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摘要：高压输电线路是电力传输的生命线工程，随着我国高压、超高压和特高压电网的建设，输电线路覆冰问题是影响电网安全运行的重要因素，覆冰事故已严重威胁了我国电力系统的安全运行。因此，在输电网络防冰除冰工作中，应把预防电网冰雪灾害工作放到更加重要的位置，重视输电网络覆冰的理论研究，认真分析冰灾原因，不断研究新技术、新方法，提高防冰水平的建议。
关键词：高压输电线路;覆冰模型;断线冲击;可靠性;模型实验
1 输电线路覆冰存在的问题及不足
（1）关于雨凇覆冰模型预测的研究。由于导线覆冰受气象、地形及地理条件、导线结构和表面电场等影响，因此目前国内外关于导线覆冰机理和模型的研究成果依然不很完善。引发导（地）线断线和倒塔的覆冰多为雨凇覆冰，尽管国内外提出了几种雨凇覆冰模型，但这些模型在预测同一气象条件下的覆冰荷载时差别较大，需对模型进行修正方可应用。此外，没有针对规范或标准按不同的气象区给出相应的雨凇覆冰模型的确切公式。再者，对于导地线和杆塔的覆冰只给出了均匀覆冰情况的模型，没有进一步给出非均匀覆冰模型。对于铁塔的覆冰模型，目前只有角钢塔的均匀覆冰模型，对于钢管塔、组合结构塔及其它格构式杆塔的均匀和非均匀覆冰模型尚有待于进一步研究。
（2）覆冰断线倒塔破坏机理的研究。以往关于输电线路覆冰断线倒塔破坏机理的研究只从静力学角度出发，没有考虑断线冲击荷载的影响，并缺少理论和模型实验的验证。研究输电线路断线没有考虑导（地）线覆冰、输电塔覆冰的影响，没有充分考虑塔- 线耦合。导（地）线覆冰以后，弹性模量和刚度以及导（地）线的比载都发生了变化，覆冰断线和无覆冰断线的冲击动力响应有很大的区别。输电线路断线倒塔不仅和断线冲击荷载有关，而且与输电塔本身覆冰荷载有关。
2 输电线路覆冰的严重影响
①线路负重过大。送电线路覆冰后，不但垂直荷载大，同时杆塔两侧电线的不均匀覆冰会产生一定的纵向张力差，使杆塔的受力情况比较严重且复杂，当出现罕见的暴雪冰载时将使杆塔产生破坏。
②输电线路不均匀覆冰或不同时期脱冰、输电线路舞动、线路绝缘子冰闪等。
2008年的冰灾尤为突出，此次灾害势头猛、时间长、范围广。由于大范围冻雨滴水成冰，覆冰厚度严重超过我国现行的设计标准，导致大面积倒塔（杆）断线。
3进一步研究的问题及解决的对策
3.1 输电线路雨凇覆冰模型的研究
（1）通过大量的调研，了解我国主要冰灾地区如华中、华东、华南、西南等地区近50a来冰灾发生情况，主要包括覆冰形成机理、覆冰类型、输电线路破坏情况，同时掌握各地气象台站近年来提供的有关气象资料，为各典型气象区雨凇覆冰模型预测的研究提供资料积累。
（2）深入揭示架空导线覆冰机理、准确描述覆冰过程的增长模型，应该反映出导线结构、环境因素和气象条件对导线覆冰形式、冰形生长方式和结冰热物理过程及流体力学的耦合影响和作用机制;并能在复杂的物理和边界条件下对导线表面不同覆冰类型进行准确的模拟。
（3）针对高压输电线路的雨凇覆冰模型开展理论研究，针对典型气象区，给出导线雨凇覆冰模型的适用表达式，在此基础上提出常用类型的杆塔和导线非均匀覆冰的力学模型，为输电线路抗冰灾设计和力学性能分析提供基础。
3.2 输电线路覆冰断线倒塔破坏机理的研究
（1）研究分析在重覆冰条件下输电线路杆塔的破坏特点和规律。基于大范围调研冰灾引起的输电线路杆塔破坏情况，针对各典型塔型，计算其在极端覆冰工况下的受力，找出杆塔设计的薄弱环节;研究重覆冰条件下档距与耐张段长度的确定原则及制订防止多基杆塔连环倾覆的措施;并通过模型试验验证，提出重冰区杆塔设计的合理化方案。
（2）从能量角度出发构建高压输电线路覆冰导线断线的能量泛函，利用变分方法建立冲击动力学方程，进而求得断线的冲击动力响应。
（3）进一步通过模型试验得到导线覆冰断线的冲击荷载时间历程以及冲击荷载效应;最后，利用数值模拟技术，建立高压输电塔- 线体系的精细化三维有限元模型，充分考虑塔- 线覆冰以及二者之间的耦合效应，研究覆冰荷载引发导（地）线瞬时断线、断线跌落过程以及与地面碰撞摩擦过程，冲击荷载对整个结构体系的作用，得到覆冰断线的动力冲击系数和冲击响应，并与试验结果进行比对，验证数值模拟结果的正确性，对导（地）线断线和输电塔倒塔的全过程进行动态数值模拟。
4 输电线路抗覆冰具体技术分析
4.1 覆冰预警系统
输电线路覆冰预警系统是省电力公司防灾减灾指挥系统的子系统，它是在采用导线张力测量、线路图像实时监视和小型气象站相结合的综合监测的基础上，率先引入气象因子“锋区位置”，构建了覆冰成灾模型和危害程度模型，实现了输电线路覆冰形成全过程的监测和预警，有效提高了线路覆冰情况预报的准确性。
针对不同等级的线路覆冰情况，系统将发出“红、橙、黄、蓝”不同等级的预警信号，分别代表着“严重、较严重、较轻和轻微”的覆冰影响程度，“严重”等级覆冰容易导致线路跳闸、故障或设备损坏，并由此引起供电中断，造成停电损失。利用该系统，公司能提前监测线路覆冰情况，在“蓝色”轻微等级覆冰时就能及时采取措施，监控覆冰增长，防止覆冰走向“严重”等级，保证线路的安全运行。
以往，省辖区内覆冰区线路都依靠护线员巡视，人工巡线时间长，耗费人力大，评断较为主观。福建输电线路覆冰预警系统试运行后，利用摄相头传输气象数据，运用覆冰成灾模型等对数据进行精确分析，提高了预报的客观性和准确性。系统并已实现远程监控，福建省九地市容易覆冰线路已设置监测点，各线路覆冰情况实时呈现在防灾减灾指挥系统的GIS（地理信息系统）上。这意味着，技术人员足不出户就可以掌握线路覆冰情况。
4.2 提高新建电网设计标准
对于正在进行的施工和拟建项目，应该抓紧组织设计单位校核覆冰设计标准，对工程设计方案进行全面复核。
对于新建线路来讲，需要严格按照国家电网公司的技术标准进行设计，采取优化线路路径、优化杆塔布置、加强杆塔结构、选用覆冰过载能力强的导地线等方法，保证线路具有较高的抗覆冰能力。
例如，在500千伏天兰线的冰灾改造工程中，浙江省电力公司在全国首次采用了最新型的抗冰闪复合绝缘子材料，大大提高了绝缘子的抗冰闪能力。
4.3 加强现有线路改造
抗冰灾时间紧、任务重，由于受抢建时间的限制，一些措施不能同步实施，重建线路的抗冰水平仍然较低。因此，必须落实优化补强理念，分析倒塔段的薄弱环节，通过局部增加加强型耐张塔、改造直线塔、更换导地线、更换金具等手段，消除短板，达到整体线路优化补强的目的，使运行线路的抗冰能力达到更高水平。
5 结语
全球变暖使得极端的天气现象频发，再加上电网的不断扩建，使冰雪灾害等恶劣天气对输电线路造成灾难性的破坏，所以今后覆冰抗灾形势是非常严峻的，为此需要我们在今后要不续优化电网规划，加快建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强国家电网。深入研究实施差异化、精益化的规划设计和基建标准，加强自然灾害规律和大电网运行机理研究，组织实施科技防灾减灾计划，开展抗冰覆冰关键技术重大科技专项攻关，开展输电线路融冰关键技术参数试验研究，研制融冰装置和配置方案，提高电网安全稳定运行水平和防灾抗灾能力。
参考文献：
[1]徐文军：《冰风暴灾害下输电线路故障概率预测及应急对策研究》[J];长沙理工大学，2011（04）
[2]杨洪明、黄拉：《冰风暴灾害下输电线路故障概率预测》[J];《电网技术》，2012（04）
[3]徐文军、戴宇：《风暴灾害下电力断线倒塔概率预测》[J];《华中电力》，2012（03）
关键词：高压输电线路;覆冰模型;断线冲击;可靠性;模型实验
1 输电线路覆冰存在的问题及不足
（1）关于雨凇覆冰模型预测的研究。由于导线覆冰受气象、地形及地理条件、导线结构和表面电场等影响，因此目前国内外关于导线覆冰机理和模型的研究成果依然不很完善。引发导（地）线断线和倒塔的覆冰多为雨凇覆冰，尽管国内外提出了几种雨凇覆冰模型，但这些模型在预测同一气象条件下的覆冰荷载时差别较大，需对模型进行修正方可应用。此外，没有针对规范或标准按不同的气象区给出相应的雨凇覆冰模型的确切公式。再者，对于导地线和杆塔的覆冰只给出了均匀覆冰情况的模型，没有进一步给出非均匀覆冰模型。对于铁塔的覆冰模型，目前只有角钢塔的均匀覆冰模型，对于钢管塔、组合结构塔及其它格构式杆塔的均匀和非均匀覆冰模型尚有待于进一步研究。
（2）覆冰断线倒塔破坏机理的研究。以往关于输电线路覆冰断线倒塔破坏机理的研究只从静力学角度出发，没有考虑断线冲击荷载的影响，并缺少理论和模型实验的验证。研究输电线路断线没有考虑导（地）线覆冰、输电塔覆冰的影响，没有充分考虑塔- 线耦合。导（地）线覆冰以后，弹性模量和刚度以及导（地）线的比载都发生了变化，覆冰断线和无覆冰断线的冲击动力响应有很大的区别。输电线路断线倒塔不仅和断线冲击荷载有关，而且与输电塔本身覆冰荷载有关。
2 输电线路覆冰的严重影响
①线路负重过大。送电线路覆冰后，不但垂直荷载大，同时杆塔两侧电线的不均匀覆冰会产生一定的纵向张力差，使杆塔的受力情况比较严重且复杂，当出现罕见的暴雪冰载时将使杆塔产生破坏。
②输电线路不均匀覆冰或不同时期脱冰、输电线路舞动、线路绝缘子冰闪等。
2008年的冰灾尤为突出，此次灾害势头猛、时间长、范围广。由于大范围冻雨滴水成冰，覆冰厚度严重超过我国现行的设计标准，导致大面积倒塔（杆）断线。
3进一步研究的问题及解决的对策
3.1 输电线路雨凇覆冰模型的研究
（1）通过大量的调研，了解我国主要冰灾地区如华中、华东、华南、西南等地区近50a来冰灾发生情况，主要包括覆冰形成机理、覆冰类型、输电线路破坏情况，同时掌握各地气象台站近年来提供的有关气象资料，为各典型气象区雨凇覆冰模型预测的研究提供资料积累。
（2）深入揭示架空导线覆冰机理、准确描述覆冰过程的增长模型，应该反映出导线结构、环境因素和气象条件对导线覆冰形式、冰形生长方式和结冰热物理过程及流体力学的耦合影响和作用机制;并能在复杂的物理和边界条件下对导线表面不同覆冰类型进行准确的模拟。
（3）针对高压输电线路的雨凇覆冰模型开展理论研究，针对典型气象区，给出导线雨凇覆冰模型的适用表达式，在此基础上提出常用类型的杆塔和导线非均匀覆冰的力学模型，为输电线路抗冰灾设计和力学性能分析提供基础。
3.2 输电线路覆冰断线倒塔破坏机理的研究
（1）研究分析在重覆冰条件下输电线路杆塔的破坏特点和规律。基于大范围调研冰灾引起的输电线路杆塔破坏情况，针对各典型塔型，计算其在极端覆冰工况下的受力，找出杆塔设计的薄弱环节;研究重覆冰条件下档距与耐张段长度的确定原则及制订防止多基杆塔连环倾覆的措施;并通过模型试验验证，提出重冰区杆塔设计的合理化方案。
（2）从能量角度出发构建高压输电线路覆冰导线断线的能量泛函，利用变分方法建立冲击动力学方程，进而求得断线的冲击动力响应。
（3）进一步通过模型试验得到导线覆冰断线的冲击荷载时间历程以及冲击荷载效应;最后，利用数值模拟技术，建立高压输电塔- 线体系的精细化三维有限元模型，充分考虑塔- 线覆冰以及二者之间的耦合效应，研究覆冰荷载引发导（地）线瞬时断线、断线跌落过程以及与地面碰撞摩擦过程，冲击荷载对整个结构体系的作用，得到覆冰断线的动力冲击系数和冲击响应，并与试验结果进行比对，验证数值模拟结果的正确性，对导（地）线断线和输电塔倒塔的全过程进行动态数值模拟。
4 输电线路抗覆冰具体技术分析
4.1 覆冰预警系统
输电线路覆冰预警系统是省电力公司防灾减灾指挥系统的子系统，它是在采用导线张力测量、线路图像实时监视和小型气象站相结合的综合监测的基础上，率先引入气象因子“锋区位置”，构建了覆冰成灾模型和危害程度模型，实现了输电线路覆冰形成全过程的监测和预警，有效提高了线路覆冰情况预报的准确性。
针对不同等级的线路覆冰情况，系统将发出“红、橙、黄、蓝”不同等级的预警信号，分别代表着“严重、较严重、较轻和轻微”的覆冰影响程度，“严重”等级覆冰容易导致线路跳闸、故障或设备损坏，并由此引起供电中断，造成停电损失。利用该系统，公司能提前监测线路覆冰情况，在“蓝色”轻微等级覆冰时就能及时采取措施，监控覆冰增长，防止覆冰走向“严重”等级，保证线路的安全运行。
以往，省辖区内覆冰区线路都依靠护线员巡视，人工巡线时间长，耗费人力大，评断较为主观。福建输电线路覆冰预警系统试运行后，利用摄相头传输气象数据，运用覆冰成灾模型等对数据进行精确分析，提高了预报的客观性和准确性。系统并已实现远程监控，福建省九地市容易覆冰线路已设置监测点，各线路覆冰情况实时呈现在防灾减灾指挥系统的GIS（地理信息系统）上。这意味着，技术人员足不出户就可以掌握线路覆冰情况。
4.2 提高新建电网设计标准
对于正在进行的施工和拟建项目，应该抓紧组织设计单位校核覆冰设计标准，对工程设计方案进行全面复核。
对于新建线路来讲，需要严格按照国家电网公司的技术标准进行设计，采取优化线路路径、优化杆塔布置、加强杆塔结构、选用覆冰过载能力强的导地线等方法，保证线路具有较高的抗覆冰能力。
例如，在500千伏天兰线的冰灾改造工程中，浙江省电力公司在全国首次采用了最新型的抗冰闪复合绝缘子材料，大大提高了绝缘子的抗冰闪能力。
4.3 加强现有线路改造
抗冰灾时间紧、任务重，由于受抢建时间的限制，一些措施不能同步实施，重建线路的抗冰水平仍然较低。因此，必须落实优化补强理念，分析倒塔段的薄弱环节，通过局部增加加强型耐张塔、改造直线塔、更换导地线、更换金具等手段，消除短板，达到整体线路优化补强的目的，使运行线路的抗冰能力达到更高水平。
5 结语
全球变暖使得极端的天气现象频发，再加上电网的不断扩建，使冰雪灾害等恶劣天气对输电线路造成灾难性的破坏，所以今后覆冰抗灾形势是非常严峻的，为此需要我们在今后要不续优化电网规划，加快建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强国家电网。深入研究实施差异化、精益化的规划设计和基建标准，加强自然灾害规律和大电网运行机理研究，组织实施科技防灾减灾计划，开展抗冰覆冰关键技术重大科技专项攻关，开展输电线路融冰关键技术参数试验研究，研制融冰装置和配置方案，提高电网安全稳定运行水平和防灾抗灾能力。
参考文献：
[1]徐文军：《冰风暴灾害下输电线路故障概率预测及应急对策研究》[J];长沙理工大学，2011（04）
[2]杨洪明、黄拉：《冰风暴灾害下输电线路故障概率预测》[J];《电网技术》，2012（04）
[3]徐文军、戴宇：《风暴灾害下电力断线倒塔概率预测》[J];《华中电力》，2012（03）