高压输电塔线体系覆冰的研究现状与展望.pdf

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1、第31卷第5／6期东北电力大学学报Vo1．31，No．5／62011年12月JournalOfNortheastDianliUniversityDec．，2011文章编号：1005—2992(2011)05／O6—0016—07高压输电塔线体系覆冰的研究现状与展望刘春城，刘法栋，毛绪坤，李霞辉(东北电力大学建筑工程学院，吉林吉林132012)摘要：高压输电线路覆冰是一种严重的自然灾害，覆冰断线冲击和振荡会引起倒塔，导致供电线路瘫痪，造成巨大经济损失。研究覆冰情况下的输电塔承载力具有重要的工程和社

2、会意义。在查阅大量文献的基础上，总结了国内外线路覆冰的研究现状，归纳了覆冰的分类，讨论了输电塔架结构的分析模型，阐述了研究高压输电线路覆冰的必要性，指出了现阶段研究中存在的问题并对此做了展望。关键词：输电塔线体系；覆冰；模型；展望中图分类号：TM835．1文献标识码：A覆冰作为一种特殊的气象条件，曾给世界各地许多架空线路的安全运行造成严重影响。输电线路所处的环境复杂，低温、冻雨、湿雪、冰冻等天气会造成输电线路严重覆冰，引起覆冰闪络、断线、倒塔等电网灾害，导致供电线路瘫痪，给社会造成了巨大的经济损

3、失u-6]。高压输电塔线体系由于在结构上日益趋于杆塔结构高耸、导线截面粗大、跨距长、高差较大等特点，覆冰对其影响更加严重；同时，高压输电线路的电压等级较高、载流量较大，线路破坏造成的经济损失巨大。有必要结合国内外输电塔线体系的理论研究和工程背景，展开系统的理论研究得到输电线路覆冰荷载引起的输电杆塔的破坏机理，协助有关部门完善架空输电线路的设计规范和确定加固方案，使输电线路具备抵抗大规模冰雪载荷的能力，从而保障在恶劣环境下电网的安全运行。1覆冰机理与类型导线覆冰首先是由气象条件决定的，是受温度、湿

4、度、冷暖空气对流、环流以及风等因素决定的综合物理现象。这些因素的不同组合确定了导线覆冰的形状、密度及厚度。而输电线路产生覆冰的必要气象条件是：①具有足可冻结的气温，即0℃以下；②空气中具有过冷却水滴或云雾；③空气相对湿度在85％以上；④具有可使空气中的过冷却水滴或过冷却云粒产生运动的相应风速，即：风速>1m／s_lJ。另外，线路的海拔高度、导线悬挂高度以及覆冰发生的凝结高度，也会对线路覆冰产生影响。不同条件的组合将在导线上形成不同类型的覆冰。通常根据电力系统运行、维护及设计要求，输电铁塔和导线的

5、覆冰可以分成以下几类"J：雨凇，一般是由水滴直径较大的过冷却雨或毛毛雨在导线的迎风面形成的清澈光滑透明的覆冰，是在冻雨期发生于低海拔地区的覆冰。持续时间一般较短，坚硬，粘附力很强，冰的密度很高，约为0．9—0．92cm，因其密度大，产生的机械负荷也最大。雨凇覆冰是混合凇覆冰的初级阶段，输电塔和输电收稿日期：2011—08—18作者简介：刘春城(1969一)，男，吉林省吉林市人，东北电力大学建筑工程学院教授，博士，主要研究方向：输电线路工程防灾减灾、工程结构健康监测与损伤评估，碳纤维复合芯导线的开

6、发与应用．第5／6期刘春城等：高压输电塔线体系覆冰的研究现状与展望17导线覆冰为纯粹的雨凇覆冰的情况相对较少。混合凇，通常是过冷却水滴在导线的迎风面形成的雨淞与雾淞交替混合冻结形成的不透明或半透明覆冰。形成时间较长，坚硬，粘附力强。混合凇的密度较高，约为0．6～0．9g／cm，混合凇生长速度较快，对输电塔和输电导线危害特别严重J。雾凇，是由于山区低层云中含有的过冷水滴，在温度极低和风速较小的情况下形成的放射状的结晶。密度小于0．60g／cm，粘附力很弱，对输电塔和输电导线一般不构成威胁。白霜¨。

7、。，是空气中的湿气与0oC以下的冷物体接触时，湿气在冷物表面凝结形成的。白霜粘附力弱，密度为0．05—0．3g／cm。对导线威胁不大，但会增加输电线路的电晕损失。雪和雾，是由自然降雪粘附在输电线路上经过多次融化和冻结，成为雪和冰的混合物。有干、湿雪之分，可以达到相当高的质量和体积。按覆冰的形成机理及形成过程，导线覆冰增长过程可分为两种：干增长和湿增长¨卜B。导线覆冰后的冰表面水滴部分冻结的覆冰过程称为湿增长覆冰，湿增长过程一般有冰凌形成；导线覆冰后的冰表面水滴完全冻结的覆冰过程为干增长覆冰，干增

8、长覆冰密度小于纯冰的密度，一般无冰凌形成。一般来说，雨淞和湿雪是湿增长过程；而雾淞和干雪是干增长过程；混合凇则是干、湿增长交替进行的过程。但实际上，覆冰过程中条件是不断变化的，大多数情况下导线覆冰为混合凇。我国北方冬季气候干燥，输电线路上主要为积雪；而南方冬季低温天气时多产生冻雨，雨淞在输电线路上易形成密度较大且不宜脱落的覆冰。2覆冰预测模型研究以有关气象数据为依据，通过理论模型来预测雨淞覆冰荷载的研究工作已进行50多年。期间，提出了许多使用气象数据的导线雨淞雾淞覆冰计算公式和模型，对覆冰预测模