中重冰区架空输电线路设计技术方案.docx
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中重冰区架空输电线路设计技术方案
目次
1范围
2引用标准
3总则
4术语和符号
5路径
6覆冰气象条件
7导线、地线
8绝缘子和金具
9绝缘配合和防雷
10导线布置
11杆塔型式
12杆塔荷载
13杆塔定位及交叉跨越
1范围
本规定适用于单回110～750kV架空输电重冰区线路设计和单、双回110～750kV架空输电中冰区线路设计，其它电压等级的高压交直流架空输电线路可参照执行。
本规定是作为《110～750kV架空输电线路设计技术规定》的补充而编制的。
也是在原“重冰区架空送电线路设计技术规定”（以下简称：
原重冰规定）的基础上扩充而成的。
70年代我国设计并建设了第一条刘关330kV重冰线路。
1992年建成了第一条天贵500kV高海拔重冰线路。
而早在1982年，为了二滩电站的安全送出，西南电力设计院在黄茅埂地区建立了大型覆冰观测塔，并架设一段0.574km具有二、三、四分裂导线的试验性线路进行同步观测，连续观测14年，为500kV高海拔、重冰区的二滩送出工程设计提供了可靠基础资料，随着这些线路的设计和运行，较好地丰富了超高压重冰线路建设的实践经验，也为编制本规定创造了条件。
750kV线路，在我国因投运时间不长，尚缺乏运行经验。
然而，重冰线路的力学特性具有普遍性和相似性，一些基本规定，对其它电压等级的高压交直流架空输电线路仍可参照执行。
2005年我国华中地区冰害事故以后，一批按提高抗冰能力改造的各级输电线路的运行经验也为中、重冰区线路的设计提供了宝贵的经验。
3总则
3.1原重冰规定第1.1条的修改条文。
中、重冰线路是输电线路的一部份，但具有较多的特殊性。
一是冰凌荷载大，成为设计中主要控制条件。
在大冰凌年，还存在因过载冰荷重而造成断线、倒塔等巨大威胁；二是具有较明显的静、动态运行特性。
如不均匀冰荷载、覆冰绝缘子串闪络、脱冰跳跃等；三是运行维护特别困难，常常需要在冰天雪地中巡查、抢修，劳动强度大且条件恶劣。
所以，世界各国都慎重对待中、重冰线路的设计和建设。
国际间建立了多个研究、交流的机构。
如：
建筑物大气覆冰国际研讨会，即：
IWAIS。
为促进各国间对冰雪问题的研究、总结与交流，从80年代开始，每2～3年召开一次。
研讨建筑物（包括输电线路、电视塔、飞机等）覆冰机理、参数、荷载特性、检测技术、事故情况和防护措施等。
国际电工委员会第11技术委员会（IECTC11），从70年代开始对冰凌荷载进行国际间广泛研讨，1991年提出了“架空输电线路荷载与强度”标准供试行，2003年在总结实践经验的基础上，进一步修订，提出了“Designcriteriaofoverheadtransmissionlines”（架空输电线路的设计标准），即IEC60826，2003－10（以下简称IEC规范），其中的6.3和6.4节专门论述覆冰及冰载取值，供各国参考。
我国在经历了1954年湖南大冰凌年之后，对冰凌的危害性有了一定的认识。
60年代，随着三线建设的发展，云、贵、川三省建设了多条重冰线路，在1968、1971等大冰凌年，出现不少冰害事故。
1976年水电部规划设计院组织召开了全国第一次重冰线路设计及运行经验交流会，提出了“避、抗、融、防、改”五字建设方针，并着手编制“重冰区架空送电线路设计技术规定”，以指导和规范全国220kV及以下重冰线路的设计。
在我国，从东北经中原到西南，线路冰害事故不断，尤以2005年2月华中地区出现罕见的冰凌，造成220～500kV线路大量倒塔和断线引发大面积停电。
中国电力工程顾问集团公司要求在认真总结事故经验教训的基础，将重冰规定扩展到500kV和750kV线路，并提高重冰线路的设计水平。
在76年全国重冰会议上，根据重冰线路的特性明确提出：
电线设计冰厚20mm及以上的地区，称为重冰区，位于重冰区的线路即为重冰线路。
2008年1～2月我国南方的冰害事故中，按10mm覆冰设计的线路事故（断线、倒塔）占90％以上，造成220～500kV交、直流线路大量倒塔和断线引发大面积停电。
为提高线路的抗冰能力，减少此类事故，提高各级输电线路的可靠性，特提出：
电线设计冰厚大于10mm小于20mm的地区，称为中冰区，位于中冰区的线路即为中冰线路。
对于中、重冰区须制定专门的设计技术规定，以规范其设计。
3.2新增条文。
《110～750kV架空输电线路设计技术规定》是全国输电线路设计的指导性文件，对轻、重冰区线路均能适用。
但鉴于中、重冰线路本身所具有的一些特殊性以及一些设计要求，在该规定中却难以一一概括，所以，需要专门编制“架空输电线路中、重冰区设计技术规定”予以补充和完善。
本规定是在总结国内外实践经验和科研成果的基础上编制而成的，亦将随着广泛实践、深化认识而不断改进和提高。
3.3原重冰规定第1.3条的保留条文。
鉴于中、重冰线路运行复杂、事故率高、维护困难，所以通过中、重冰地区的线路应结合工程的具体情况，采取有效的避冰、抗冰、融冰或防冰措施，以保证线路的安全运行。
一、避冰：
即是避开严重冰区或者在严重覆冰区内做到“避重就轻”的目的。
这是中、重冰线路设计中有效措施之一，很值得在路径大方案选择中和现场确定路经走向时认真执行。
根据经验，线路覆冰与所处地形、高程、周围的地形地物、覆冰时风速风向等因素密切相关。
在可能的情况下，线路应尽量避开暴露的山顶、横跨垭口、风道等容易形成严重覆冰的微形地段。
二、抗冰：
对于无法避开的中、重冰地区，则应根据地区历年覆冰情况，合理地确定冰区，采用相应的设计条件，增强线路抗冰能力，减少冰害事故，提高安全运行水平。
三、融冰：
目前已实施的仅有宝凤Ⅰ、Ⅱ回带自耦变压器不停电融冰方案和湖南在220kV电压及以下实施的停电短路融冰方案两种。
有条件的中、重冰线路也可试用。
四、防冰：
世界各国虽进行了很多研究，如导线外表涂料防冰及热力防冰等技术，但目前取得的新进展很少，难以保证重冰线路安全运行。
根据以上情况认为，在目前的条件下，中、重冰线路设计宜首先考虑采用避冰和抗冰措施，只有在条件合适时，才可考虑融冰、或防冰措施。
3.4原重冰规定第1.4条的修改条文。
鉴于目前对中、重冰线路有关规律尚认识不足，亟需积极开展设计、运行经验总结和科学试验工作。
这里，着重提出以下三方面工作：
1、冰凌资料的积累：
切实掌握本地区冰凌的大小、特性和出现的规律是合理确定设计条件、减少冰害事故、提高线路运行可靠性的重要前提。
60年代以来，随着线路建设的需要，有些单位搞过一些冰凌观测工作。
比较长期的计有：
330工程的关山观测站，陕西省的820观测站、湖南郴州地区的欧盐线观冰站，宝鸡局的秦岭观冰站，云南省内的东川海子头、昆明太华山和昭通大山包观冰站，四川雷波黄茅埂观冰站。
近年建设的有三峡中低海拔（1100～1800）地区站，二郎山（2987m）、蓑衣岭（2760m）、拖乌山（2600m）、雪峰山（1443m）、娄山关（1780m）观冰站等，都取得很好的资料。
其中黄茅埂观冰站比较正规，除架设观测线和观测塔外，还架设一段具有二、三、四分裂导线的试验线路，两档三塔共584m，同时在沿线附近增设了许多临时观冰点配合进行同步观测，从82年至96年连续观测了14年，为二滩～自贡500kV重冰线路建设提供了宝贵冰凌资料。
但从全国范围来看，这项工作尚不能满足电网建设日益发展的要求，今后还需要进一步普及和加强。
2、设计运行经验总结：
运行是检验设计和施工质量的唯一标准，也是衡量抗冰措施选择是否恰当，分析事故原因的重要实践场所。
因此，应特别重视中、重冰线路的回访、调查和总结，不断加深对冰凌情况和冰害事故的认识。
3、开展科学试验研究工作，主要方面有：
（1）建立有效的线路覆冰计算模型，逐步做到应用气象参数、线路特性和地形因素等推断线路的覆冰情况；
（2）研究绝缘子串覆冰闪络的有效防护措施；
（3）探讨新的防冰、除冰和融冰方法。
3.5新增条文
根据“110～750kV架空输电线路设计技术规定”的规定，110～750kV线路按设计荷载区分为两类等级，即330kV及以下等级线路设计冰厚按10m高30年一遇标准冰厚选取，750kV和500kV按10m高50年一遇选取。
考虑到中、重冰线路事故率高，如果为提高其可靠性，加大设计荷载，则又会使线路的投资和材料消耗显著增大。
兹将西南地区部份重冰线路各冰区耗钢指标（t/km）对比列出如下：
表3－1
工程名称
电压
（千伏）
设计冰厚（mm）
备注
10
20
30
南九线
220
13.96
27.10
37.20
导线1×400mm2
天贵线
500
27.40
50.90
71.70＊
导线4×300mm2
二自Ⅰ回
500
44.00
77.30
160.90
导线4×400mm2
二自Ⅱ回
500
43.84
80.40
132.22
导线4×400mm2
二自Ⅲ回
500
41.42
87.82
163.70
导线4×400mm2
＊实际设计条件为：
20mm设计，40mm验算。
考虑到110～330kV线路在系统中的重要性存在一定的差别，为了合理配置国家资源，在中、重冰线路设计中应根据各工程实际安全需要，对其运行可靠性相应地予以区别对待。
为此，本规定在上述分类的基础上，再进一步将线路工程细分为三类，即适当地提高了系统中部份重要的220kV、330kV线路荷载水平，以便在合理投资的基础上，把重要线路冰害事故的损失降到最小，以取得较好的经济效益。
具体分类如下：
一类：
750kV、500kV，重要330kV
二类：
一般330kV，重要220kV
三类：
220kV及110kV
从定性方面衡量，三类不同等级的中、重冰线路在遭遇如2008年1～2月南方地区类似的大冰凌情况时，各类线路的安全运行水平，原则上应是：
一类线路基本上仍能安全运行；
二类线路仅在个别地段出现少量过载性事故；
三类线路容许有一定程度破坏性事故。
4术语及符号
4．1术语
按照规程编撰要求，补充与中、重冰区相关的术语及相关解释并附以英文译名。
4．2符号
根据正文中使用情况，增加本章节，将多处引用的符号列入4.2节。
5路径
5.1保留原重冰规定第2.1条精神，略作文字修改。
中、重冰线路路径方案的选择，原则上应综合各方案的覆冰情况、地形、交通维护条件、路径长度、投资费用和材料消耗，以及事故后果等因素进行技术经济比较，然后予以确定。
但鉴于目前各地区对冰凌资料的掌握和对冰害特性的认识还不够，尚难以可靠地保证中、重冰线路的安全运行，在这种情况下，为了避免对中、重冰线路的“事故多发性”、“抢修困难”、“事故损失大”等难以量化，而又会长期困扰运行部门等不利因素能予以重视，因此，强调在路径大方案选择中应偏于安全，故在条文中特别提出应在保证运行安全的情况下进行技术经济比较与选择。
在现场确定路径走向时，仍然应把“避开严重覆冰地段”作为一个重要条件来考虑，也是因为严重覆冰地区线路的冰害事故，目前尚无可靠的防止措施。
而一些采用避冰和改道的重冰线路运行情况却有了显著改善。
如：
湖南110kV柘湘线，1964年2月在＃219～＃220杆发生冰害事故，于1965年改道避冰后，运行情况良好。
云南110kV阳昆二回线于1962年2月将老鹰山长约8km一段进行改道，避开重冰区后，运行良好。
滇东北地区110kV宣以线于1964年将大竹山长约6km一段改道，避开严重覆冰区，取得良好效果。
从上述资料可以看到：
线路的安全运行与否，与路径关系很密切，而一般中、重冰线路通常都存在有“避冰方案”可供比较选择。
如果在现场确定路径走向时能重视避冰方案的选择工作，是能够选出较合理路径的。
5.2保留原重冰规定第2.2条精神，略作文字修改。
这些都是在已有重冰线路运行实践中总结出来的可贵经验，要求在现场确定路径走向时，应尽量做到的一些事项。
1、已有的重冰线路运行经验表明，严重覆冰地段线路，不但造价高，而且往往由于冰凌资料缺乏，设计所估算的冰厚条件，很难符合现场的实际情况，以致不时出现破坏性冰害事故，给运行带来巨大的损失和长期隐患。
所以，在现场确定路径走向时，对于通过调查，访问或将现场判断所确定的严重覆冰地段应尽量予以避开。
覆冰污秽地区线路，除常温条件下会出现污闪事故外，在覆冰季节更会因覆冰绝缘子串绝缘强度下降而出现冰闪事故。
而且，在目前的条件下，防止冰闪的有效措施还限于增加绝缘串长度，即降低工作电压下沿冰面闪络时的电位梯度。
这将直接影响塔头尺寸，而且随着电压等级升高而愈益显著，所以，在设计中对这类地区也应尽量避开。
2、要求线路尽量沿起伏不大的地形走线是因为：
中、重冰线路定位档距不宜太大，同时要求各档距间尽量均匀，以减少不平衡张力；其次，各相邻档的高低差也要求小一些，以避免脱冰跳跃和不均覆冰时引起悬垂绝缘子串上翻，碰坏绝缘子和出现永久性接地故障。
3、根据已有工程的运行经验，凡属垭口、风道等处，受气流抬升和速度增大的影响，覆冰比其它地段显著增大，常常引起冰害事故。
如湖南110kV拓湘线＃219～＃220档横跨垭口，档距309m，距＃219杆60～180m一段刚好处在垭口所形成的风道中，1964年2月覆冰时，处于风道中的导线上冰凌荷载达115N/m，而在风道两侧的导线上仅有簿冰。
贵州110kV六水线N63～N64，档距339m，横跨在一迎风坡的风口处。
虽已按20mm重冰设计，但由于覆冰比相邻地段显著增大，致使66～67年和76～77年两个大冰凌年，均在该档导线耐张线夹处，造成过载性断线事故，第一次导线铝股全断，钢芯从线夹中抽出；第二次导线铝股和钢芯同时被拉断。
而附近各段线路却运行良好。
此外，还可从现有观冰资料中看到，在山区，在同一大气覆冰条件下，各点因地形因素影响，而使覆冰量差别很大。
如四川黄茅埂观冰站、点。
1985～1986年冬大冰凌时期，各站、点的实测资料如表5－1：
表5－1
站点名称
黄茅埂站
老林口点
五指山点
七里坝点
相对位置
主站
主站东偏南23km
主站东偏北71.0km
主站西南95.0km
高程（m）
2835
2100
1500
3100
覆冰量（N/m）
31.1
246.0
55.0
11.4
又如二郎山观冰站资料如表5－2所示，覆冰量与冬季主要覆冰气流的相对关系非常密切。
所谓地形因数影响，大多数情况下可归于对主要覆冰气流的影响。
表5－2
站点情况
覆冰量（N/m）
年度
二郎山垭口站2987m，始
终处于冬季主覆冰气流中
迎风坡站2860m，垭
口东1.7km处，处于
主覆冰气流边缘
背风坡站2830m，垭
口西1.4km处，处于
主覆冰气流下降途中
2002
154.80
6.00
55.20
2003
147.20
3.20
56.00
2004
128.00
10.40
63.60
2005
120.40
4.40
93.20
2006
132.00
6.80
86.00
4、中、重冰线路中的大档距和大高差档，悬点应力高，不平衡张力大，容易出现过载性断股、断线事故，选择路径和定位时，应注意限制使用档距和相应的高差。
5、通过山岭地带宜沿覆冰时背风坡走线，是因为在冻雾型覆冰中，地形对覆冰有很大影响，运行经验表明，严重覆冰多出现在冻结高度（覆冰时期云雾底部）以上，并处于抬升气流的迎风坡地带，在山的背风坡，对过冷却水滴和覆冰风速均有明显屏蔽减小作用。
6、中、重冰线路耐张段不宜太长，一是减小耐张段内因覆冰或不同期脱冰所产生的不平衡张力；二是限制冰害事故的影响范围。
IEC规范曾明确规定，在严重覆冰的重要线路上，应每隔若干基插入一基抗串倒的杆塔；三是便于运行维护和抢修。
7、鉴于中、重冰线路荷载大，在运行中还会出现较严重的冰凌过载情况，这样将使杆塔角度荷载随转角增加而显著增大，容易导致大转角杆塔的损坏。
据贵州110kV水盘线统计，1968大冰凌年，使该线路8基大转角（＞30）拉线钢筋混凝土杆，向内角方向严重弯曲、裂纹，其中一基（＝3620）主杆因弯曲受压出现水泥脱块。
云南110kV以东线，1963年覆冰时，使＃37杆（＝5335）分角拉线上把滑脱，造成倒杆事故。
据此，要求中、重冰线路转角度数不宜过大以增加耐张转角杆塔抗过载的能力。
6覆冰气象条件
6.1原重冰规定第3.1条修改条文。
本条引自“110～750kV架空输电线路设计技术规定”§6.1条有关规定，内容解释请详见该规定相关说明。
6.2新增条文。
1、电线覆冰与天气条件、地形因素、线路特性等三者密切相关。
我国现有气象台站，大都位于城镇附近，即使处在同一凝冻天气条件下，由于地形因素和线路特性不同，所观测到的冰凌数值往往偏小，不能代表线路覆冰的实际情况。
早年湖南省设计院曾对此有个统计分析资料。
现列出如下：
湘中地区覆冰概率统计表
表6－1
重现期（年）
地区
项目
长潭株地区
郴州地区
5
10
15
5
10
15
冰厚
（mm）
气象台站的统计资料
6.5
9.7
11.2
3.5
5.0
5.8
现有电力线的统计资料
11.2
14.5
16.1
9.51
11.7
13.86
从表中气象台站与现场电力线统计资料对比，值差在10mm以内。
但必须注意，上表差值所代表的应是两者覆冰速度的差异，即现场电力线覆冰将比台站覆冰厚度大1.5～2.4倍才是，当大冰凌年时，两者数值差异将显著增大。
这就充分说明，对于所搜集到的冰凌观测资料，首先，应结合线路现场实际情况进行有关参数换算和订正工作，提高其有效性，然后再进行频率分析和设计冰厚选择。
2、根据IEC规范，冰凌荷载与风荷载一样，如果按年最大值统计，其分布规律与理论的极值Ⅰ型分布能较好地吻合，为此，推荐在冰凌荷载的统计分析和冰厚选择中采用极值Ⅰ型分布。
在上述规范中，对设计冰荷载的选择也提出一套较完整的方法可供参考使用。
即提出三种不同情况下选择设计冰荷载的模式如下表：
表6－2
序号
观冰年数（n）
平均值
标偏σg
1
≥20
σg<0.7
2
10≤n<20
0.5
≤σg≤0.7
3
不定，只有一个最大值gmax
0.45gmax
δg=0.5
导线直径d和离地高度Z的影响，可按下式近似考虑。
对于冻雨覆冰
Kd≈0.35d/30+0.65
Kh=0.075Z/10+0.925
对于冻雾覆冰
Kd≈0.15d/30+0.85
Kh受地形及气象条件的影响甚大，尚待研究。
可根据上述方法，计算出所需的设计基准冰荷重。
（3）利用气象参数模型，推算年最大冰荷重值。
然后按上述方法，计算出所需的设计基准冰荷重。
3、鉴于目前各地冰凌观测资料很少，不但不能应用数理统计方法选取设计冰厚，而且往往连一个较确切的历年最大冰凌数据也难以获得。
在这种情况下，就只能通过对地区气象台站资料的分析和沿线覆冰情况的调查来解决，具体作法详见6.3和6.4条所示。
6.3原重冰规定第3.2条保留条文
电线覆冰既受大范围的天气形势和凝冻条件控制，又与线路实际所处现场位置、高程、周围地形、地物、覆冰期的风速、风向、水汽供给等地形因素，以及输电线路本身电场、架设高度、导（地）线扭转性能等线路特性密切相关。
所以，设计冰厚的选择，首先必须做好如下两方面的工作。
一是充分搜集地区已有气象站、观冰站、电力线、通信线等历年的冰凌资料，以供参考使用。
此外，还需要通过气象站长期气象记录资料，了解该地区历次大冰凌年的天气形势和相应的气象要素，如：
气温、湿度、降水量、风速风向以及凝冻持续时间等，从而，可初步掌握该地区凝冻天气出现的规律和可能达到的严重程度。
二是进行线路沿线的调查访问。
鉴于各地大冰凌年出现次数不多，给予人们的印象较深，一般通过访问都能了解到该地区通信线和各种植被上覆冰情况、持续时间、出现次数以及冻结高度等方面资料。
如果进一步与气象台站资料印证分析，即可确认该地区大冰凌年覆冰的严重程度和重现的次数。
6.4原重冰规定第3.3条保留条文。
这里强调指出的是在掌握地区冰凌资料之后，还需进一步做更细致、更重要的工作，即结合线路沿线所经地段的地形、地物等情况，充分计入地形对覆冰的影响因数后，才能较合理地选择设计冰厚和划分冰区。
对于个别可能出现严重覆冰的微地形、微气候地段（如山垭口、风道、对覆冰气流中明显处于暴露的突出地带等）设计时可划为严重覆冰区。
也可采取在同一冰区内，作为特别加强地段处理。
即额外加强该段杆塔、基础、导地线等。
这里，兹将部份地形对覆冰影响的事例列出如下，以供参考。
（1）1966～1967年冰冻时期，110kV贵六线岩脚寨附近＃169～＃170一档高差150m，至垭口180m巡线时在山脚下＃169杆附近见到导线上覆冰仅几mm，但随着高度增加，覆冰逐渐增大，在垭口＃171～＃172导线上实测得冰厚达52.7mm。
（2）湖南郴州欧盐线观冰站，1977年2月3日在海拔523m且位于风口的主站测得观测线上冰凌重72.0N/m，而海拔400m，且北面有山峰屏蔽的南分站同期测得冰重仅11.0N/m，差值达6.5倍。
（3）500kV葛双Ⅰ、Ⅱ回平行架设，相距仅500～600m，设计覆冰10mm，验算覆冰15mm，其中Ⅱ回系1988年建成，在罗集镇附近，因条件限制，有2.7km线路走入高山地段，相对高差达300m（地面高程578m）。
因深入该地区冬季覆冰冻结高度以上而未予加强，以致1994、1995连续两年均在该地段造成多基倒塔事故。
而山下Ⅰ回线路却运行良好。
（4）500kV五民线，1995年建成，全线分别按15、20mm两种冰区设计。
线路在宁乡巷子口附近翻越山脊，相对高差110m（地面高程达609.5m）形成1.2km长的突出地段。
设计时虽考虑覆冰增大因素，将设计冰厚提高到20mm。
但由增加不足，2005年2月，湖南地区出现大冰凌时，因实际覆冰达到7.0～8.0kg/m（折合冰厚39～42mm），而造成该段连续倒塔3基（同期该线路两段15mm冰区在类似地形条件下倒塔7基）。
（5）330kV龙黄、龙花Ⅰ、Ⅱ回共三回线，设计冰厚均为10mm。
在湟源县与湟中县交界的垴山地区，同跨一条大沟，档距较大。
1992年10月，因该地区出现罕见的严重覆冰现象，致使该跨越档覆冰严重超载（折算冰厚达20～35mm）以至造成三回线路同在该处共倒塔8基。
龙羊峡水电站因此全厂停机25天，少送电量6271万度。
西北地区一般比较干旱，冬季很难出现大的覆冰现象。
但在某种大气环流引导下，南方潮湿气流仍有机会侵入，如果地面温度在零度以下，即可能构成重的覆冰现象。
为此，对于重要的Ⅰ级线路，这种罕见的低机率荷载，设计中仍以计入为宜。
6.5原重冰规定第3.4条修改条文。
重冰区气象条件可参照表6－3中所列数值
重冰线路的冰区
表6－3
冰区
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
设计冰厚（mm）
20
30
40
50
同时风速（m/s）
15
同时气温（℃）
－5
冰的密度（g/cm3）
0.9
注：
根据实测资料，覆冰同时风速可按实测资料选取。
为了便于今后重冰线路标准化工作的开展，综合现有的各地重冰线路的设计气象条件，提出了重冰线路设计用典型气象区，以供参考和采用。
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