高海拔地區由于自然條件有一定特殊性，當地的輸電線路保護和管理需要特別注意，本文主要探討高海拔地區輸電線路設計與運維。

　　《廣東輸電與變電技術》1999年創刊，是介紹、推廣能源與動力工程的最新研究成果。介紹、推廣第一線從業人員在能源與動力工程中的先進經驗。也是一份非盈利性科技類雜志，讀者對象為全體輸變電行業人員，內容主要為：新技術、新理論的研究動態和成果;新技術和新理念的引進和推廣;實踐中的經驗總結技術創新;電力科技信息等。

　　在我國西南部云貴高原和“三江并流”高海拔覆冰區域，在冬春季節雨雪冰凍和自然風力作用下，輸電線路承載重覆冰和自然風力聯合破壞，是設計與運維中一個亟待解決的難題，有可能發生導線彈跳、斷線、倒塔，從而引發線路跳閘，嚴重時引起電網大面積停電、限電、區域電網瓦解事故。我國水電清潔能源主要集中西南部地區，開發輸出均經過高海拔覆冰區域，研究探析輸電線路設計與運維有深遠意義。

　　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力聯合作用的自然災害區域。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峽谷，有多雷電帶區域與少雷電帶區域，在雪山上有覆重冰與覆冰較少，有雪松型覆冰與迎風坡大風聯合作用的多微氣象條件。為適應特殊環境的微氣象條件，結合我國西南部的“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域的實際;在勘測設計架設送電線路，設計研制生產電力設備，從電網規劃建設，科技創新發展上提出了更高的要求。在開展輸變電工程勘測設計與研制生產電力設備的過程中，必須針對云貴高原、三江并流及峽谷的特殊地理環境微氣象條件，全面開展設計前的調查研究分析。對極為特殊的微氣象條件環境，送電線路設計與電力設備研制生產，必須結合特殊微氣象區域，按高原設計規范進行參數修正，甚至工程設計要突破國家設計規范標準，進行科技創新設計研究分析，只有這樣才能滿足電網系統安全穩定運行的要求。輸電線路的覆冰及其引起的各類冰害事故嚴重危害了我國電力系統的安全運行;在我國每年冰凍災害具有持續時間長、發生頻率高、覆蓋面積大等特點，微氣象地區的嚴重覆冰會引起輸變電設備電氣性能和機械性能的下降，嚴重覆冰引起過荷載、不均勻覆冰或不同期脫冰引起張力差、絕緣子串覆冰閃絡及覆冰導線舞動，均是造成覆冰事故的主要原因。為保證西南部高海拔區域輸電線路的安全可靠運行，屬于海拔高，空氣密度小，電暈問題突出，必須按海拔高程對絕緣強度予以修正。還要校驗輸電導線、金具的電暈特性等。對于重冰區域輸電線路設計來說，如何針對其地理、氣象特點，準確劃定冰區，既要確保重冰區地區輸電線路投入安全可靠運行，又能有效控制好建設投資成本，是高海拔區域輸電線路工程建設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、桿塔、導線、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力聯合作用，對輸電線路受到重覆冰和自然風力聯合作用，有必要對架空輸電線路受自然災害性過荷載事故進行受力分析。

　　(1)架空輸電線路基礎下沉或倒桿塔，當輸電導線、架空地線和桿塔上有較厚重覆冰，當輸電線路導、地線和桿塔上重覆冰達60～200mm，并有大風自然風力聯合作用時，其輸電線路基礎所承載重量，是桿塔、導線、地線、絕緣子和金具自身重量;在輸電導線、架空地線和桿塔上的覆冰重量;自然風力所產生的風偏作用力重量，是上述三大荷載重量的總和，其輸電導線、架空地線桿塔和拉線上要承載數噸甚至數十噸的荷載重量承載力和拉力，當荷載重量承載力和拉力超出設計規范標準時，就有可能使輸電導線路、架空地線和金具的某一連接環節率先斷開，從而引起倒塔或斷線事故。若是直線塔橫擔荷載的設計強度比較小，在重覆冰和自然風力聯合作用過程中，也最容易形成拉斷塔橫擔及塔頭事故，倒桿塔引起的不平衡力，還可能導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不均勻下沉，甚至因冰凍造成水泥桿斷裂、鐵塔混凝土基礎爆裂等事故。在我國西南部“三江并流”高山峽谷區域，山高坡徒，氣象環境極為惡劣，嚴重的雨雪冰凍還將容易引發雪崩、滑坡、滾石、泥石流自然災害，對桿塔基礎造成極大的威脅，或者是直接的自然災害性破壞。

　　(2)輸電導線斷線或抽芯，一般輸電導線都是采用鋁包鋼絞線，因為外層鋁的機械強度不是很高，荷載過重時可能導致壓接管內的導線抽出或外層鋁股斷線，鋼芯抽出的事故;當荷載遠遠大于導線或地線荷載耐承受值時，就可能導致整根輸電導線被拉斷，同時架空地線也被拉斷，從而引起更大的斷線倒桿塔災難性事故。

　　(3)當輸電線路承受荷載過重時，輸電導線的弧垂將明顯增大，當導線弧垂增大，致使導線與大地之間的絕緣空氣距離減小，進而引起閃絡甚至短路事故，并且弧垂的增大還增大了導線各相之間短路的機率，荷載過重時還可能導致金具、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線時，其架空地線弧垂大于輸電導線弧垂，架空地線弧垂點靠近輸電導線弧垂點，當空氣絕緣被擊穿時，將發生閃爍事故。在一些特殊微氣象區域，桿塔兩側檔距覆冰可能不均勻或脫冰不同期，將會在桿塔兩側產生巨大的不平衡張力差;該張力差可使輸電導線在線夾內滑動，產生不均勻、不同期脫冰及自然風力的作用受力，導致輸電導線斷線抽芯或斷線，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電雜質在融冰時形成導電水膜導致泄漏電流增大。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電壓。

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

　　3、在覆冰區域輸電線路設計運維應研究解決的難題

　　由于輸電線路存在重覆冰或不均勻覆冰狀態下，鐵塔承載較大荷載，輸電導線和架空地線脫冰彈跳躍動時，覆冰絕緣子串耐壓強度下降、覆冰厚度確定困難的特點，使重覆冰線路面臨較多的設計與運維難題需要研究探討解決。在高海拔重冰區域，一般處于云貴高原海拔較高的山脈區，橫斷山山脈(“三江并流”)各座山脈的高海拔特殊區域，而大部分區域氣象臺站均不能進行覆冰厚度的實地觀測，加之輸電導線、架空地線覆冰受海拔高度、微地形、微氣象條件的很大影響，要準確地確定線路的設計覆冰厚度非常困難。在高海拔區域輸電線路的設計研究分析、施工建設、驗收及運維，絕對不能局限于國家技術規范標準，例(DL/T5092-1999)[S]《11～0500kV架空送電線路設計技術規程》、(GBJ233--1999)《110～500kV架空電力線路驗收規范》，務必在國家技術規范標準基礎上有新突破，有科技創新性新成果，例如輸電線路設計架設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，可按照國家技術規范標準要求，國家標準第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級三級氣象區，進行覆冰受力設計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，還必須作鐵塔承載力、輸電導線和架空地線受拉力的加強型設計創新性研究探討;在海拔3500米以上，海拔每提高200米～300米為新設立一個重覆冰微氣象區，并建議規定設立重覆冰微氣象Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級三個氣象區，并依據各種鐵塔承載力、輸電導線和架空地線受拉力進行加強型設計研究探討，在每個重覆冰微氣象區均務必進行鐵塔承載力、輸電導線和架空地線受拉力計算的設計校核，按照計算分析結果，確定各重覆冰微氣象區的擋距大小，以保證高海拔重覆冰區域輸電線路的安全可靠穩定運行。在高海拔重覆冰區域，由于輸電導線的覆冰厚度增加，使得線路各個部件所承受的荷載較一般輸電線路增加數倍，必須對線路各部件，如鐵塔、導線、金具、絕緣子等進行特殊的設計計算分析，才能確保輸電線路安全穩定運行。當絕緣子串覆重冰后，將引起絕緣強度的降低，泄漏電流增大，嚴重時可引起絕緣子串覆冰閃絡事故。當輸電線路上導線、地線脫覆冰舞動時，將會引起導線、地線的大幅彈跳躍動，易引起輸電導線、架空地線之間、輸電導線之間的混線，而空氣隙絕緣被擊穿引起閃絡，需要在設計塔頭布置上加以防范。當導線、地線重覆冰荷載很大時，金具將承受更大的荷載，設計金具應具有較高的機械強度和靈活的掛接與連接，以保證金具的長期安全運行。

　　4、在高海拔覆冰區域輸電線路的設計原則

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

　　4.1輸電線路設計路徑選擇

　　在進行重冰區域輸電線路的路徑選擇時，應結合沿途微氣象條件，沿途桿塔周圍地質構造、地形條件狀態，應盡量避開沿途中的微氣象段(點)突出，地質暴露于風化狀的微氣象、微地形區域，盡力減小重覆冰與自然風力的聯合作用力造成破壞。輸電線路途徑盡量避開橫跨風雪埡口，橫著迎風坡面、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，應盡力降低海拔高程,在跨越風雪埡口，迎風坡面及山梁時、應沿順風方向、背風坡、原始森林邊緣、避風山麓等蔭蔽的地形走線，以利用屏障作用，減小嚴重覆冰及自然風力的破壞作用。為減小不均勻脫冰時輸電導線彈跳躍動產生不平衡張力，高海拔重覆冰區域輸電線路，應配置利用全數字攝影系統進行測量設計定位，并結合計算機排位軟件，選擇起伏不大的地形走線,當地形條件困難，必須采用大檔距、大高差、大轉角時，在進行設計受力精確計算，以保障高海拔重覆冰區域輸電線路運行安全。

　　4.2高海拔重覆冰區域輸電線路上覆冰厚度的觀測、數據收取及設計確定

　　對沿線的各種地物和設施的覆冰情況進行收資調查，參考沿線已有設施運行經驗進行覆冰厚度的推算;一般僅能對線路覆冰厚度大小進行定性分析，若用于定量分析，則會產生較大誤差。在擬建輸電線路沿線建立覆冰觀測站(點)進行線路覆冰的觀測，該方案花費較多，所需時間較長;但所得的數據可信度和準確性較高，用于對輸電線路設計覆冰厚度的分析計算可得到較為可靠的數據，節省工程投資;對于投資較高的重要線路，一般采用第二種方法。

　　4.3輸電導線與架空地線的設計選擇

　　選擇用鋁合金股線絞制的鋼芯鋁合金絞線，可以充分發揮鋼芯的作用，絞線在受力時應力分布更加合理,改善表層鋁合金股線受力，較一般導線可以大大提高導線的抗冰能力。鋼芯鋁合金絞線還具有硬度大、耐磨性能好的特點，可有效地改善導線表面粗糙系數，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，為保證輸電導線和架空地線之間的距離，架空地線需采用高強度鋼絞線。

　　4.4高海拔重覆冰區域輸電線路的鐵塔設計選擇

　　對于鐵塔設計荷載，除考慮選用常年荷載的設計覆冰厚外，還應選擇稀有荷載的冰厚驗算，自然風力作用力的風速測定及受力驗算;保證輸電線路在常年的覆冰荷載(設計冰厚)條件下，輸電線路的安全水平應達到常規線路的建設標準;在稀有冰荷載(驗算覆冰)條件下，輸電線路各部件材料應力允許達到屈服應力或彈性限度;在鐵塔計算荷載組合上，除一般設計條件外，還應增加不均勻覆冰、脫冰時產生的縱向彎矩和扭矩荷載，以及驗算覆冰過載等情況。

　　4.5高海拔重覆冰區域輸電線路的絕緣配合設計

　　由于絕緣子串覆冰嚴重,其冰凌將絕緣子裙邊橋接，當表面形成一層水膜后，使得泄漏電流增大，當泄漏電流增大到約200～300mA左右(與串長有關)時，就可能由局部弧光放電發展為閃絡。覆冰后絕緣子串電壓分布極不均勻,當冰凌開始融化時,首先在局部分布電壓較高處出現火花放電。當泄漏電流繼續增大,就會轉化為白色弧光,當電弧延伸至1/3～1/2串長時就發展為閃絡。輸電線路在冰凍區域中，絕緣子串覆冰后會因閃絡電壓的降低而造成嚴重事故。所以對重冰區超高壓輸電線路，為確保線路運行安全必須對覆冰絕緣子串的耐壓進行校驗。需要指出的是，冰水導電率對絕緣子串覆冰閃絡電壓影響很大，重冰線路應盡量避開污穢區，對中、重污穢地區的覆冰絕緣子串耐壓應進行仔細的分析研究。同時因絕緣子覆冰閃絡電壓隨串長的增加而升高，重覆冰區域應優先采用裙間距大、結構高的絕緣子。

　　4.6高海拔重覆冰區域輸電線路的金具設計

　　輸電線路在重覆冰區域，由于輸電導線與架空地線覆冰荷載很大，進入重覆冰期間金具將承受更大的荷載，故要求金具應具有較高的機械強度和靈活的連接方式，以保證金具的長期安全運行。在金具強度要求提高后，為避免尺寸過大，應采用高強度鋼材制造，方便制造、運輸和安裝。同時為保證金具連接的靈活性，應對一般地區的金具聯接型式進行改進，增加其各方面轉動的靈活性。

　　4.7在桿塔定位中的交叉跨越要求

　　A、對于重要交叉跨越物,宜采用孤立檔或可靠性高的連續檔跨越;B、對于以孤立檔跨越的重要被交叉物,應按驗算重覆冰厚度條件進行設計計算校驗;C、對于以連續檔跨越的一般交叉跨越物、鄉村主要道路、原始森林區、天然原始森林保護區、人工林或經濟林木保護區，以及居民區附近地面,應按不均勻覆冰條件設計計算校驗;D、對于可靠性高的連續檔重要交叉跨越,應按鄰檔斷線情況設計計算校驗與被交叉跨越物的最小距離。

　　參考文獻：

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