(一)荆门地区微气象成因
荆门地处秦岭南支荆山余脉和大洪山南麓,整体地势东、西两面最高,北部次高,南部较低,呈现东西低山坳谷、北部丘岗冲沟、南部平原湖区态势。
荆门常年主导风向为N,在冬季期间,西北季风南下,由于受到两座山脉阻挡在荆门北部产生狭管效应,长驱直入,风速增加,因此造成荆门地区风速偏大、气温偏低。
荆门平均风向频率玫瑰图
荆门地理环境示意图
2004年底,受强冷空气南下的影响,湖北省先后出现了较大范围的雨雪天气,湖北电网110千伏及以上架空输电线路因导地线严重覆冰、导线舞动和绝缘子冰闪等原因,遭受到了不同程度的破坏。2005年湖北省电力公司发布“鄂电司生[2005]145号文”,划定从荆门电厂至500千伏荆门变(双河变)从西至东约21千米,从北边的胡集至南边的五里铺约70千米的范围内,为15毫米覆冰涵盖地域(下图红色区域),荆门微气象区的概念也来源于此。
荆门微气象区域范围示意图
(二)2024年首轮寒潮期间线路
运行情况
1.气象数据收集情况
2024年1月底2月初,全省经历了首轮寒潮。据荆门气象监测站资料记载: 从1月31日夜间开始,我市先后出现了雨、冻雨、雨夹雪、冰粒和纯雪天气,至2月7日08时,最大积雪深度为京山地区14厘米;过程最低气温出现在4日夜间,为沙洋地区-7.5℃;日极大风速出现在2月1日,为荆门城区18.9米/秒。电线积冰厚度在1~8毫米。
2.高压线路运行情况
根据运行单位观冰点监测数据,2月1日至2月7日期间,受寒潮影响,荆门境内共有3条高压线路出现覆冰情况。
线路名称 | 电压等级 | 最大覆冰 | 最大风速 | 最低气温 |
爱南线 | 220千伏 | 1.43毫米 | 14.61米/秒 | -6.8℃ |
远双线 | 220千伏 | 1.43毫米 | 12.63米/秒 | -6.5℃ |
胡峪线 | 110千伏 | 0.43毫米 | 9.3米/秒 | -5.7℃ |
此外,2月2日上午220千伏双郢一回#100~#101杆塔之间发生三相舞动,平均舞动幅值1.5米。
本轮寒潮期间荆门电网未发生35千伏及以上线路跳闸事故。
(三)线路覆冰及舞动影响分析
1.线路覆冰
从杆塔结构来看,导(地)线覆冰时整体重量增加,同时受风面积增大导致水平风荷载变大,杆塔综合荷载显著增长。从电气运行来看,绝缘子覆冰可能造成冰闪跳闸;自然融冰时导线的脱冰跳跃还有可能导致相间故障。
导线覆冰综合荷载示意
导线在不同工况下的覆冰荷载计算对比如下:
导线型号 | 设计工况组合 | 计算荷载 (牛/米) | |||
气温(℃) | 覆冰 (毫米) | 风速 (米/秒) | 覆冰风荷载 | 综合荷载 | |
LGJ-240/30 (自重荷载9.03牛/米) | -5 | 10 | 10 | 3.74 | 18.18 |
-5 | 15 | 15 | 10.45 | 26.4 | |
-5 | 20 | 20 | 24.02 | 40.09 | |
LGJ-400/50 (自重荷载11.3牛/米) | -5 | 10 | 10 | 4.29 | 22.13 |
-5 | 15 | 15 | 11.67 | 31.26 | |
-5 | 20 | 20 | 26.38 | 45.99 |
典型截面导线不同覆冰工况
计算对比
计算表明:若以两种导线基本设计覆冰工况(气温-5℃、覆冰10毫米、风速10米/秒)为基准:覆冰15毫米、风速15米/秒时综合荷载分别增加45%、41%;覆冰20毫米、风速20米/秒时,综合荷载分别增加120%、108%,呈翻倍增长趋势。重覆冰叠加大风速将可能导致杆塔实际受力超出设计允许值,破坏杆塔结构。
2022年1月110千伏南象线
覆冰情况
2.导线舞动
舞动原因:导线是规则的柔性结构体,在稳定低风速(0.3~8米/秒)的激励下,将会产生与风垂直的振动和与风同向的摆动。在不规则的覆冰情况下,受风面会呈现不规则的变化,风力产生的空气动力将为随机的、不规则的变量,当达到一定条件便会诱发导线产生自激励振动。
舞动特点:频率低、幅值大,且线路的方向与风向的夹角越接近垂直,导线发生舞动的概率就越大。
舞动危害:主要有机械损伤和电气故障两类。
机械损伤类:螺栓松动、脱落影响铁塔受力,金具、绝缘子、跳线损坏带来掉线停电,导线断股、断线,塔材、基础受损等;电气故障类:相间跳闸、闪络引发相间短路,导线烧蚀、断线,相地短路以及混线跳闸等。
(四)设计采用防治措施
荆门10~15毫米覆冰区域主要位于北部丘岗冲沟,电线覆冰的防治措施可以归纳为“避、抗、改、防、融” 五要素。
典型垭口湖泊地带
合理划分冰区开展差异化设计
针对高海拔重覆冰区进行路径迁改
除冰机器人
直流融冰现场
荆门地区的3级舞动区主要位于北部丘岗冲沟,对于新建架空线路,设计上通常采取以下几项措施防止舞动:
线路舞动示意
a-EB挂板 b-GD挂板
预绞丝悬垂线夹
相间间隔棒防舞动