0 引言

覆冰是一种受温度、湿度、冷暖空气对流、环流以及环境风等因素决定的综合物理现象，根据大气条件和环境参数的不同，覆冰可以分为雨凇和雾凇两种类型^[1]。与雾凇的干增长方式相比，雨凇的湿增长方式经常造成导线和绝缘子覆冰程度的差异。湿增长条件下，过冷水滴具有一定的流动性，不容易在导线上堆积，但容易形成冰凌，从而增加绝缘子的桥接程度^[2]。因此在雨凇覆冰时，绝缘子的覆冰厚度可能并不严重，但形成了严重的桥接，短接了绝缘子空气间隙，从而造成了线路覆冰闪络。本文以蒙东地区某500 kV输电线路为例，对覆冰闪络故障进行分析，并制定相应的防范措施。

1 500 kV线路覆冰闪络故障情况

大兴安岭原始森林茂密，地理环境复杂，且微地形、微气象环境居多，气候变化多样。每年秋冬、冬春换季时节，常常会因内陆暖湿气流与西伯利亚的寒流对撞，形成冰冻雨雪天气，导致输电线路导、地线覆冰，轻者造成导、地线脱冰跳跃，重者造成相间短路故障跳闸，给输电线路运行带来极大困难。

1.1 故障现象

2018-04-14T05：00，某500 kV线路两侧开关跳闸，L2相（左边相、迎风侧）故障，重合闸动作、重合成功，保护正确动作。运维人员在376号直线杆塔绝缘子上、下均压环上发现了明显的放电烧伤痕迹（见图 1），且376号杆塔至红城开关站间距离与故障测距相符，确认376号直线杆塔上发现的放电点为本次故障点。

1.2 故障区段参数及地形

故障线路全长242.217 km，共561基铁塔。故障杆塔塔型为ZBCK1，绝缘子型号为FXBW-500/ 300-2，导线型号为JL/G1A-400/35，地线型号为GJ-100和OPGW。

376号杆塔为直线塔，所用悬垂绝缘子串为复合绝缘子，伞形结构为“一大两小”，结构高度（4900±50 mm，绝缘高度为4530 mm。复合绝缘子结构见图 2。线路绝缘子的耐受电压梯度为61 kV/m。

发生故障的376号杆塔处于阿尔山三角山以南6 km处，故障地段线路走向为由北向南，故障区段平均海拔为1190 m，主要地形为山地，气候类型为温带大陆性季风气候，常年主导风为北风（与线路走向夹角为15°），常年平均气温在0~6 ℃，年均降水量350~450 mm，周边无污染源。故障区段实际地形见图 3。

1.3 故障时段天气情况

故障当日，受冷空气影响，兴安盟地区出现雨夹雪并伴有沙尘暴恶劣天气，持续时间为1 d。当地气温0~3 ℃，偏北风，风速1.3 m/s，相对湿度94% RH，故障时段降水量达2.9 mm（气象局发布雨情公报称全天降水量为16.9 mm）。

2 故障原因分析

根据现场勘察，同通道内2条500 kV线路均有1个耐张段处于大兴安岭垭口地形，每年换季时节多出现雨雪天气，极易形成雨凇覆冰。从4月13日开始，由于376号杆塔所在地区出现雨夹雪降温天气，大气中的大量过冷却水滴冻结在绝缘子、金具、导线表面，形成了雨凇覆冰现象（见图 4）。

现场照片显示，覆冰形态较为透明光滑，并且融冰后绝缘子表面覆冰已基本消失，冰凌长度较长，可以推断故障发生时，绝缘子覆冰桥接程度严重，符合雨凇覆冰特征；同时，雨夹雪的天气状况也更易形成雨凇覆冰^[3]。雨凇覆冰是绝缘子冰闪电压最低的一种情况，根据中国电力科学研究院的研究成果，严重雨凇覆冰条件下，500 kV绝缘子50%闪络电压梯度为64 kV/m，每km闪络电压下降超过4.64%，故障所在区域平均海拔1190 m，则50%闪络电压梯度为61.4 kV/m，与376号杆塔绝缘子耐受电压梯度61 kV/m相近。考虑到凌晨一般为24 h内温度的最低点（非融冰时段），且故障时段为雨夹雪天气，造成376号杆塔绝缘子严重覆冰。覆冰过程中，雨凇覆冰形成的冰凌快速增长，对绝缘子伞裙形成了桥接，同时降雨条件对绝缘子表面具有湿润作用，造成绝缘距离大大缩短，从而发生沿面闪络^[4]。覆冰冻融的动态过程中，会将绝缘子表面的污秽物溶解到冰层中，又进一步提高了冰层的导电率^[5]。

根据均压环和绝缘子表面的放电痕迹，结合故障时段气象条件，综合分析认为故障线路376号杆塔绝缘子发生了覆冰闪络，从而造成跳闸故障。

3 防范措施及建议

根据当地特殊地理环境和气象条件，结合本次故障特点，提出以下防范措施和建议。

（1）在线路设计阶段，应充分考虑线路所处地区的气象条件和通道走廊利用率，尽可能减少紧凑型线路的使用，避免微地形、微气象区域对线路造成不利影响。

（2）在线路重点区段设置观冰点、观冰站，监测输电线路导、地线覆冰情况；收集微气象数据，完善微气象区、微地形区输电线路运行环境监控手段和管控措施^[6]。

（3）结合输电线路运行情况、气候环境特点，绘制冰区分布图并适时修订，以指导雨雪冰冻灾害防治工作。

（4）积累极寒、高海拔林区输电线路运行经验，收集沿线地形、环境数据，开展线路运维检测，落实微地形、微气象区防冰、防雷差异化改造方案^[7]。

（5）建议将两边导线的绝缘配置单Ⅰ串改为大伞隔断的防冰复合绝缘子或采用插花串，既起到防止沿绝缘子串表面形成连续短接冰凌的作用，又有一定的防鸟效果^[3]。

（6）条件允许情况下尽量采用V形串或倒V形悬垂绝缘子串。倾斜的绝缘子不易形成连续冰凌，而且能够提高绝缘子串的自洁性能^[4]，防止冰凌桥接而形成闪络通道。

（7）合理配置输电线路融冰装置，防止导、地线发生覆冰断线情况。

4 结语

处于垭口地形的某500 kV输电线路，在每年换季时节雨雪天气下，极易形成雨凇覆冰桥接复合绝缘子闪裙，造成输电线路覆冰闪络故障。输电线路设计及运维工作中应充分考虑微地形微气象因素的影响，采取可靠的防冰措施，防止闪络跳闸故障及导地线覆冰断线事故的发生，保障输电线路的安全稳定运行。