下特性：覆冰的量級增加較大，常年覆冰輕的地方在本次覆冰過程中的量級增加較大，10mm冰區(qū)多為2-3倍，常年覆冰中的地方在本次覆冰過程中增加的量級較小，20mm冰區(qū)多為1.5-1.8倍，30mm冰區(qū)多為1.2-1.6倍。一些多年未發(fā)生覆冰現(xiàn)象的低河谷地帶(海拔800m以下)發(fā)生了覆冰。

　　雨凇及以雨凇為主的混合凇是造成區(qū)域內電力線路覆冰災害的主要原因。本工程區(qū)域內的覆冰以雨凇和以雨凇為主的混合凇為主。電力線路覆冰災害主要發(fā)生在1月18日-2月3日，其中又以18日-23日較為集中，說明凍雨強度大。目前，檢測線路覆冰的方法主要有人工巡視檢測、觀冰站、模擬覆冰導線等，這些方法存在著勞動強度大、投資高，檢測結果和實際出入大等問題。等值覆冰綜合在線監(jiān)測裝置具有以下特點：①可取代造價高、維護困難的觀冰站;②隨時掌握沿線氣象條件;③在線監(jiān)測等值覆冰狀況和覆冰發(fā)展趨勢，提高監(jiān)測精度;④擴展監(jiān)測功能，增加桿塔荷載監(jiān)測、導線風偏監(jiān)測等功能;⑤完善的預報警系統(tǒng)。因此輸電線路在線監(jiān)測技術的研究是檢測覆冰技術發(fā)展的重要方向之一。

　　1導線覆冰在線綜合監(jiān)測裝置原理

　　1.1數(shù)據(jù)/圖象傳輸

　　系統(tǒng)通過現(xiàn)場在線采集風速、風向、溫度、濕度、垂直荷載(垂直擋距內的導線、絕緣子、金具的質量以及冰荷載和風荷載)、絕緣子傾斜角等數(shù)據(jù)和圖象，采用無線通信網(wǎng)絡技術進行實時數(shù)據(jù)/圖象傳輸。

　　1.2后臺軟件分析程序

　　后臺軟件分析程序是建立在風荷載數(shù)學模型、垂直荷載數(shù)學模型、等值覆冰計算模型、桿塔三維力學模型、風偏距離數(shù)學模型的基礎上編制，根據(jù)前臺獲取的數(shù)據(jù)，直接得出等值覆冰厚度、桿塔縱向不均衡張力和導線風偏距離等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對導線等值覆冰厚度、桿塔縱向不均衡張力、導線風偏距離的在線監(jiān)測。

　　1.3預測模型

　　考慮到覆冰生長預測模型的精度和可測算性，在國際上通用的20多種覆冰生長預測模型中，選擇采用更接近國內設計條件的Makkonen模型進行導線覆冰生長預測。

　　1.4報警系統(tǒng)

　　通過上述各種功能的實現(xiàn)，建立線路運行狀況的預、報警系統(tǒng)，預、報警系統(tǒng)包括：導、地線等值覆冰厚度發(fā)展趨勢、氣象條件、桿塔縱向不均衡張力和導線風偏距離等。

　　2基本功能介紹

　　2.1導線(地線)等值覆冰厚度在線監(jiān)測

　　在線測量絕緣子荷載的變量，建立在一個垂直擋距單元內導線自重、風壓系數(shù)、絕緣子傾角、絕緣子垂直荷重和導線等值覆冰厚度的數(shù)學模型，在線監(jiān)測在一個垂直擋距單元內等值覆冰厚度變化。

　　2.2氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測

　　在線監(jiān)測小氣象環(huán)境的溫度、濕度、風速、風向等數(shù)據(jù)，可滿足線路設計和對氣象條件的需求。必要時，可增加降雨量、日照等功能。

　　2.3桿塔荷載監(jiān)測

　　相鄰檔的不均勻覆冰或線路不同期脫冰會在桿塔上產生張力差，線路設計時，對桿塔導線橫擔和地線支架所允許承受的不均衡張力差有嚴格的控制，本系統(tǒng)通過在線監(jiān)測絕緣子順線路方向的傾斜度及荷載，建立桿塔三維力學模型，在線監(jiān)測桿塔縱向張力差的變化。

　　2.4導線風偏狀態(tài)監(jiān)測

　　通過在線監(jiān)測絕緣子垂直線路方向的傾斜角，建立絕緣子傾斜度、風速、風向和風偏系數(shù)(設計值)的數(shù)學模型，找出在不同的氣象條件下，風偏系數(shù)和電氣距離之間的對應關系，驗證風偏系數(shù)取值的合理性。

　　2.5視頻在線監(jiān)測

　　采用耐低溫、防覆冰視頻技術，獲取半球水平360°旋轉，垂直向下任一點的圖片，景深范圍可在200～400m內選擇，圖片通過GPRS/CDMA技術將需要的圖片傳至后臺與監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比分析。

　　2.6預警系統(tǒng)

　　對應線路設計標準或用戶要求，設定予、報警值，予、報警值可在后臺監(jiān)測中心和調度中心顯示，并能通過移動網(wǎng)絡以短信方式及時發(fā)送給相關人員。

　　3數(shù)學計算模型

　　3.1導線覆冰厚度計算模型

　　根據(jù)導線綜合載荷是導線固有載荷、冰載荷、風載荷之和建立載荷平衡模型：(1)式中，ΣG為綜合垂直載荷;G1為垂直檔距內導線和絕緣子自重載荷;G2為垂直檔距內冰載荷;P為垂直檔距內風載荷。ΣG可通過拉力傳感器測量的絕緣子及導線負荷計算得出，G0可依據(jù)工程實際情況得出，P可以通過風速傳感器、導線直徑和風向夾角等算出。還要考慮導線受風體形系數(shù)\風壓不均勻系數(shù)以及線路導線風載調整系數(shù)等。建立垂直載荷數(shù)學模型，得出冰載荷。再依據(jù)覆冰厚度等效模型計算出，導線等值覆冰厚度：(2)式中，δ為導線覆冰厚度;d為無冰時導線外徑;m3為導線每米覆冰后總質量，可由重力傳感器測得數(shù)據(jù)進行計算;m1為無冰時導線每米總質量;ρi為覆冰密度。以此式計算出等效導、地線均勻覆冰厚度。

　　3.2導線風荷載計算模型

　　風作用于輸電導線上產生的正交風載荷，并非理論風壓與導線受風截面積之和，還需要考慮導線的體型系數(shù)、風壓不均勻系數(shù)、風載荷調整系數(shù)、風速高差換算系數(shù)以及風夾角等影響。導線風載荷計算依據(jù)空氣動力學原理，建立懸垂導線風載荷計算公式為：(3)式中，α為風壓不均勻系數(shù);W0為基準風壓標準值;μz為風壓高度變化系數(shù);μsc為體型系數(shù);βc為風載調整系數(shù);d為導線外徑;Lp為桿塔水平檔距;B為覆冰時風荷載增大系數(shù);θ為風向與電線軸向間的夾角。

　　3.3桿塔荷載監(jiān)測、分析模型

　　通過安裝在絕緣子串軸線上的雙軸角度傳感器，測得絕緣子的傾斜角，建立綜合拉力的數(shù)學模型，獲取桿塔橫擔端部的垂直方向的下壓力和順線路方向的水平拉力。

　　3.4導線風偏距離監(jiān)測、分析模型

　　用雙軸角度傳感器測得絕緣子串垂直線路方向的傾斜角風偏角，建立導線風偏距離數(shù)學模型：L1=L2-λcosθ2。式中，L1為導線水平風偏距離;L2為導線與塔身的凈空距離;λ為絕緣子串長度;θ為傾斜角。

　　4結語

　　通過大量的試驗研究證明，此方法能滿足重覆冰地區(qū)輸電線路的基建、生產、運行的需求。因此，對于昭通北部220kV電網(wǎng)加強工程，考慮重覆冰線路段安裝覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng)，通過覆冰在線監(jiān)測裝置的傳感器、數(shù)據(jù)采集、通訊、分析系統(tǒng)、預報警系統(tǒng)等取得大量數(shù)據(jù)和圖片，為未來該地區(qū)的輸電線路設施建設提供充實的技術支撐。

　　參考文獻

　　[1]張予.架空輸電線路導線覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng).高電壓技術，2009，34(9)：1992-1995

　　[2]110kV～750kV架空輸電線路設計規(guī)范.GB50545-2010

　　作者簡介彭洋