雨凇，俗稱“樹掛”或“冰凌”，是冬季或早春時節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害隱患——覆冰。雨凇是導致輸電線路嚴重覆冰災害的主要元兇之一，其形成的冰層密度高、附著力強，對電網安全構成嚴重威脅。
雨凇如何引發輸電線路覆冰災害
雨凇的形成是特定氣象條件的產物：
氣象條件：- 過冷水滴： 高空存在溫度低于0°C但仍保持液態的“過冷水滴”。這是雨凇形成的關鍵。
- 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：- 當過冷水滴撞擊到冰冷的導線、絕緣子、鐵塔等電力設施表面時，會瞬間凍結。
- 凍結過程釋放潛熱，但物體表面溫度足夠低，能迅速帶走熱量，使凍結持續進行。
- 后續降落的過冷水滴不斷撞擊并凍結在已形成的冰層上，冰層迅速增厚。
- 雨凇形成的冰層通常透明或半透明、質地堅硬、密度高（0.6-0.9 g/cm3）、附著力極強。
雨凇覆冰對輸電線路的主要災害隱患
機械荷載過載（靜力破壞）：
- 導線/地線覆冰： 冰層本身重量巨大。隨著冰層增厚，導線和地線的垂直荷載急劇增加，遠超設計值。
- 鐵塔/桿塔覆冰： 塔架本身覆冰增加垂直荷載；導線/地線覆冰后產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： 導線拉斷、金具損壞、絕緣子串斷裂、桿塔扭曲變形甚至倒塌（尤其是耐張塔、轉角塔、終端塔）。
導線舞動（動力破壞）：
- 原因： 覆冰改變了導線原本光滑的空氣動力學截面，形成不規則形狀（如新月形、扇形）。當有穩定的橫向風（通常4-8級）吹過時，會在導線上產生周期性變化的升力。
- 后果： 導線發生大幅值（可達十幾米）、低頻率（0.1-3Hz）的橢圓軌跡振動，稱為“舞動”。舞動會產生巨大的動態沖擊荷載，極易導致金具疲勞損壞、導線斷股、相間閃絡、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，形成連續的冰柱或冰簾。
- 融冰水膜： 當氣溫回升至0°C以上或天氣轉晴日照時，冰層表面開始融化，在絕緣子表面形成一層導電性良好的水膜（融冰水電導率較高）。
- 閃絡路徑： 水膜降低了絕緣子的有效爬電距離和絕緣強度。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生閃絡，造成線路跳閘。
- 后果： 大面積、長時間的停電事故，且往往在天氣轉好時（融冰期）發生，極具隱蔽性。
導地線間距不足：
- 覆冰導致導線弧垂顯著增大，地線弧垂也可能增大。
- 后果： 導線之間、導線與地線之間的安全電氣距離被嚴重壓縮，可能導致相間短路或導線對地線放電。
輸電線路雨凇覆冰災害的預防措施
針對雨凇覆冰災害，電力部門采取“預防為主、防治結合”的綜合防御策略：
規劃設計階段：
- 差異化設計： 根據線路路徑所處區域的氣象條件和歷史覆冰記錄，科學劃分冰區分布圖，對不同冰區等級的線路采取差異化的設計標準（如提高設計覆冰厚度、增大導線安全系數、選用更高強度材料、加大塔頭尺寸、增加絕緣子片數或串長）。
- 路徑優化： 盡量避開微地形微氣候（如風口、埡口、迎風坡、水體附近）等易覆冰重冰區。
- 抗冰塔型： 在重冰區采用承載力更強、結構更穩固的塔型（如拉線塔、鋼管塔、緊湊型塔）。
- 導線選擇： 考慮使用低居里點合金導線（在特定溫度下電阻劇增，便于融冰）或復合導線（強度高、重量輕、弧垂小）。避免使用易舞動的分裂導線（或采取抗舞措施）。
運行監測與預警：
- 覆冰監測系統： 在重點線路和易覆冰區段安裝在線監測裝置，實時監測導線拉力/傾角、絕緣子泄漏電流、氣象參數（溫濕度、風速風向、降水）、現場圖像/視頻等，估算覆冰厚度和狀態。
- 氣象預警： 與氣象部門緊密合作，利用數值天氣預報、衛星云圖、雷達回波等技術，對可能發生的雨凇天氣過程進行短期和臨近預警。
- 人工觀冰： 在惡劣天氣時，組織人員對關鍵區段進行人工巡視和觀冰，核實覆冰情況。
主動除冰/融冰技術：
- 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）。由于趨膚效應，電流主要在導線表面流動，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線融冰。操作復雜，對系統有擾動。
- 機械除冰：
- 人工/機器人除冰： 使用絕緣棒敲打、滑輪刮刀、或搭載除冰裝置的機器人/無人機沿導線行走除冰。適用于局部或輕中度覆冰，效率較低，有安全風險。
- 除冰振動器： 在導線上安裝裝置產生特定頻率振動，使冰層疲勞脫落。
- 其他方法： 熱力法（如包裹發熱電纜）、被動法（如防冰涂料）等，應用相對有限。
提高絕緣配置：
- 增加絕緣子串長： 在易覆冰區，增加絕緣子片數或采用更長串，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（傘形特殊設計，不易被完全橋接）、復合絕緣子（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水膜。
抗舞動措施：
- 失諧擺/相間間隔棒： 在導線上安裝阻尼裝置（如失諧擺）或相間間隔棒，改變系統的動力特性，抑制舞動發生或減小舞動幅值。
- 雙擺防舞器： 利用其特殊的動力學特性消耗舞動能量。
應急管理與調度：
- 制定完善的覆冰災害應急預案。
- 在覆冰預警期間或覆冰發展期，根據監測數據和預測，調整電網運行方式（如轉移負荷、降低重要線路潮流），減輕覆冰線路負擔，提高系統抗風險能力。
- 做好應急搶修隊伍和物資準備，一旦發生故障能快速響應恢復。
總結
雨凇形成的覆冰，以其高密度、強附著力和對電氣性能的破壞性，是威脅輸電線路安全穩定運行的重大自然災害。防范雨凇覆冰災害是一項系統工程，需要從科學規劃、強化設計、精準監測預警、發展高效除融冰技術、優化絕緣配置、抑制舞動、加強應急管理等多方面入手，構建“監測-預警-預防-處置”的綜合防御體系，才能最大限度地減輕災害損失，保障電網在嚴寒冰雪天氣下的安全可靠運行。
