六防架空输电线路覆冰类型冰害类型及

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1.覆冰典型及影响成分

冷暖气流邂逅时,如下图冷暖气流邂逅示企图所示,简单产生逆温层。逆温层的影响旨趣如图逆温层旨趣图所示,当近大地的温度低于0度,中空的温度高于0度,云层中的冰晶不才落至中空时,调动成液态水,降至近大地时,由于时候较短,加之与空气冲突产生的热量,使得液态水变成过冷却水,过冷却水来不及凝集成雪或冰,当过冷却水落到导线上时,导线的温度低于零度,过冷却水在导线上热量快捷散失,凝集成固态的冰,并不停积聚,产生路线覆冰。

图冷暖气流邂逅示企图

图逆温层旨趣图

是以,“具备足量的暖湿空气和弱降水的安定天色情势、上空存在逆温层、大地处在-5至-1℃”是致使产生路线覆冰的要紧缘由。

按照覆冰表观性格不同,路线覆冰可分为雨凇、雾凇、搀和凇和湿雪等4种,如下表和下图覆冰典型所示,前3种对路线平安运转伤害很大。

表导线覆冰分类

雨凇覆冰典型

雾凇覆冰典型

搀和凇覆冰典型

湿雪覆冰典型

1.1雨凇

1.1.1特性

雨凇也称凝冻,俗称地油子,明亮明亮,呈明亮状,比其余方法的冰粒坚忍、明亮况且密度大(0.85克/立方厘米)。雨凇的布局明晰可辨,表面寻常滑润,其横截面呈楔状或椭圆状,它能够产生在水准面上,也可产生在笔直面上,与风向有很大关连,多产生于树木的顶风面上,顶端朝风的来向。按照它们的样式分为梳状雨凇、椭圆状雨凇、匣状雨凇和波状雨凇等。

1.1.2产生机理与前提

雨凇和雾凇的产生机制差未几,每每涌目前阴天,多为冷雨产生,赓续时候寻常较长,日改变不很显然,日夜都可产生。雨凇是在特定的天色配景下产生的降水局面。产生雨凇时的榜样天色是微寒(0-3℃)且有雨,风力强、雾滴大,多在冷空气与暖空气战争,况且暖空气实力较强的情状下才会产生。在此期间,江淮流域上空的西北气流和西南气流都很强,大地有冷空气侵占,这时挨近大地一层的空气温度较低(稍低于摄氏零度),至米上空又有温度高于零摄氏度的暖气流北上,产生一个暖空气层或云层,再往上米以上则是高空大气,温度低于摄氏零度,云层温度时时在-10℃如下,即米左右高空,大气温度寻常为0℃左右,而米如下温度又低于0℃。也即是近大地存在一个逆温层。大气笔直布局呈高低冷、中心暖的形态,自上而下别离为冰晶层、暖层和冷层。

从冰晶层掉下来的雪花经过暖层时溶化成雨滴,接着当它投入挨近大地的寒气层时,雨滴便快捷冷却,成为过冷却雨滴(大气中有如斯的物理性格:气温在零下几十度(℃)时,仍呈液态,被称为“过冷却”水点,如过冷却雨滴、过冷却雾滴)。产生雨凇的雾滴、水点均较大,况且凝集的速率也快。由于这些雨滴的直径很小,温度即使降到摄氏零度如下,但还来不及凝集便掉了下来。

当这些过冷雨滴降至温度低于0℃的大地及树枝、电线等物体上时,便会聚起来充满物体表面,并立刻凝集。凝集成毛玻璃状明亮或半明亮的冰层,使树枝或电线变成粗粗的冰棍,寻常概况滑润或略有隆突。有意还边滴淌、边凝集,结成一条条长长的冰柱。就变成了咱们所说的"雨凇"。假如雨凇是由非过冷却雨滴降到冷却得很凶恶的大地或物体上及雨夹雪凝赞同凝集而产生的时刻,即由概况非晶体产生的冰层和晶体状结冰共通搀和构成,寻常这类雨凇很薄况且存在的时候不长。

寻常情状下,雨凇致使路线覆冰的情景前提要紧有:空气相对湿度在85%以上、风速大于lm/s、气温及导线表面温度为-2℃至0℃。

1.1.3时空散布

雨凇以幽谷和湖区常见。华夏大部份地域雨凇都在12月至次年3月涌现。华夏年匀称雨凇日数散布特色是南边多、朔方少(但华南地域因冬暖,少许见逼近零度的低温,是以既无冰雹也无雨凇);润泽地域多而干旱地域少(尤以高幽谷域雨凇日数至多)。华夏年匀称雨凇日数在20~30天以上的台站,差未几都是高山站。而平原地域绝大遍及台站的年匀称雨凇日数都在5天如下。

雨凇大多涌目前1月上旬至2月上、中旬的一个多月内,肇端日期具备朔方早,南边迟,山区早、平原迟的特色,停止日则相悖。地势较高的山区,雨凇发端早,停止晚,雨凇期略长。如皖南的黄山光后顶,雨凇寻常在11月上旬初发端,次年4月上旬停止,长达5个月之久。据统计,江淮流域的雨凇天色,沿淮的淮北地域2~3年一遇,淮河以南7~8年一遇。但在山区,山谷和山顶不同较大,山区的部份谷地险些没有雨凇,而山势较高处险些年年都有雨凇产生。

在60年头里,广州没有涌现过雨凇,上海、北京、哈尔滨匀称每年仅别离涌现0.1、0.7和0.5天。华夏雨凇日数至多的台站是峨嵋山情景站,匀称每年涌现.3天(至多年份天),其次是金佛山70.2天(至多年份93天),第三位是湖北巴东的绿葱坡61.5天(至多年份90天)等,都涌目前南边高幽谷域。朔方的雨凇既未几也不严峻,干旱地域尤少。朔方雨凇日数至多的场合即是甘肃省通谓的华家岭、西岳和长白山天池,它们匀称每年别离涌现29.6、19.8和18.5天,也都是高山台站。

雨凇至多的时令,冬天隆冬的朔方地域以较和缓的春秋天节为多,如长白山天池情景站雨凇至多月份是5月,匀称涌现5.7天,其次是9月,匀称雨凇日3.5天,冬天12月至3月因气温过低没有涌现过雨凇。而南边则以较冷的冬天为多,如峨嵋山情景站12月雨凇日数匀称多达26.4天,1月份也达24.6天,及至有的年份12月、1月和3月都曾涌现过每天有雨凇的情状。

雨凇的伤害水准与雨凇赓续时候也相干连。上海市年1月15~16日曾涌现一次雨凇,赓续了30小时09分钟;北京最长连气儿雨凇时数是30小时42分钟,产生在年3月1~2日;哈尔滨最长赓续28小时29分钟,产生在年10月18~19日。华夏雨凇连气儿时数最长的场合也产生在峨嵋山,从年11月15日一贯赓续到年3月28日,即赓续小时54分钟之多。其次是衡山南岳小时57分钟(年12月24日~年2月19日),第三是湖南的雪峰山小时09分(年12月25日~年2月12日)。

雨凇积冰的直径寻常为40—70毫米,也有的几百毫米,华夏雨凇积冰最大直径涌目前衡山南岳,达毫米,其次是巴东绿葱坡毫米,再次为湖南雪峰山的毫米。

情景站观察雨凇积冰直径用的办法是:由于雨凇在结冰的经过中,导线变得越来越粗,但当雨凇积蓄到肯定直径时,“雨凇冰棍”幸免渐渐破碎,这时情景观察人员就痛快整个铲除残冰,让雨凇从新在导线上凝集。在高山上,兴许要连气儿铲除几回及至十几回,雨凇经过才告中止。按情景部门规则,各次破碎时最大直径之和即是整个雨凇经过的最大积冰直径。

年11月24日产生在衡山南岳的一次雨凇积冰,每米导线上积了克,即16.千克的分量,是华夏整个记录中的冠军。其余分量较大的记录有:湖南雪峰山克,黄山克,庐山克和金佛山克等。河南省商丘县年3月5~9日的一场雨凇,最大直径厘米,最大积冰直径克/米,则是60年头平原情景站中的稀有记录

下图为我国史籍雨凇匀称散布图统计图,能够发觉:北起黑龙江,南至广东,西起新疆,东至山东、浙江都有不同水准的雨凇局面。中纬度地域的四川、重庆、贵州、云南、湖南、湖北、江西等地域的雨凇尤其超过。

图宇宙雨凇散布统计图

1.2雾凇

1.2.1特性

雾凇俗称树挂,是在隆冬时令里,空气中过于饱和的水气遇冷凝华而成,是独特罕见的果然异景。

雾凇非冰非雪,而是由于雾中多数零摄氏度如下而尚未凝华的水蒸气随风在树枝等物体上不停积聚冻粘的了局,展现为白色不明亮的粒状布局聚积物。雾凇产生须要气温很低,况且水汽又很足量,同时能完备这两个产生雾凇的綦要紧而又互相抵牾的果然前提更是罕见。

“雾凇”一词最先涌现于南北朝时期宋·吕忱(公元年—)所编的《字林》里,其声明为:“寒气结冰如珠见日光乃消,齐鲁谓之雾凇。”这是最先见于文件记录的“雾凇”一词。

1.2.2产生机理与前提

雾凇是一种附着于大地物体(如树枝、电线)顶风面上的白色或乳白色不明亮冰层。它也是由过冷水点凝集而成。过冷水点(温度低于零度)碰撞到一样低于凝集温度的物体时,便会产生雾凇。当空气中的水蒸气碰上物体立刻凝华成固态时便会结成雾凇层或雾凇聚积物。

雾凇层由小冰粒产生,在它们之间有气孔,如斯便产生榜样的白色概况和粒状布局。由于各个过冷水点的快捷凝集,相邻冰粒之间的内聚力较差,易于从附着物上零落。被过冷却云环抱的山顶上最简单产生雾凇。

雾凇形态要紧有两种。一种是过冷却雾滴遭遇冷的大地物体后快捷凝集成粒状的小冰块,叫粒状雾凇,它的布局较为亲密。另一种是由雾滴挥发时产生的水汽凝华而产生的晶状雾凇,布局较松弛,稍有颠簸就会零落。是以雾凇的密度小,分量轻,关于电线、树木的摧残性要比雨凇小良多。但当电线上的雾凇严峻时会折断电线,产生停电事变。

寻常情状下,雾凇致使路线覆冰的情景前提要紧有:空气相对湿度在85%以上、风速大于lm/s、气温及导线表面温度为-13℃至-8℃。

1.2.3时空散布

我国事宇宙上有雾凇记录最先的国度,在《华夏三千年情景记录总集》中就能够查到,产生在公元前年春秋鲁成公十六年的“一月,雨木冰”的雨凇记录,以及产生在公元前33年汉元帝竟宁元年“大雾,树皆白”的雾凇记录。在我国,从东北长白山区到西南的峨嵋山,从新疆的天山到山东泰山,及至山西五台山、江西庐山和安徽黄山,冬天各处都能见到雾凇的印迹。其散布特色为高山多于平原、朔方多于南边、润泽地域多于干旱半干旱地域。吉林省长白山天池情景站一带,是我国雾凇涌现至多的场合,年匀称雾凇涌现天数为天,从秋天10月到来年3月,每月涌现雾凇都在20天以上;峨嵋山年匀称天,五台山天。

1.3搀和凇

当温度在冰点如下,风较量猛时,则产生搀和凇。在搀和凇覆冰前提下,水点凝集较量弱,积冰有意明亮,有意不明亮,冰灾导线上的粘协力很强。搀和凇的密度较高,约为0.6-0.9g/cm3。导线持久走漏于湿气当中,便产生搀和凇。搀和凇使一个复合覆冰经过,首先是雨凇,尔后雾凇,是一种瓜代冰的方法,成长速率快,对导线伤害独特严峻。

搀和凇是由导线拿获空气中过冷却水点并凝集而进展起来的一种覆冰方法,以硬冰块的方法涌现,明亮或不明亮。其布局为层状或板块方法,明亮和不明亮层瓜代涌现。搀和凇内部常拿获有孤立的微弱器泡,布局是密实的,不像雾凇以颗粒布局方法涌现;搀和凇粘结力相当强;当温度较低、风速较强时,搀和凇快捷延长。

图搀和凇成长情状

1.4湿雪

空气中的干雪或冰晶很难粘结到导线表面。惟独当空气中的雪为“湿雪”时,导线才会涌现积雪局面。湿雪是指凝集的雪片,在下降经过中,经过一段和缓层后,雪片趋于润泽、溶化,尔后凝集在物体上,冰体呈白色聚积状,比重和附出力均偏小。湿雪寻常涌目前山区,有意雪片中搀杂有过冷却水点,水点粘附在雪花上,这类情状雪片简单粘附到所碰撞的物体上,这类局面称为覆冰,而不是积雪。导线积雪使指当温度在0℃左右、风速很小时,“湿雪”粒子与“水体”一同经过“毛细管”的影响互相粘结冰粘附到导线表面的局面。当有强风时,雪片易被风吹落,导线覆冰弗成能产生,故导线覆雪受风速限制。现实上,当风速大于3m/s时,导线覆雪弗成能产生,此外,平原地域或低地无风地域导线覆冰局面较山区稀有。

从另一个角度讲,雾凇和搀和凇是由雾中或云中过冷却小水点引发的,统称为云中覆冰;雨凇及湿雪是由冻雨和降雪产生的,总称为降水覆冰。

1.5导线覆冰影响成分

导线覆冰的差别要紧展目前厚度、密度及单元长度覆冰量等的不同上。影响导地线覆冰的成分良多,要紧有情景前提、地形及地舆前提、海拔高程、凝集高度、导线吊挂高度、导线直径、风速风向、负荷电流等。

1.5.1情景前提

当过冷却在0℃及其如下的云中或雾中水点于输电路线导线表面碰撞并凝集时,覆冰局面产生。在冬天当温度低于0℃时,大气中的小水点将产生过冷却;在高空及至在夏日水点也会产生过冷却。处于过冷却水点围困的输电路线导线与气流过冷却水点产生碰撞,冰凝集在导线表面产生覆冰。导线表面产生覆冰局面肯定知足三个前提,即:

(1)大气中肯定有充裕的过冷却水点;

(2)过冷却水点被导线拿获;

(3)过冷却水点立刻凝集或在离引导线表当前凝集。

1.5.2导线覆冰的成因

导线覆冰是由情景前提决意的,是受温度、湿度、冷暖空气对流、环流以及风等成分决意的归纳物理局面;在我国,导线覆冰要紧产生在西南、西北及华中地域。西南及华中地域匀称气温险些都高于0℃,但受西伯利亚寒流和和平洋暖湿天色的影响,险些每年冬天都涌现短期的雾凇及雨凇覆冰情景前提,匀称雾凇雨凇日数在3-15天,短期的雾凇雨凇覆冰给电力系统产生了庞大损失。

(1)导线覆冰的物理经过

导地线覆冰的根本物理经过是:穷冬或早春天节,当气温下降至-5-0℃,风速为3-15m/s如遇大雾或毛毛雨,首先在导地线上产生雨凇;如气温抬高,譬喻天色放晴,雨凇则发端溶化;如天色延续放晴,则覆冰经过终了;如天色突然变冷,气温下降,涌现雨雪天色,冻雨和雪则在粘结强度很高的雨凇冰面上快捷延长,产生密度大于0.6g/cm3的较厚的冰层;这类经过将致使导地线表面产生雨凇—搀和凇—雾凇的复合冰层。如在这类经过中,天色改变,涌现屡次晴-寒天色,则溶化增强了冰的密度,如斯往来进展将产生雾凇和雨凇瓜代堆叠的搀和凝集物,即搀和凇。

导线覆冰首先在顶风面上成长,如风向不产生赶紧改变,顶风面面上覆冰厚度就会延续增添。当顶风面覆冰到达肯定厚度,其分量足以使导线挽救时,导线产生挽救局面;导线再挽救时,覆冰就会延续成长变大,总算在导线上产生圆形或椭圆形的覆冰。每每较细导线的覆冰呈圆形,而较粗导线的覆冰则多呈椭圆形。

(2)导线覆冰的须要情景前提

导线覆冰的须要前提是:a、具备足可凝集的气温,即0℃如下;b、具备较高的湿度,即空气相对湿度寻常在85%以上;c、具备能够使空气中水点行动之风速,即大于1m/s的风速。

1.5.3地形及地舆前提的影响

(1)山脉走向与坡向对导线覆冰的影响。东西走向山脉的顶风坡在冬天覆冰较背风坡严峻。东西走向的北坡,冬天受凛冽气流攻击,天色凛冽,输电路线覆冰较为严峻;

(2)分水岭、风口处路线覆冰较此外地形严峻。

(3)江湖水体对路线覆冰影响也很显然。水汽足量时,路线覆冰严峻;相近无水源时,路线覆冰较轻。

1.5.4路线走向及吊挂高度对覆冰的影响

(1)路线覆冰与路线走向相干,东西走向的导线覆冰遍及较南北走向的导线覆冰严峻。冬天覆冰天色大多为背风或西朔风,路线为南北走向时,风向与导线轴线根本平行,单元时候与单元面积内运输到导地线上的水点及雾粒较东西走向的导地线少的多。导线为东西走向时,风于导地线约成90°的夹角,从而使导线覆冰最为严峻。导线覆冰与风向成正弦关连。东西走向的导地线不只覆冰严峻,况且在覆冰后,由于不匀称覆冰的影响,覆冰又大概会引发舞动事变。

(2)导地线吊挂高度对覆冰的影响

导线吊挂高度越高,覆冰越严峻,由于空气中液态水含量随高度的增添而抬高。风速越大、液态水含量越高,单元时候内引导线运输的水点就越多,覆冰也越严峻。是以,覆冰随导地线吊挂高度的抬高而增添。

1.5.5导线直径与覆冰厚度和冰重的关连

在稀有的小于或即是8m/s的风速下,关于直径小于或即是4cm的导地线,相对较粗的导线的单元长度覆冰量比相对较细的导线重,关于直径大于4cm的较大导线,单元长度导线覆冰分量较量细的导线轻;在大于8m/s的较大风速时,关于任何直径的导线,导线越粗覆冰越重,但覆冰厚度是随导线直径的增添而减小的。

2.冰害典型及机理

2.1过荷载

过荷载是指点线覆冰会增添一切援助结媾和金具的笔直荷载;输电路线水准荷载也会跟着导线顶风面覆冰厚度的增添而增添。严峻覆冰会产生导线、地线断裂,杆塔崩塌,金具毁坏。

当覆冰积蓄到肯定体积和分量以后,输电导线的分量倍增,弧垂增大,导线对地间距减小,从而有大概产生闪络事变。弧垂增大的同时,在风的影响下,两根导线或导线与地之间大概相碰,会产生短路跳闸,烧伤及至烧断导线的事变。假如覆冰的分量进一步增大,则大概超越导线、金具、绝缘子及杆塔的机器强度,使导线从压接纳内抽出,或外层铝股全断、钢芯抽出;当导线覆冰超越杆塔的额定荷载肯定限度时,大概致使杆塔底子下降、歪斜或爆裂,杆塔折断及至崩塌。

2.2冰闪

冰闪是污闪的一种非常方法,绝缘子在严峻覆冰的情状下,伞裙被冰凌桥接,绝缘强度消沉,走漏间隔缩小。由于晶释效应的影响,在融冰经过中,冰层表面水膜具备较高的电导率,增大了走走电流;同时,冰凌空隙引发绝缘子串电压散布及单片绝缘子表面电压散布的畸变,消沉了覆冰绝缘子串的闪络电压。闪络经过中赓续电弧烧伤绝缘子,引发绝缘子绝缘强度下降。

2.3覆冰舞动

舞动是不匀称覆冰导线在风的影响下产生的一种低频次(约0.1~3Hz)、大振幅(可达10m以上)的自激振荡,在振荡展现样式上展现为在一个档距内惟独一个或小量几个半波。舞动产生的伤害是多方面的,轻者会产生闪络、跳闸,重者产生金具及绝缘子毁坏,导线断股、断线,杆塔螺栓松动、零落,及至倒塔,致使远大电网事变。

产生舞动的成分独特繁杂,每每觉得,产生舞动要紧取决于三方面的成分,即导线覆冰,风鼓励,路线布局与参数三个成分。

(1)覆冰

导线未覆冰而产生舞动的情状较为稀有,每每情状下舞动均是在导线覆冰情状下产生的,典范舞动理论觉得导线覆冰是输电路线产生舞动的须要前提之一。覆冰高产生在风影响下的雨凇、霜淞及湿雪聚积于导线的天色前提下。雨凇地带的导线易产生舞动,不同的覆冰方法关于舞动有不同的影响。

(2)风的鼓励

风鼓励是导线舞动的直接缘由,一段路线舞动的巨细与形态,要紧决意于风向对导线轴线的夹角。当夹角为90°时,对舞动的影响最大,反之,当夹角为零,即风向平行于导线轴线时,引发舞动的大概性最小;另一方面,导线舞动多产生于平原宽阔地带;同时不同的风速会决意不同的覆冰方法,从而影响空气动力形态。况且风的方位与路线走向的夹角不同也会产生不同的行动形态。按照方今的统计材料,在我国规模内,产生舞动的风速聚集在5m/s~10m/s之间,约占一切舞动情状中的50%,而在30m/s以上的风速下险些没有舞动记录。

(3)路线参数

路线参数是舞动产生的内涵成分。大截面、多分割导线挽救刚度大,简单产生偏幸覆冰,是以大截面导线比旧例截面的导线简单产生舞动;分割导线比单导线简单产生舞动。导线表面越粗拙,越易结冰,导线覆冰就越严峻,产生舞动的大概性就越大。导线张力越大,弧垂就越小,产生舞动和相间碰线的大概性就越小,但张力过大,大概会致使导线轻风振荡巩固。档距越大,导线摄取的能量就越大,舞动的幅度就越大,应在易舞区尽可能减小档距。

2.4脱冰腾跃

覆冰导线在气温抬高,或果然风力影响,或人为振荡敲击之下会产生不匀称脱冰或不同期脱冰。跟着导线覆冰厚度增添,导线拉力显然增大,导线弧垂显然增添,当大段或整档脱冰时,由于导线弹性储能快捷动弹成导线的动能和位能,引发导线进取腾跃,减小导线对地线的间隔,引发导线对地线放电,产生路线跳闸。

3.防冰害要紧性与意义

跟着寰球天色的改变,极其天色频发,排挤输电路线覆冰产生的伤害越来越严峻,常会引发过荷载、冰闪、舞动、脱冰腾跃等局面,致使路线跳闸、断线、倒塔和通讯间断等事变,覆冰已成为吓唬电网平安运转的要紧成分。

冰灾给宇宙列国电网产生庞大损失,俄罗斯、加拿大、美国、日本、英国、芬兰、冰岛和我京城曾因输电路线覆冰激发平安事变,给电网带来庞大的经济损失。我国事宇宙上输电路线覆冰灾难最严峻的国度之一,多年来路线冰灾事变产生的几率居宇宙前列。近来30年来,大面积冰灾事变在我国各地时有产生,尤其是年1月产生的大面积雨雪冰冻天色,给我国电网产生了大规模的摧残,国度电网公司kV及以上输电路线倒塔多基,kV及以上变电征战毁坏多台套,直接财富损失多亿元。同时,产生湖南郴州、衡阳等都会大面积停电,京广铁路部份停运,给国民生产生活带来庞大的影响。

冰雪灾难已成为全宇宙很多国度电网面对的共通题目,开展排挤输电路线的防冰害办事,提升电网抵抗冰雪灾难的才力,保证电网在冬天覆冰期的平安安定运转,有着独特要紧的意义。

滥觞:国网六防手册

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