李興凱

(河北省電力勘測設計研究院,河北石家莊 050031)

淺談導線覆冰分析方法在特高壓輸電工程中的應用

李興凱

(河北省電力勘測設計研究院,河北石家莊 050031)

導線覆冰影響著電力系統(tǒng)的安全和工程造價,合理的確定導線覆冰的取值對特高壓輸電工程安全運行和降低工程造價都有十分重要的意義。本文列舉了內外重大覆冰災害,總結出實測數據頻率計算分析法、 覆冰調查分析法、附近工程成果取值法、相似地區(qū)類比法、冰區(qū)分布圖取值法等導線覆冰分析法及其計算公式,并將各種方法應用于特高壓輸電線路工程。

覆冰災害 特高壓輸電工程 導線覆冰

0 引言

隨著特高壓輸電工程的發(fā)展，設計導線覆冰問題就成了我們必須面對的一個重要問題。輸電線路導線在覆冰、大風、低溫時承受較大拉力，若拉力超過其極限強度，會發(fā)生斷線，或使鐵塔構件、橫擔、地線支架變形損壞甚至拉倒鐵塔。在覆冰、大風、低溫三種天氣現(xiàn)象中，對輸電線路影響較大并會導致嚴重后果的是導線覆冰和大風。經有關研究表明，覆冰比載遠大于大風比載，覆冰對線路的影響遠大于大風。因此，在諸多的天氣現(xiàn)象中，導線覆冰事故嚴重威脅了電力系統(tǒng)的安全運行，造成重大的經濟損失和社會影響。另一方面，設計導線覆冰對工程的造價影響很大。設計導線覆冰越大，鐵塔重量也越重，工程投資也會越大。因此，如何合理的確定導線覆冰的取值對電力工程安全運行和降低工程造價都有十分重要的意義。

1 國內外覆冰災害

1932年在美國首次出現(xiàn)有記錄的輸電線路覆冰事故。1998年1月加拿大魁北克、安大略等省1000余座輸電鐵塔被壓倒。由于特殊的地理與氣候，我國也是世界上輸電線路覆冰災害最嚴重的國家之一，華中和西南地區(qū)是我國線路災害最嚴重的地區(qū)。2008年1月，我國南方地區(qū)相繼出現(xiàn)了持續(xù)的大范圍災害性冰雪天氣，此次雨雪冰凍天氣過程影響范圍大、持續(xù)時間長、涉及面廣、覆冰密度大、危害程度大，對國民經濟及人民生活造成巨大影響。

2 導線覆冰分析方法

2.1 實測數據頻率計算分析法

工程地點具有10年以上年最大覆冰觀測，應采用頻率分析法計算設計冰厚，并考慮具體地形影響移用至線路工程地段；覆冰頻率計算線型采用P-Ⅲ型分布或極值Ⅰ型分布。工程區(qū)域僅有1-5年短期年最大覆冰觀測資料，可應用觀冰站與鄰近氣象站覆冰氣象要素合成的氣象指數進行頻率分析確定統(tǒng)計參數，并計算設計覆冰。

2.2 覆冰調查分析法

工程區(qū)域無覆冰觀測資料，可對工程地點區(qū)域進行歷史覆冰調查和搜資，進行導線覆冰分析計算。

2.3 附近工程成果取值法

工程區(qū)域有已建輸電線路，可對工程地點附近區(qū)域的輸電線路的等級、設計覆冰取值及運行情況進行分析，根據本工程等級，結合地理、氣候等情況，合理確定線路導線設計覆冰。

2.4 相似地區(qū)類比法

工程區(qū)域無觀冰資料或已建輸電線路，而與工程地點的地理、氣候，類似的區(qū)域有覆冰觀測資料或已建輸電線路。然后結合工程地點與相似區(qū)域的地理、氣候等情況，利用類比法合理確定工程地點線路導線設計覆冰。

2.5 冰區(qū)分布圖取值法

2008年冰災后，各省根據對覆冰觀測數據的處理與分析、高度和線徑修正、非電線積冰站標準冰厚歷史覆冰序列回算、不同重現(xiàn)期設計冰厚計算、微地形修正、人工修正等方法繪制了冰區(qū)分布圖。因此，冰區(qū)分布圖可作為覆冰確定方法應用于輸電線路導線覆冰設計中。

2.6 其他方法

除以上方法，工程地點線路導線覆冰的確定還應進行對工程區(qū)域氣候特點、植被、覆冰成因、覆冰特點等進行分析，分析覆冰形成條件、地區(qū)覆冰類型、量級等；另一方面，應根據線路路徑圖、航片并結合現(xiàn)場踏勘，對影響線路覆冰分布的特殊微地形微氣象進行分析，合理確定線路沿線設計覆冰。

3 工程案例

某±800kV特高壓直流輸電線路工程陜甘交接，跨越秦嶺，沿線約2/3為山地、1/3為高山大嶺，海拔900～2000m。觀冰站A與秦嶺以北線路在氣候和地形上類似，且資料系列較長；觀冰站B設在秦嶺上，而工程跨越秦嶺，在氣候、地理、地形上均非常相似；兩觀冰站覆冰成果可作為工程設計依據；線路西約70km處在2004年2月發(fā)生冰災，事故地點位于秦嶺支脈，在氣候、地形上均非常相似，其覆冰成果可作為工程設計依據；線路沿線附近有1條500kV線路、330kV線路及6條110kV線路，其設計覆冰取值和運行情況可作為工程設計依據。

(1)觀冰資料分析計算:利用觀冰站A 39年積冰觀測資料推求該站100年一遇冰厚為21.7mm；利用觀冰站B 3年積冰觀測資料推求該站3年最大覆冰厚度約為20mm。

(2)沿線覆冰調查計算及地區(qū)冰區(qū)劃分圖取值:對線路沿線附近供電公司、超高壓公司、居民點等進行歷史覆冰調查，并計算線路沿線設計覆冰，沿線分為5段，冰厚取值分別為11.3-13.6mm、16.0-18.4mm、13.6-16.0 mm、16.0-18.4 mm、11.3-13.6 mm。該成果分別對應冰區(qū)劃分圖10-15mm、15-20mm、10-15mm、15-20mm、10-15mm五個冰區(qū)。調查成果與冰區(qū)劃分圖成果一致。

(3)已建線路設計冰厚以及運行情況:走訪當地超高壓局、市電力公司等電力運行和管理部門，收集線路路徑附近已建線路的設計冰厚與運行情況，線路沿線30年一遇冰厚為10、15mm，未發(fā)生冰災事故。

(4)附近區(qū)域冰災:2014年2月，本工程西約70km處秦嶺支脈(海拔1800-2300m)出現(xiàn)嚴重覆冰倒塔災害。經現(xiàn)場取樣和覆冰計算，求出事故點標準覆冰厚度16-31mm。

(5)微地形微氣候分析:線路跨越秦嶺山脈分水嶺，對冷暖氣團有明顯的阻擋作用，微地形和微氣候特征明顯，氣候的垂直差異較大。建議跨越秦嶺風水嶺處設計覆冰采用20mm。

(6)覆冰分區(qū)確定:通過調查覆冰資料計算、沿線地形氣候特征、已建線路設計冰厚以及運行情況、附近地區(qū)冰災情況、地區(qū)冰區(qū)劃分圖等綜合分析確定線路沿線覆冰分區(qū)，共分五個冰區(qū)，分別為15mm、20mm、15mm、20mm、15mm。

4 結語

本文列舉了內外重大覆冰災害，并將各種方法應用于某±800kV特高壓直流輸電線路工程。結果表明，實測數據頻率計算分析法、 覆冰調查分析法、附近已建線路取值法、相似地區(qū)類比法、冰區(qū)分布圖法等導線覆冰分析法得出的結果基本一致，可以很好地的得到印證，在以后的特高壓設計中廣泛應用。

[1]GB50790-2013 《±800kV直流架空輸電線路設計規(guī)范》[S].2013.

[2]李世杞等.電力工程水文氣象計算手冊[M].湖北:湖北科學技術出版社,2010:397-414.

李興凱(1982—),男,工程師,工學碩士,主要從事電力工程水文氣象勘a測設計工作。