雨凇，俗稱“樹掛”或“冰凌”，是冬季或早春時節(jié)一種獨特的自然景觀。然而，這種看似晶瑩剔透的美景，對輸電線路卻潛藏著巨大的災(zāi)害隱患——覆冰。雨凇是導(dǎo)致輸電線路嚴(yán)重覆冰災(zāi)害的主要元兇之一，其形成的冰層密度高、附著力強(qiáng)，對電網(wǎng)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。
雨凇如何引發(fā)輸電線路覆冰災(zāi)害
雨凇的形成是特定氣象條件的產(chǎn)物：
氣象條件：- 過冷水滴： 高空存在溫度低于0°C但仍保持液態(tài)的“過冷水滴”。這是雨凇形成的關(guān)鍵。
- 近地低溫： 地面或物體表面溫度低于0°C。
- 降水形式： 過冷水滴以雨、毛毛雨或凍霧的形式降落到低于冰點的物體表面。
物理過程：- 當(dāng)過冷水滴撞擊到冰冷的導(dǎo)線、絕緣子、鐵塔等電力設(shè)施表面時，會瞬間凍結(jié)。
- 凍結(jié)過程釋放潛熱，但物體表面溫度足夠低，能迅速帶走熱量，使凍結(jié)持續(xù)進(jìn)行。
- 后續(xù)降落的過冷水滴不斷撞擊并凍結(jié)在已形成的冰層上，冰層迅速增厚。
- 雨凇形成的冰層通常透明或半透明、質(zhì)地堅硬、密度高（0.6-0.9 g/cm3）、附著力極強(qiáng)。
雨凇覆冰對輸電線路的主要災(zāi)害隱患
機(jī)械荷載過載（靜力破壞）：
- 導(dǎo)線/地線覆冰： 冰層本身重量巨大。隨著冰層增厚，導(dǎo)線和地線的垂直荷載急劇增加，遠(yuǎn)超設(shè)計值。
- 鐵塔/桿塔覆冰： 塔架本身覆冰增加垂直荷載；導(dǎo)線/地線覆冰后產(chǎn)生的巨大垂直荷載和水平張力（弧垂增大，張力增大）也傳遞到塔架。
- 后果： 導(dǎo)線拉斷、金具損壞、絕緣子串?dāng)嗔选U塔扭曲變形甚至倒塌（尤其是耐張塔、轉(zhuǎn)角塔、終端塔）。
導(dǎo)線舞動（動力破壞）：
- 原因： 覆冰改變了導(dǎo)線原本光滑的空氣動力學(xué)截面，形成不規(guī)則形狀（如新月形、扇形）。當(dāng)有穩(wěn)定的橫向風(fēng)（通常4-8級）吹過時，會在導(dǎo)線上產(chǎn)生周期性變化的升力。
- 后果： 導(dǎo)線發(fā)生大幅值（可達(dá)十幾米）、低頻率（0.1-3Hz）的橢圓軌跡振動，稱為“舞動”。舞動會產(chǎn)生巨大的動態(tài)沖擊荷載，極易導(dǎo)致金具疲勞損壞、導(dǎo)線斷股、相間閃絡(luò)、塔頭受損甚至倒塔。
絕緣子冰閃（電氣故障）：
- 冰凌橋接： 絕緣子串（尤其是懸垂串）表面及傘裙間會積聚雨凇冰層。冰凌可能完全橋接傘裙間隙，形成連續(xù)的冰柱或冰簾。
- 融冰水膜： 當(dāng)氣溫回升至0°C以上或天氣轉(zhuǎn)晴日照時，冰層表面開始融化，在絕緣子表面形成一層導(dǎo)電性良好的水膜（融冰水電導(dǎo)率較高）。
- 閃絡(luò)路徑： 水膜降低了絕緣子的有效爬電距離和絕緣強(qiáng)度。如果此時線路電壓足夠高（工作電壓或操作/雷電過電壓），就可能沿著被水膜覆蓋的絕緣子表面或冰凌橋接的路徑發(fā)生閃絡(luò)，造成線路跳閘。
- 后果： 大面積、長時間的停電事故，且往往在天氣轉(zhuǎn)好時（融冰期）發(fā)生，極具隱蔽性。
導(dǎo)地線間距不足：
- 覆冰導(dǎo)致導(dǎo)線弧垂顯著增大，地線弧垂也可能增大。
- 后果： 導(dǎo)線之間、導(dǎo)線與地線之間的安全電氣距離被嚴(yán)重壓縮，可能導(dǎo)致相間短路或?qū)Ь€對地線放電。
輸電線路雨凇覆冰災(zāi)害的預(yù)防措施
針對雨凇覆冰災(zāi)害，電力部門采取“預(yù)防為主、防治結(jié)合”的綜合防御策略：
規(guī)劃設(shè)計階段：
- 差異化設(shè)計： 根據(jù)線路路徑所處區(qū)域的氣象條件和歷史覆冰記錄，科學(xué)劃分冰區(qū)分布圖，對不同冰區(qū)等級的線路采取差異化的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（如提高設(shè)計覆冰厚度、增大導(dǎo)線安全系數(shù)、選用更高強(qiáng)度材料、加大塔頭尺寸、增加絕緣子片數(shù)或串長）。
- 路徑優(yōu)化： 盡量避開微地形微氣候（如風(fēng)口、埡口、迎風(fēng)坡、水體附近）等易覆冰重冰區(qū)。
- 抗冰塔型： 在重冰區(qū)采用承載力更強(qiáng)、結(jié)構(gòu)更穩(wěn)固的塔型（如拉線塔、鋼管塔、緊湊型塔）。
- 導(dǎo)線選擇： 考慮使用低居里點合金導(dǎo)線（在特定溫度下電阻劇增，便于融冰）或復(fù)合導(dǎo)線（強(qiáng)度高、重量輕、弧垂小）。避免使用易舞動的分裂導(dǎo)線（或采取抗舞措施）。
運行監(jiān)測與預(yù)警：
- 覆冰監(jiān)測系統(tǒng)： 在重點線路和易覆冰區(qū)段安裝在線監(jiān)測裝置，實時監(jiān)測導(dǎo)線拉力/傾角、絕緣子泄漏電流、氣象參數(shù)（溫濕度、風(fēng)速風(fēng)向、降水）、現(xiàn)場圖像/視頻等，估算覆冰厚度和狀態(tài)。
- 氣象預(yù)警： 與氣象部門緊密合作，利用數(shù)值天氣預(yù)報、衛(wèi)星云圖、雷達(dá)回波等技術(shù)，對可能發(fā)生的雨凇天氣過程進(jìn)行短期和臨近預(yù)警。
- 人工觀冰： 在惡劣天氣時，組織人員對關(guān)鍵區(qū)段進(jìn)行人工巡視和觀冰，核實覆冰情況。
主動除冰/融冰技術(shù)：
- 直流融冰： 最主流、最有效的方法。 利用移動式或固定式直流融冰裝置，在覆冰線路一端施加直流大電流（利用焦耳熱效應(yīng)）。由于趨膚效應(yīng)，電流主要在導(dǎo)線表面流動，加熱效率高，能快速融化冰層。需短時停電操作。
- 交流短路融冰： 將線路末端三相短路，在線路首端投入變壓器施加較低電壓，利用短路電流加熱導(dǎo)線融冰。操作復(fù)雜，對系統(tǒng)有擾動。
- 機(jī)械除冰：
- 人工/機(jī)器人除冰： 使用絕緣棒敲打、滑輪刮刀、或搭載除冰裝置的機(jī)器人/無人機(jī)沿導(dǎo)線行走除冰。適用于局部或輕中度覆冰，效率較低，有安全風(fēng)險。
- 除冰振動器： 在導(dǎo)線上安裝裝置產(chǎn)生特定頻率振動，使冰層疲勞脫落。
- 其他方法： 熱力法（如包裹發(fā)熱電纜）、被動法（如防冰涂料）等，應(yīng)用相對有限。
提高絕緣配置：
- 增加絕緣子串長： 在易覆冰區(qū)，增加絕緣子片數(shù)或采用更長串，提高冰閃電壓。
- 選用大傘徑、大爬距絕緣子： 如大盤徑絕緣子、防覆冰絕緣子（傘形特殊設(shè)計，不易被完全橋接）、復(fù)合絕緣子（憎水性好，但需注意老化后憎水性喪失）。
- V型串/倒V型串： 改變絕緣子串懸掛方式，使其傾斜角度更大，不易被冰凌完全橋接，且融冰水不易形成連續(xù)水膜。
抗舞動措施：
- 失諧擺/相間間隔棒： 在導(dǎo)線上安裝阻尼裝置（如失諧擺）或相間間隔棒，改變系統(tǒng)的動力特性，抑制舞動發(fā)生或減小舞動幅值。
- 雙擺防舞器： 利用其特殊的動力學(xué)特性消耗舞動能量。
應(yīng)急管理與調(diào)度：
- 制定完善的覆冰災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案。
- 在覆冰預(yù)警期間或覆冰發(fā)展期，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)和預(yù)測，調(diào)整電網(wǎng)運行方式（如轉(zhuǎn)移負(fù)荷、降低重要線路潮流），減輕覆冰線路負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)抗風(fēng)險能力。
- 做好應(yīng)急搶修隊伍和物資準(zhǔn)備，一旦發(fā)生故障能快速響應(yīng)恢復(fù)。
總結(jié)
雨凇形成的覆冰，以其高密度、強(qiáng)附著力和對電氣性能的破壞性，是威脅輸電線路安全穩(wěn)定運行的重大自然災(zāi)害。防范雨凇覆冰災(zāi)害是一項系統(tǒng)工程，需要從科學(xué)規(guī)劃、強(qiáng)化設(shè)計、精準(zhǔn)監(jiān)測預(yù)警、發(fā)展高效除融冰技術(shù)、優(yōu)化絕緣配置、抑制舞動、加強(qiáng)應(yīng)急管理等多方面入手，構(gòu)建“監(jiān)測-預(yù)警-預(yù)防-處置”的綜合防御體系，才能最大限度地減輕災(zāi)害損失，保障電網(wǎng)在嚴(yán)寒冰雪天氣下的安全可靠運行。
