提高配电线路抗风雪、雾霾灾害能力分析与对策

电力18讯：    
    去冬今春，由于受拉尼娜现象影响，大气环流异常，一场历史罕见的风雪、雾霾灾害袭击了河北的大部分地区。持续近一个月的风雪、雾霾灾害极大地影响了社会生产生活秩序，更是给电网带来了前所未有的灾难，跳闸、断线、倒杆频频发生，甚至导致许多地区发生了电网解列、全县失电等事故，灾害造成的影响非常广泛、损失十分巨大。经过供电员工的艰苦奋斗，在全社会的共同努力下，才逐渐恢复了电网的正常供电。

    在这次电网抢修过程中，供电抢修人员遇到了很大的困难，天气恶劣、地形复杂、运输困难、时间紧、任务重，经受了前所未有的挑战，全体抢修人员克服困难、发扬不怕艰险、连续作战的精神，赢得了最后的全面胜利，也得到了全社会的关注和赞誉。

    灾害过后，有许多问题引起了多方的思考，为什么电网受灾会如此严重？为什么抢修会如此艰难？今后有效的防范措施应该是什么？我们也对这些问题进行了思索，从我们蠡县的实际情况出发，对配电线路如何采取更为科学和有效的应对措施进行了探讨。

    一、蠡县配电网受损情况及故障原因分析

    蠡县地处京、津、石三角腹地，保定、沧州、衡水三市交界处。总面积650平方公里，全部为平原，蠡县属东部季风区暖温带半干旱地区，大陆性季风气候特点显著，春多风干燥，夏多雨炎热，秋天高气爽，冬干燥寒冷，四季分明，全年主导风向为南西风，达到8级以上标准大风以北西风或西北风居多，分别占总数的50%、30%以上。干旱、风雪、雾霾等灾害天气较多。

    蠡县从2011年11月中旬开始，遭受了50年以上未遇的持续40多天的严重风雪、雾霾灾害天气，配电线路发生了大面积倒杆、断线故障，给电网正常供电带来了很大的影响。11月14日，地处蠡县桑园镇的几个行政村首先出现断电情况，10kV线路相继断线，到12月2日，蠡县的配电网损失发展到了最严重的程度，全县累计全停35千伏变电所2座，35千伏线路累计受损6条共18.22公里、倒杆35基；10千伏线路累计受损44条共134.24公里、倒杆39根；0.4千伏及以下低压线路受损189条共计122.36公里，倒杆48根。共有13个乡镇、45个行政村受到影响，停电台区606个，累计停电户数4.76万户，停电人口13万多人。

    蠡县的9个乡镇都出现了严重的倒杆断线情况，而且倒杆断线绝大部分都发生在农村，城区的配电网却基本完好无损，从蠡县的配电线路故障来看，有如下现象和特点：

    1、线路故障和线路的城镇农村关系明显，城镇地区基本没有故障线路；农村地区，其故障线路占该农村线路的20%以下；特别是边远农村的地区，其故障线路约占农村线路的50%以上。

    2、线路故障和线路的线径关系明显，倒杆、断线情况在分支线路上尤为突出，而分支线的线径通常较小，受损线路线径通常都在70 mm2及以下，其中约３/4的受损线路线径在35 mm2及以下。

    3、线路故障和线路档距关系明显，线路受损特别是线路断线倒杆现象在大档距的线路上有较多发生，比如，线路单杆档距超过120m和双杆档距超过250m，断线倒杆情况就非常普遍。

    4、水泥杆倒杆现象绝大部分集中在直线单杆上，部分发生在耐张杆上，而且老旧的水泥杆，倒断的情况也相对严重。耐张、转角杆杆顶折断现象也较普遍。

    5、在倒断的水泥杆中，发现由于拉线绝缘子回头线固定未采用线卡子而使用铁丝绑扎，由于绑扎长度不够和不紧密尾线被拉出；也发现由于铁丝锈蚀造成钢绞线锈蚀被拉断；也有拉线抱箍加劲板制作不规范，部分采用钢筋而未按要求采用扁钢，拉线抱箍拉断；部分拉线埋深做假拉棒埋地部分扭曲；还有一些水泥杆的拉线绝缘子断裂。

    6、部分受损线路，横担发生了扭曲甚至折断现象，有一些线路的绝缘子也有断裂发生，有部分受损线路有光缆等通讯线路搭挂，倒下的树木压在搭挂线路上。

    配电线路发生杆身倾斜、导线断裂、电杆倒断等故障，其直接原因都是因为电杆或导线所受应力超出了其承受极限，引起电杆和导线受损，随着所受应力的加大和受损情况的加剧，电杆和导线的薄弱部分将受到急剧破坏，进而发展为杆身倾斜、导线断裂、电杆倒断，其基本原理就是物理学中的力学平衡原理，没有复杂的变化，也比较容易理解。但是，造成受力平衡关系被打破的原因却有所不同，而找出和分析这些原因，则是我们拿出针对性措施，有效提高配电线路抗灾能力的基础。

    通过对这次风雪、雾霾灾害中蠡县的配电线路故障现象和特点的进一步分析，可以得到如下故障原因：

    1、线路设计一般只选择几种合理的气象组合作为设计控制条件，蠡县架空配电线路按覆冰10mm套用，由于蠡县地形属平原，按常规线路没有覆冰现象，由于近几年气候异常变化，风雪、雾霾灾害导致线路覆冰，冰荷越大，所受应力越大，线路也越容易遭受破坏，导线覆冰时的应力超过其破坏应力而断线。这是引起线路断线、倒杆的主要原因。

    2、导线耐受拉力或张力的大小和线径的大小关系成正比，线径越大、能承受的力自然越大，相同线径的导线，有钢芯的或钢芯加强型的能承受的力也越大，这些很容易理解。所以，在相同的覆冰情况下，线径越细的线路，也越容易发生断线。

    3、线路的档距和线路所受应力基本上也是正比关系，当线路档距越大时，该档线路上覆冰的总量必然越多、越重，同时，档距越大、线路弧垂往往也越大，这时也更容易让线路受力过载，从而造成故障。

    4、在线路发生断线时，电杆受到突然的冲击力，如果冲击力加上另一侧导线的张力超过电杆的抗弯矩，电杆难免折断。在配电线路设计中规范只要求直线型杆塔断线工况按断一根导线、无风、无冰计算工况的荷载，耐张型杆塔的断线情况，按同档断两相导线计算情况的荷载。这次风雪、雾霾灾害断三相导线及为普遍，为此大面积倒杆也就成为必然现象。

    5、在配电线路中，对耐张杆、转角杆、终端杆等电杆而言，良好的拉线固定通常是保证电杆稳固的重要措施，一旦拉线出现问题，电杆将失去稳定，非常容易折断或倾倒，如果线路没有发生断线情况，电杆还可以在两侧导线的帮助下直立，如果发生断线，则电杆很容易折断或倾倒。耐张杆、转角杆、终端杆拉线在电杆上固定的位置许多供电公司习惯在横担下100mm处，由于断线杆顶不能满足抗弯矩的要求造成杆顶折断。

    6、如果线路覆冰过大，还有可能引起部分横担变形或断裂，也有可能过重的重力扯断线路绝缘子，这时，线路突然的转动或震动也会产生冲击力，给导线或电杆造成损伤。树木倾倒在搭挂线路或线路本身上时，自然也会给线路冲击，甚至过重的树木直接就有可能压倒线路。

    二、配电网抢修中遇到的困难及分析

    要想科学有效地提高配电线路的抗灾能力、尽量可靠地保障供电，除了要找到和分析线路在风雪、雾霾灾害中发生故障的原因之外，很重要的一点就是还要从线路受灾后的抢修重建的难易程度进行考虑。在这次蠡县配电网的风雪、雾霾灾害抢修重建中，也遇到了前所未有的困难，主要体现以下方面：

    1、农村地形给抢修重建带来了很大的困难。由于这次配电线路故障基本都集中在农村，很多地方交通不便、地形险恶，抢修材料尤其是大件的材料难以运达现场，比如水泥杆的运输就成了非常大的问题，我们可以想象重达850公斤的10m多长的电杆靠人力移动的艰难。很多抢修现场，大型器械根本无法到达或展开，也给抢修工作也带来了难度，立电杆时，仅靠人力和简单器械的辅助，其工作量、工作难度和危险性就大大增加了。偏僻的位置和险恶的地形还给诸如通讯联系、后勤保障等很多方面带来了困难。

    2、恶劣的气候条件给抢修重建带来了很大的困难。冬天天气冰冷潮湿，增加了抢修人员的体力消耗，由于潮湿和泥泞，抢修队伍背负着重重的线材和工具，在行进更加艰难，有些农村的道路，由于低温的环境，在很长的时间内都结着冰，路面湿划，车辆得系着防滑链才能行动，即缓慢又危险。有时候云雾缭绕，能见度低，也给抢修工作也平添了几分困难。

    3、大范围的电网受灾使物资供应难以满足抢修的需要。这次风雪、雾霾灾害，对电网影响的范围之广也是前所未有的，多个乡镇严重受灾，又恰逢元旦春节期间，上游原材料供应缺乏，导致抢修物资的供应出现了极度的紧张。另外，由于地形和气候等原因，即使供电企业拿到了所需物资，要把物资及时运到抢修现场也是一个非常大问题，特别是电杆，从供电企业的仓库运到抢修现场往往比从生产厂家运到供电企业费劲得多，二次运输困难重重。

    4、大范围的电网抢修重建使得人员力量也显得难以保障。由于抢修任务时间紧、工作量大，加上受到地形和气候条件等限制，很多工作只能由人力来完成，所以要求投入的人工就更加得多。在这次风雪、雾霾灾害中蠡电公司共出动了供电抢修人员1050人次，车辆254台次，民工4085人次。即使有这么多的人力投入，在部分抢修工作中，还是觉得人手不足，而且，在元旦春节期间雇请民工也很困难，更不要说去组织大量的有供电线路工作经验的人员了。

    5、风雪、雾霾灾害抢修重建面临的安全风险压力空前。首先，交通安全面临挑战，装载10多米长的电杆和沉重物资的车辆在弯曲狭小的农村道路行进，而且部分路段路面湿划、崎岖不平，行动起来就更困难了，其次，人员背负着器材工具，在泥泞中行走攀爬，甚至有时得翻越沟壑，稍微不留神就会摔伤，甚至有时会滑下沟壑，人身安全难以保障。另外，拆除部分倾斜的受灾线路，也很容易导致电杆突然倒断，伤及人身。

    6、由于蠡县的配电网在建设时经历了不同的历史阶段，不同阶段的建设标准差异性较大，出现了同类区域的线路上有过多装置形式、过多的规格，甚至在同一条线路上，也会有多种装置形式和规格，导致抢修时的材料准备遇到一定的困难，抢修物资和工器具的通用性受到影响。在本次大范围线路受灾时，面对多个单位的协同配合，部分物资材料和工器具的繁杂就更是增加了抢修工作的难度。即使面对种种困难，在全社会的共同努力下，大家齐心协力，放弃了节假日的休息，全身心地投入电网抢修当中，经过了40多天的艰难工作，蠡县配电网的抢修终于取得阶段性的胜利，在2011年12月29日前恢复了各受灾村镇的供电。

    三、有效提高配电线路风雪、雾霾灾害能力的对策和措施

    风雪、雾霾灾害过后，更加深刻和长远的问题自然就提了出来，为什么配电网的损失如此之大？今后又应该采取怎样的措施来有效应对类似的灾害？

    这次风雪、雾霾灾害，从气象学来说，至少是50年不遇的，局部地区更是达到百年以上不遇的程度，所以，这次风雪、雾霾灾害本身的威力就是巨大的。通常供电线路在设计时，也考虑了覆冰的影响，一般设计校核覆冰厚度为10mm，以保证线路在小于10mm厚度的冰雪附着时可以正常运行，如果出现了超过30mm甚至100mm的线路覆冰，那么线路所承受的应力将大大超出其耐受极限而被压垮，所以，这次农村大范围的配电线路受灾成为必然结局。

    随着全球气候环境的迅速变化，极端天气的发生更加频繁而且难以预料，很难说类似的风雪、雾霾灾害在近几十年内就不会再次发生，那么该采取哪些措施来提高配电线路特别是配电线路的抗风雪、雾霾灾害能力呢？

    首先，线路路径的选择应该合理，尽可能避开或易形成覆冰的区域，同时在地形的选择上还要考虑今后抢修的方便，比如，优先选择路径；避开风口选择路径；背风选择路径；尽量沿起伏不大地形选择路径；避开湖泊、水库等易形成覆冰区域；尽量避免大档距、大高差产生等等。如果路径选择合理，自然就大大降低了线路受灾的可能，应该优先进行考虑。

    其次，由于在农村很多时候路径选择将受到限制，这时就应该考虑加大线路覆冰设计的校核值，建设更加坚强的配电网，具体而言，有以下方面：

    1、适当提高建设标准。线路设计宜提高设计覆冰厚度，当然，覆冰厚度的选择值也不能过于偏大，否则很可能找不到对应的电杆、导线等材料。

    2、提高农村线路的导线线径，选用比原有线路高一档或几档的导线，从线路受力情况并留有适当裕度来选择导线，而不是仅仅从经济电流密度来选择导线截面，裸导线必须采用钢芯铝绞线。比如原来用LJ-35的导线，至少改为LGJ-50的导线。

    3、尽量缩小线路的档距，覆冰区10kV线路的单杆档距控制在50米～70米内，超过70米应设防倒杆的X型四方拉线，当缩小档距难以做到时，应该增设拉线以防止线路倒杆，同时，还应考虑档距的均匀、高差的均匀。

    4、大量或全部使用非预应力水泥杆，淘汰小稍径的电杆，建议在新的配电线路设计时要求电杆高度不小于10m、梢径不小于φ160，承力杆梢径不小于φ190，同时在电杆的埋深上，必须严格按照规范要求进行，并且电杆基础应牢固可靠，必要时还可以采用混凝土加固。

    5、扩大拉线的使用范围和提高规格，对于风口地区的直线单杆，采用X型四方拉线，防止断线后发生倒杆。对于转角杆、耐张杆的承力拉线在电杆上的固定位置上移，建议固定在横担上200mm处，防止断线后杆顶折断事故。在拉线埋深和拉线盘的使用上，必须严格按照标准进行。

    6、相应提高横担、绝缘子、金具等的规格，如横担选用典型设计带斜撑不小于∠63×6横担，棒式绝缘子选用加强型，由于导线线径的提高，其他的附件自然也要提高规格，从而与全线受力匹配。

    7、线路通道要尽量避免受树木倒压，做好供电设施的保护，在对搭挂线路的处理上，要严格按照要求进行，在风口区域特别是覆冰区严禁其他线路搭挂，以减轻线路覆冰时线路的受力。

    采取上述这些措施后，配电线路的抗风雪、雾霾灾害能力会得到较大的提高，在这次严重的风雪、雾霾灾害中，就发现有处在风口位置的配电线路没有发生故障，这些线路就是原来采取过补强措施的，比如，在蠡县留史供电所的10kV线路上，其中一段约450m长的线路，地处风口位置，该线路过去线路结冰时经常发生断线倒杆故障，后来采取了上述的补强措施（主要采取控制档距、增设四方拉线、横担加强等办法），在以后的运行中，该段线路一直保持良好的状况，这次在风雪、雾霾灾害中也安然无恙，而同类区域的线路则纷纷倒断，形成了鲜明的反差。

    另外，线路设计和建设时，要充分考虑今后管理和维护的便利和科学性，遵循标准化的原则，减少装置的形式和规格种类，同类区域和同类性质的线路尽量统一标准，利用典型设计，规范装置形式，取消部分设备的规格和档次，将其往上一档次靠拢，形成精简规范的为数不多的几个标准类别。

    但是，全面推广加大线路覆冰设计的校核值的做法也会带来另外的问题，其中最突出的就是经济性的矛盾，线路造价将成倍增加，这对很多供电企业尤其是经济效益较差的供电企业而言，有时将难以承受，而且很多偏僻的农村，根本就没有几户人家，并且很多都已经列入了政府的移民的计划，如果再投入巨资进行线路改造来提高这些农村在风雪、雾霾灾害中的供电可靠性，也显得有些得不偿失。另外，在农村的环境中，有些措施难以落实，比如线路档距的控制，由于线路通道有时没有选择的余地，部分档距势必会很大。此外，全面推广加大线路覆冰设计校核值做法将使整体工程的工作量、工期和安全风险也会大大增加。

    那么，针对配电线路，有没有更为科学和有效的措施来提高其抗风雪、雾霾灾害能力呢，从这次配电线路故障的特点来看，故障主要集中在断线和倒杆两个方面，而从抢修的难点来看，最主要的就是倒杆的抢修，电杆的采购、运输、就位等占据了总工作量的很大部分，如果电杆能经受住风雪、雾霾灾害考验，那么电网的恢复和可靠性都会得到很大帮助，导线的运输和恢复相比电杆的重建将轻松很多，可以大大节省工作量和降低安全风险，而保电杆的成本相对来说又较小，也易于实现，所以，可以把重点调整到保电杆上，进行更有针对性的电网重建。

    因此，对于配电线路更为科学和有效的抗风雪、雾霾灾害措施，应该是以保电杆为主综合考虑其他因素（村落发展、地形环境、气象条件等）重点进行线路改造和建设。建议考虑采用以下方式进行：

    1、在人口较多，有较好发展前景的区域，优先考虑配电线路包括导线、电杆等在内的全线加强，提高配电线路设计的覆冰校核值，加大一次性投入，力保风雪、雾霾灾害时，不会发生断线、倒杆等故障。

    2、在人口较少，且发展前景不看好（尤其村庄已列入政府移民规划）的区域，应该考虑电杆加强，对于导线可以少考虑甚至不考虑风雪、雾霾灾害的影响，采用电杆与导线的不匹配建设，力保风雪、雾霾灾害时，不发生倒杆。

    3、对于线路中有部分路径处于较差地形环境中的，应该考虑该线路的重要程度，灵活采用线路的加强方式，除非该线路特别重要，一般都以保电杆为优先。

    4、在加强电杆时，要考虑电杆的选型，选用大稍径的非预应力杆，并注意电杆质量的把关；电杆的埋深要符合要求，必要时增设卡盘。要大规模地采用加强拉线的固定，推广X型四方拉的使用，在拉线安装上要严格施工规范和施工质量；对大档距的线路要使用双杆，对于档距特别大的还应使用三杆，并且要做好拉线的设置。尽量缩小耐张段的长度，增设防串倒耐张杆的使用。

    在采取这些措施后，一旦严重的风雪、雾霾灾害再次发生，重点区域的供电能得到保障，广大和偏僻的农村地区有可能断电，但会得到快速的恢复，而整体的投资和工作量相比全部线路的全面加强将大大降低。

    历史罕见的风雪、雾霾灾害已经过去，但风雪、雾霾灾害引起的思考却没有结束，在供电企业对今后电网的建设和改造上，更是有了一些新的认识和讨论。我们从蠡县的实际情况出发，对蠡县配电网在本次风雪、雾霾灾害中的受灾情况进行了思考，尤其对配电线路的故障原因和抢修遇到的困难进行了剖析，更对如何采取更为科学和有效的配电线路抗风雪、雾霾灾害措施提供了建议，提出以保电杆为主的方式进行配电线路的重点建设和改造，既满足供电可靠性又不会造成严重的投资浪费，更加符合农村实际。