高海拔地區(qū)由于自然條件有一定特殊性，當(dāng)?shù)氐妮旊娋�路保護(hù)和管理需要特別注意，本文主要探討高海拔地區(qū)輸電線路設(shè)計(jì)與運(yùn)維。

　　《廣東輸電與變電技術(shù)》1999年創(chuàng)刊，是介紹、推廣能源與動(dòng)力工程的最新研究成果。介紹、推廣第一線從業(yè)人員在能源與動(dòng)力工程中的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)。也是一份非盈利性科技類雜志，讀者對(duì)象為全體輸變電行業(yè)人員，內(nèi)容主要為：新技術(shù)、新理論的研究動(dòng)態(tài)和成果;新技術(shù)和新理念的引進(jìn)和推廣;實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)技術(shù)創(chuàng)新;電力科技信息等。

　　在我國西南部云貴高原和“三江并流”高海拔覆冰區(qū)域，在冬春季節(jié)雨雪冰凍和自然風(fēng)力作用下，輸電線路承載重覆冰和自然風(fēng)力聯(lián)合破壞，是設(shè)計(jì)與運(yùn)維中一個(gè)亟待解決的難題，有可能發(fā)生導(dǎo)線彈跳、斷線、倒塔，從而引發(fā)線路跳閘，嚴(yán)重時(shí)引起電網(wǎng)大面積停電、限電、區(qū)域電網(wǎng)瓦解事故。我國水電清潔能源主要集中西南部地區(qū)，開發(fā)輸出均經(jīng)過高海拔覆冰區(qū)域，研究探析輸電線路設(shè)計(jì)與運(yùn)維有深遠(yuǎn)意義。

　　1、概述

　　在我國西南部云貴高原大地，高海拔山脈起伏，屬于容易頻繁受到雨雪冰凍和自然風(fēng)力聯(lián)合作用的自然災(zāi)害區(qū)域。特別是在金沙江、瀾滄江、怒江“三江并流”特殊的峽谷自然微氣象環(huán)境，高山峽谷，山高坡徒，有一山四季的立體性氣候，有少雨帶干澡峽谷與多雨帶濕潤(rùn)峽谷，有多雷電帶區(qū)域與少雷電帶區(qū)域，在雪山上有覆重冰與覆冰較少，有雪松型覆冰與迎風(fēng)坡大風(fēng)聯(lián)合作用的多微氣象條件。為適應(yīng)特殊環(huán)境的微氣象條件，結(jié)合我國西南部的“三江并流”橫斷山系;高黎貢山、碧羅雪山、梅里雪山形成的怒江、瀾滄江、金沙江峽谷特殊微氣象區(qū)域的實(shí)際;在勘測(cè)設(shè)計(jì)架設(shè)送電線路，設(shè)計(jì)研制生產(chǎn)電力設(shè)備，從電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)，科技創(chuàng)新發(fā)展上提出了更高的要求。在開展輸變電工程勘測(cè)設(shè)計(jì)與研制生產(chǎn)電力設(shè)備的過程中，必須針對(duì)云貴高原、三江并流及峽谷的特殊地理環(huán)境微氣象條件，全面開展設(shè)計(jì)前的調(diào)查研究分析。對(duì)極為特殊的微氣象條件環(huán)境，送電線路設(shè)計(jì)與電力設(shè)備研制生產(chǎn)，必須結(jié)合特殊微氣象區(qū)域，按高原設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行參數(shù)修正，甚至工程設(shè)計(jì)要突破國家設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行科技創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究分析，只有這樣才能滿足電網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求。輸電線路的覆冰及其引起的各類冰害事故嚴(yán)重危害了我國電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行;在我國每年冰凍災(zāi)害具有持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、發(fā)生頻率高、覆蓋面積大等特點(diǎn)，微氣象地區(qū)的嚴(yán)重覆冰會(huì)引起輸變電設(shè)備電氣性能和機(jī)械性能的下降，嚴(yán)重覆冰引起過荷載、不均勻覆冰或不同期脫冰引起張力差、絕緣子串覆冰閃絡(luò)及覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)，均是造成覆冰事故的主要原因。為保證西南部高海拔區(qū)域輸電線路的安全可靠運(yùn)行，屬于海拔高，空氣密度小，電暈問題突出，必須按海拔高程對(duì)絕緣強(qiáng)度予以修正。還要校驗(yàn)輸電導(dǎo)線、金具的電暈特性等。對(duì)于重冰區(qū)域輸電線路設(shè)計(jì)來說，如何針對(duì)其地理、氣象特點(diǎn)，準(zhǔn)確劃定冰區(qū)，既要確保重冰區(qū)地區(qū)輸電線路投入安全可靠運(yùn)行，又能有效控制好建設(shè)投資成本，是高海拔區(qū)域輸電線路工程建設(shè)必須考慮的重要研究課題。

　　2、輸電線路受重覆冰的危害分析

　　架空輸電線路工程是由基礎(chǔ)、桿塔、導(dǎo)線、地線、絕緣子和金具重要部分組成，輸電線路受到重覆冰和自然風(fēng)力聯(lián)合作用，對(duì)輸電線路受到重覆冰和自然風(fēng)力聯(lián)合作用，有必要對(duì)架空輸電線路受自然災(zāi)害性過荷載事故進(jìn)行受力分析。

　　(1)架空輸電線路基礎(chǔ)下沉或倒桿塔，當(dāng)輸電導(dǎo)線、架空地線和桿塔上有較厚重覆冰，當(dāng)輸電線路導(dǎo)、地線和桿塔上重覆冰達(dá)60～200mm，并有大風(fēng)自然風(fēng)力聯(lián)合作用時(shí)，其輸電線路基礎(chǔ)所承載重量，是桿塔、導(dǎo)線、地線、絕緣子和金具自身重量;在輸電導(dǎo)線、架空地線和桿塔上的覆冰重量;自然風(fēng)力所產(chǎn)生的風(fēng)偏作用力重量，是上述三大荷載重量的總和，其輸電導(dǎo)線、架空地線桿塔和拉線上要承載數(shù)噸甚至數(shù)十噸的荷載重量承載力和拉力，當(dāng)荷載重量承載力和拉力超出設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就有可能使輸電導(dǎo)線路、架空地線和金具的某一連接環(huán)節(jié)率先斷開，從而引起倒塔或斷線事故。若是直線塔橫擔(dān)荷載的設(shè)計(jì)強(qiáng)度比較小，在重覆冰和自然風(fēng)力聯(lián)合作用過程中，也最容易形成拉斷塔橫擔(dān)及塔頭事故，倒桿塔引起的不平衡力，還可能導(dǎo)致將相鄰桿塔順序次拉倒等事故;桿塔荷載過重還可能引起桿塔基礎(chǔ)不均勻下沉，甚至因冰凍造成水泥桿斷裂、鐵塔混凝土基礎(chǔ)爆裂等事故。在我國西南部“三江并流”高山峽谷區(qū)域，山高坡徒，氣象環(huán)境極為惡劣，嚴(yán)重的雨雪冰凍還將容易引發(fā)雪崩、滑坡、滾石、泥石流自然災(zāi)害，對(duì)桿塔基礎(chǔ)造成極大的威脅，或者是直接的自然災(zāi)害性破壞。

　　(2)輸電導(dǎo)線斷線或抽芯，一般輸電導(dǎo)線都是采用鋁包鋼絞線，因?yàn)橥鈱愉X的機(jī)械強(qiáng)度不是很高，荷載過重時(shí)可能導(dǎo)致壓接管內(nèi)的導(dǎo)線抽出或外層鋁股斷線，鋼芯抽出的事故;當(dāng)荷載遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于導(dǎo)線或地線荷載耐承受值時(shí)，就可能導(dǎo)致整根輸電導(dǎo)線被拉斷，同時(shí)架空地線也被拉斷，從而引起更大的斷線倒桿塔災(zāi)難性事故。

　　(3)當(dāng)輸電線路承受荷載過重時(shí)，輸電導(dǎo)線的弧垂將明顯增大，當(dāng)導(dǎo)線弧垂增大，致使導(dǎo)線與大地之間的絕緣空氣距離減小，進(jìn)而引起閃絡(luò)甚至短路事故，并且弧垂的增大還增大了導(dǎo)線各相之間短路的機(jī)率，荷載過重時(shí)還可能導(dǎo)致金具、絕緣子損壞和拉線被拉斷事故。非絕緣架空地線承受重覆冰大于輸電導(dǎo)線時(shí)，其架空地線弧垂大于輸電導(dǎo)線弧垂，架空地線弧垂點(diǎn)靠近輸電導(dǎo)線弧垂點(diǎn)，當(dāng)空氣絕緣被擊穿時(shí)，將發(fā)生閃爍事故。在一些特殊微氣象區(qū)域，桿塔兩側(cè)檔距覆冰可能不均勻或脫冰不同期，將會(huì)在桿塔兩側(cè)產(chǎn)生巨大的不平衡張力差;該張力差可使輸電導(dǎo)線在線夾內(nèi)滑動(dòng)，產(chǎn)生不均勻、不同期脫冰及自然風(fēng)力的作用受力，導(dǎo)致輸電導(dǎo)線斷線抽芯或斷線，桿塔倒塌，絕緣子金具損壞等事故。

　　(4)絕緣子的冰閃事故，一是在絕緣子表面的覆冰在傘裙間形成冰凌使絕緣子串各個(gè)絕緣子間的‘冰凌-傘裙’空氣間隙縮短，絕緣距離減小;二是絕緣子覆冰含有的導(dǎo)電雜質(zhì)在融冰時(shí)形成導(dǎo)電水膜導(dǎo)致泄漏電流增大。并且覆冰分布不均還使得絕緣子串電壓分布不均，這也大大降低了絕緣子局部閃絡(luò)電壓。

　　(5)輸電導(dǎo)線彈跳舞動(dòng)事故，是由于輸電導(dǎo)線偏心重覆冰，在自然風(fēng)力的空氣動(dòng)力特性作用下，引起的一種低頻(0.1～3Hz)振蕩，大振幅(導(dǎo)線直徑的5～300倍)自激勵(lì)振蕩，輸電線路舞動(dòng)會(huì)造成金具損壞、輸電導(dǎo)線斷股、斷線、斷架空地線、斷塔頭、桿塔傾斜、變形及倒桿塔等現(xiàn)象。

　　3、在覆冰區(qū)域輸電線路設(shè)計(jì)運(yùn)維應(yīng)研究解決的難題

　　由于輸電線路存在重覆冰或不均勻覆冰狀態(tài)下，鐵塔承載較大荷載，輸電導(dǎo)線和架空地線脫冰彈跳躍動(dòng)時(shí)，覆冰絕緣子串耐壓強(qiáng)度下降、覆冰厚度確定困難的特點(diǎn)，使重覆冰線路面臨較多的設(shè)計(jì)與運(yùn)維難題需要研究探討解決。在高海拔重冰區(qū)域，一般處于云貴高原海拔較高的山脈區(qū)，橫斷山山脈(“三江并流”)各座山脈的高海拔特殊區(qū)域，而大部分區(qū)域氣象臺(tái)站均不能進(jìn)行覆冰厚度的實(shí)地觀測(cè)，加之輸電導(dǎo)線、架空地線覆冰受海拔高度、微地形、微氣象條件的很大影響，要準(zhǔn)確地確定線路的設(shè)計(jì)覆冰厚度非常困難。在高海拔區(qū)域輸電線路的設(shè)計(jì)研究分析、施工建設(shè)、驗(yàn)收及運(yùn)維，絕對(duì)不能局限于國家技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，例(DL/T5092-1999)[S]《11～0500kV架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》、(GBJ233--1999)《110～500kV架空電力線路驗(yàn)收規(guī)范》，務(wù)必在國家技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上有新突破，有科技創(chuàng)新性新成果，例如輸電線路設(shè)計(jì)架設(shè)跨越橫斷山脈的高黎貢山、碧羅雪山、梅里雪山及云嶺山等，在海拔3500米以下，可按照國家技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，國家標(biāo)準(zhǔn)第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)三級(jí)氣象區(qū)，進(jìn)行覆冰受力設(shè)計(jì)或高海拔絕緣校核修正值，在高海拔3000米～3500米范圍及一些局部微氣象區(qū)，還必須作鐵塔承載力、輸電導(dǎo)線和架空地線受拉力的加強(qiáng)型設(shè)計(jì)創(chuàng)新性研究探討;在海拔3500米以上，海拔每提高200米～300米為新設(shè)立一個(gè)重覆冰微氣象區(qū)，并建議規(guī)定設(shè)立重覆冰微氣象Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)三個(gè)氣象區(qū)，并依據(jù)各種鐵塔承載力、輸電導(dǎo)線和架空地線受拉力進(jìn)行加強(qiáng)型設(shè)計(jì)研究探討，在每個(gè)重覆冰微氣象區(qū)均務(wù)必進(jìn)行鐵塔承載力、輸電導(dǎo)線和架空地線受拉力計(jì)算的設(shè)計(jì)校核，按照計(jì)算分析結(jié)果，確定各重覆冰微氣象區(qū)的擋距大小，以保證高海拔重覆冰區(qū)域輸電線路的安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行。在高海拔重覆冰區(qū)域，由于輸電導(dǎo)線的覆冰厚度增加，使得線路各個(gè)部件所承受的荷載較一般輸電線路增加數(shù)倍，必須對(duì)線路各部件，如鐵塔、導(dǎo)線、金具、絕緣子等進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì)計(jì)算分析，才能確保輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)絕緣子串覆重冰后，將引起絕緣強(qiáng)度的降低，泄漏電流增大，嚴(yán)重時(shí)可引起絕緣子串覆冰閃絡(luò)事故。當(dāng)輸電線路上導(dǎo)線、地線脫覆冰舞動(dòng)時(shí)，將會(huì)引起導(dǎo)線、地線的大幅彈跳躍動(dòng)，易引起輸電導(dǎo)線、架空地線之間、輸電導(dǎo)線之間的混線，而空氣隙絕緣被擊穿引起閃絡(luò)，需要在設(shè)計(jì)塔頭布置上加以防范。當(dāng)導(dǎo)線、地線重覆冰荷載很大時(shí)，金具將承受更大的荷載，設(shè)計(jì)金具應(yīng)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和靈活的掛接與連接，以保證金具的長(zhǎng)期安全運(yùn)行。

　　4、在高海拔覆冰區(qū)域輸電線路的設(shè)計(jì)原則

　　高海拔覆冰區(qū)域輸電線路設(shè)計(jì)，包括路徑選擇、氣象條件、微氣象區(qū)重覆冰厚度確定、鐵塔選擇與受力計(jì)算分析、輸電導(dǎo)線選擇與排列方式、架空地線選擇與是否采用絕緣架空地線、絕緣配合、金具設(shè)計(jì)和交叉跨越距離校核確定等。

　　4.1輸電線路設(shè)計(jì)路徑選擇

　　在進(jìn)行重冰區(qū)域輸電線路的路徑選擇時(shí)，應(yīng)結(jié)合沿途微氣象條件，沿途桿塔周圍地質(zhì)構(gòu)造、地形條件狀態(tài)，應(yīng)盡量避開沿途中的微氣象段(點(diǎn))突出，地質(zhì)暴露于風(fēng)化狀的微氣象、微地形區(qū)域，盡力減小重覆冰與自然風(fēng)力的聯(lián)合作用力造成破壞。輸電線路途徑盡量避開橫跨風(fēng)雪埡口，橫著迎風(fēng)坡面、孤立的山梁、茂密的原始森林和水源豐富的泥石流沖刷地帶。輸電線路在自然氣象條件允許情況下，應(yīng)盡力降低海拔高程,在跨越風(fēng)雪埡口，迎風(fēng)坡面及山梁時(shí)、應(yīng)沿順風(fēng)方向、背風(fēng)坡、原始森林邊緣、避風(fēng)山麓等蔭蔽的地形走線，以利用屏障作用，減小嚴(yán)重覆冰及自然風(fēng)力的破壞作用。為減小不均勻脫冰時(shí)輸電導(dǎo)線彈跳躍動(dòng)產(chǎn)生不平衡張力，高海拔重覆冰區(qū)域輸電線路，應(yīng)配置利用全數(shù)字?jǐn)z影系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量設(shè)計(jì)定位，并結(jié)合計(jì)算機(jī)排位軟件，選擇起伏不大的地形走線,當(dāng)?shù)匦螚l件困難，必須采用大檔距、大高差、大轉(zhuǎn)角時(shí)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)受力精確計(jì)算，以保障高海拔重覆冰區(qū)域輸電線路運(yùn)行安全。

　　4.2高海拔重覆冰區(qū)域輸電線路上覆冰厚度的觀測(cè)、數(shù)據(jù)收取及設(shè)計(jì)確定

　　對(duì)沿線的各種地物和設(shè)施的覆冰情況進(jìn)行收資調(diào)查，參考沿線已有設(shè)施運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行覆冰厚度的推算;一般僅能對(duì)線路覆冰厚度大小進(jìn)行定性分析，若用于定量分析，則會(huì)產(chǎn)生較大誤差。在擬建輸電線路沿線建立覆冰觀測(cè)站(點(diǎn))進(jìn)行線路覆冰的觀測(cè)，該方案花費(fèi)較多，所需時(shí)間較長(zhǎng);但所得的數(shù)據(jù)可信度和準(zhǔn)確性較高，用于對(duì)輸電線路設(shè)計(jì)覆冰厚度的分析計(jì)算可得到較為可靠的數(shù)據(jù)，節(jié)省工程投資;對(duì)于投資較高的重要線路，一般采用第二種方法。

　　4.3輸電導(dǎo)線與架空地線的設(shè)計(jì)選擇

　　選擇用鋁合金股線絞制的鋼芯鋁合金絞線，可以充分發(fā)揮鋼芯的作用，絞線在受力時(shí)應(yīng)力分布更加合理,改善表層鋁合金股線受力，較一般導(dǎo)線可以大大提高導(dǎo)線的抗冰能力。鋼芯鋁合金絞線還具有硬度大、耐磨性能好的特點(diǎn)，可有效地改善導(dǎo)線表面粗糙系數(shù)，從而減少電暈損耗。采用鋼芯鋁合金絞線后，由于其弧垂特性好，在合理地線支架高度下，為保證輸電導(dǎo)線和架空地線之間的距離，架空地線需采用高強(qiáng)度鋼絞線。

　　4.4高海拔重覆冰區(qū)域輸電線路的鐵塔設(shè)計(jì)選擇

　　對(duì)于鐵塔設(shè)計(jì)荷載，除考慮選用常年荷載的設(shè)計(jì)覆冰厚外，還應(yīng)選擇稀有荷載的冰厚驗(yàn)算，自然風(fēng)力作用力的風(fēng)速測(cè)定及受力驗(yàn)算;保證輸電線路在常年的覆冰荷載(設(shè)計(jì)冰厚)條件下，輸電線路的安全水平應(yīng)達(dá)到常規(guī)線路的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn);在稀有冰荷載(驗(yàn)算覆冰)條件下，輸電線路各部件材料應(yīng)力允許達(dá)到屈服應(yīng)力或彈性限度;在鐵塔計(jì)算荷載組合上，除一般設(shè)計(jì)條件外，還應(yīng)增加不均勻覆冰、脫冰時(shí)產(chǎn)生的縱向彎矩和扭矩荷載，以及驗(yàn)算覆冰過載等情況。

　　4.5高海拔重覆冰區(qū)域輸電線路的絕緣配合設(shè)計(jì)

　　由于絕緣子串覆冰嚴(yán)重,其冰凌將絕緣子裙邊橋接，當(dāng)表面形成一層水膜后，使得泄漏電流增大，當(dāng)泄漏電流增大到約200～300mA左右(與串長(zhǎng)有關(guān))時(shí)，就可能由局部弧光放電發(fā)展為閃絡(luò)。覆冰后絕緣子串電壓分布極不均勻,當(dāng)冰凌開始融化時(shí),首先在局部分布電壓較高處出現(xiàn)火花放電。當(dāng)泄漏電流繼續(xù)增大,就會(huì)轉(zhuǎn)化為白色弧光,當(dāng)電弧延伸至1/3～1/2串長(zhǎng)時(shí)就發(fā)展為閃絡(luò)。輸電線路在冰凍區(qū)域中，絕緣子串覆冰后會(huì)因閃絡(luò)電壓的降低而造成嚴(yán)重事故。所以對(duì)重冰區(qū)超高壓輸電線路，為確保線路運(yùn)行安全必須對(duì)覆冰絕緣子串的耐壓進(jìn)行校驗(yàn)。需要指出的是，冰水導(dǎo)電率對(duì)絕緣子串覆冰閃絡(luò)電壓影響很大，重冰線路應(yīng)盡量避開污穢區(qū)，對(duì)中、重污穢地區(qū)的覆冰絕緣子串耐壓應(yīng)進(jìn)行仔細(xì)的分析研究。同時(shí)因絕緣子覆冰閃絡(luò)電壓隨串長(zhǎng)的增加而升高，重覆冰區(qū)域應(yīng)優(yōu)先采用裙間距大、結(jié)構(gòu)高的絕緣子。

　　4.6高海拔重覆冰區(qū)域輸電線路的金具設(shè)計(jì)

　　輸電線路在重覆冰區(qū)域，由于輸電導(dǎo)線與架空地線覆冰荷載很大，進(jìn)入重覆冰期間金具將承受更大的荷載，故要求金具應(yīng)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和靈活的連接方式，以保證金具的長(zhǎng)期安全運(yùn)行。在金具強(qiáng)度要求提高后，為避免尺寸過大，應(yīng)采用高強(qiáng)度鋼材制造，方便制造、運(yùn)輸和安裝。同時(shí)為保證金具連接的靈活性，應(yīng)對(duì)一般地區(qū)的金具聯(lián)接型式進(jìn)行改進(jìn)，增加其各方面轉(zhuǎn)動(dòng)的靈活性。

　　4.7在桿塔定位中的交叉跨越要求

　　A、對(duì)于重要交叉跨越物,宜采用孤立檔或可靠性高的連續(xù)檔跨越;B、對(duì)于以孤立檔跨越的重要被交叉物,應(yīng)按驗(yàn)算重覆冰厚度條件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算校驗(yàn);C、對(duì)于以連續(xù)檔跨越的一般交叉跨越物、鄉(xiāng)村主要道路、原始森林區(qū)、天然原始森林保護(hù)區(qū)、人工林或經(jīng)濟(jì)林木保護(hù)區(qū)，以及居民區(qū)附近地面,應(yīng)按不均勻覆冰條件設(shè)計(jì)計(jì)算校驗(yàn);D、對(duì)于可靠性高的連續(xù)檔重要交叉跨越,應(yīng)按鄰檔斷線情況設(shè)計(jì)計(jì)算校驗(yàn)與被交叉跨越物的最小距離。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]110~500kV架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程(DL/T5092-1999)[S]

　　[2]廣東電網(wǎng)冰災(zāi)事故分析與應(yīng)對(duì)措施研究[R].廣州:廣東省電力設(shè)計(jì)研究院,2008.

　　[3]對(duì)碧羅雪山特殊氣象區(qū)域自然力破壞的的實(shí)踐性探討，《科技與創(chuàng)新》熊仲金