雨凇，俗称“树挂”或“冰凌”，是冬季或早春时节一种独特的自然景观。然而，这种看似晶莹剔透的美景，对输电线路却潜藏着巨大的灾害隐患——覆冰。雨凇是导致输电线路严重覆冰灾害的主要元凶之一，其形成的冰层密度高、附着力强，对电网安全构成严重威胁。
雨凇如何引发输电线路覆冰灾害
雨凇的形成是特定气象条件的产物：
气象条件：- 过冷水滴： 高空存在温度低于0°C但仍保持液态的“过冷水滴”。这是雨凇形成的关键。
- 近地低温： 地面或物体表面温度低于0°C。
- 降水形式： 过冷水滴以雨、毛毛雨或冻雾的形式降落到低于冰点的物体表面。
物理过程：- 当过冷水滴撞击到冰冷的导线、绝缘子、铁塔等电力设施表面时，会瞬间冻结。
- 冻结过程释放潜热，但物体表面温度足够低，能迅速带走热量，使冻结持续进行。
- 后续降落的过冷水滴不断撞击并冻结在已形成的冰层上，冰层迅速增厚。
- 雨凇形成的冰层通常透明或半透明、质地坚硬、密度高（0.6-0.9 g/cm³）、附着力极强。
雨凇覆冰对输电线路的主要灾害隐患
机械荷载过载（静力破坏）：
- 导线/地线覆冰： 冰层本身重量巨大。随着冰层增厚，导线和地线的垂直荷载急剧增加，远超设计值。
- 铁塔/杆塔覆冰： 塔架本身覆冰增加垂直荷载；导线/地线覆冰后产生的巨大垂直荷载和水平张力（弧垂增大，张力增大）也传递到塔架。
- 后果： 导线拉断、金具损坏、绝缘子串断裂、杆塔扭曲变形甚至倒塌（尤其是耐张塔、转角塔、终端塔）。
导线舞动（动力破坏）：
- 原因： 覆冰改变了导线原本光滑的空气动力学截面，形成不规则形状（如新月形、扇形）。当有稳定的横向风（通常4-8级）吹过时，会在导线上产生周期性变化的升力。
- 后果： 导线发生大幅值（可达十几米）、低频率（0.1-3Hz）的椭圆轨迹振动，称为“舞动”。舞动会产生巨大的动态冲击荷载，极易导致金具疲劳损坏、导线断股、相间闪络、塔头受损甚至倒塔。
绝缘子冰闪（电气故障）：
- 冰凌桥接： 绝缘子串（尤其是悬垂串）表面及伞裙间会积聚雨凇冰层。冰凌可能完全桥接伞裙间隙，形成连续的冰柱或冰帘。
- 融冰水膜： 当气温回升至0°C以上或天气转晴日照时，冰层表面开始融化，在绝缘子表面形成一层导电性良好的水膜（融冰水电导率较高）。
- 闪络路径： 水膜降低了绝缘子的有效爬电距离和绝缘强度。如果此时线路电压足够高（工作电压或操作/雷电过电压），就可能沿着被水膜覆盖的绝缘子表面或冰凌桥接的路径发生闪络，造成线路跳闸。
- 后果： 大面积、长时间的停电事故，且往往在天气转好时（融冰期）发生，极具隐蔽性。
导地线间距不足：
- 覆冰导致导线弧垂显著增大，地线弧垂也可能增大。
- 后果： 导线之间、导线与地线之间的安全电气距离被严重压缩，可能导致相间短路或导线对地线放电。
输电线路雨凇覆冰灾害的预防措施
针对雨凇覆冰灾害，电力部门采取“预防为主、防治结合”的综合防御策略：
规划设计阶段：
- 差异化设计： 根据线路路径所处区域的气象条件和历史覆冰记录，科学划分冰区分布图，对不同冰区等级的线路采取差异化的设计标准（如提高设计覆冰厚度、增大导线安全系数、选用更高强度材料、加大塔头尺寸、增加绝缘子片数或串长）。
- 路径优化： 尽量避开微地形微气候（如风口、垭口、迎风坡、水体附近）等易覆冰重冰区。
- 抗冰塔型： 在重冰区采用承载力更强、结构更稳固的塔型（如拉线塔、钢管塔、紧凑型塔）。
- 导线选择： 考虑使用低居里点合金导线（在特定温度下电阻剧增，便于融冰）或复合导线（强度高、重量轻、弧垂小）。避免使用易舞动的分裂导线（或采取抗舞措施）。
运行监测与预警：
- 覆冰监测系统： 在重点线路和易覆冰区段安装在线监测装置，实时监测导线拉力/倾角、绝缘子泄漏电流、气象参数（温湿度、风速风向、降水）、现场图像/视频等，估算覆冰厚度和状态。
- 气象预警： 与气象部门紧密合作，利用数值天气预报、卫星云图、雷达回波等技术，对可能发生的雨凇天气过程进行短期和临近预警。
- 人工观冰： 在恶劣天气时，组织人员对关键区段进行人工巡视和观冰，核实覆冰情况。
主动除冰/融冰技术：
- 直流融冰： 最主流、最有效的方法。 利用移动式或固定式直流融冰装置，在覆冰线路一端施加直流大电流（利用焦耳热效应）。由于趋肤效应，电流主要在导线表面流动，加热效率高，能快速融化冰层。需短时停电操作。
- 交流短路融冰： 将线路末端三相短路，在线路首端投入变压器施加较低电压，利用短路电流加热导线融冰。操作复杂，对系统有扰动。
- 机械除冰：
- 人工/机器人除冰： 使用绝缘棒敲打、滑轮刮刀、或搭载除冰装置的机器人/无人机沿导线行走除冰。适用于局部或轻中度覆冰，效率较低，有安全风险。
- 除冰振动器： 在导线上安装装置产生特定频率振动，使冰层疲劳脱落。
- 其他方法： 热力法（如包裹发热电缆）、被动法（如防冰涂料）等，应用相对有限。
提高绝缘配置：
- 增加绝缘子串长： 在易覆冰区，增加绝缘子片数或采用更长串，提高冰闪电压。
- 选用大伞径、大爬距绝缘子： 如大盘径绝缘子、防覆冰绝缘子（伞形特殊设计，不易被完全桥接）、复合绝缘子（憎水性好，但需注意老化后憎水性丧失）。
- V型串/倒V型串： 改变绝缘子串悬挂方式，使其倾斜角度更大，不易被冰凌完全桥接，且融冰水不易形成连续水膜。
抗舞动措施：
- 失谐摆/相间间隔棒： 在导线上安装阻尼装置（如失谐摆）或相间间隔棒，改变系统的动力特性，抑制舞动发生或减小舞动幅值。
- 双摆防舞器： 利用其特殊的动力学特性消耗舞动能量。
应急管理与调度：
- 制定完善的覆冰灾害应急预案。
- 在覆冰预警期间或覆冰发展期，根据监测数据和预测，调整电网运行方式（如转移负荷、降低重要线路潮流），减轻覆冰线路负担，提高系统抗风险能力。
- 做好应急抢修队伍和物资准备，一旦发生故障能快速响应恢复。
总结
雨凇形成的覆冰，以其高密度、强附着力和对电气性能的破坏性，是威胁输电线路安全稳定运行的重大自然灾害。防范雨凇覆冰灾害是一项系统工程，需要从科学规划、强化设计、精准监测预警、发展高效除融冰技术、优化绝缘配置、抑制舞动、加强应急管理等多方面入手，构建“监测-预警-预防-处置”的综合防御体系，才能最大限度地减轻灾害损失，保障电网在严寒冰雪天气下的安全可靠运行。
