高海拔地区覆冰输电线路的力学特性分析及防冰融冰优化方案

摘要：高海拔地区气候复杂严酷，输电线路易遭受严重覆冰灾害，影响电网安全运行。覆冰会改变导线力学特性，造成结构破坏、塔杆倾覆等问题。准确掌握覆冰荷载作用下线路的力学响应特征，是优化防冰融冰技术与提升电网抗灾能力的基础。本文分析高海拔环境对输电线路力学性能的影响，探讨覆冰条件下的结构应力变化规律，并提出科学的防冰融冰优化路径，为保障输电线路稳定运行提供理论支持与实践指导。

关键词：覆冰荷载；力学性能；防冰融冰

一、高海拔地区覆冰输电线路的力学行为特征

（一）气候条件对覆冰荷载形成与发展机制的作用显著

高海拔地区普遍存在低温、高湿与多风的气象环境，这一特征直接促使输电导线在运行中易形成结构性覆冰，并在微物理凝结、辐射冷却与超冷水滴冻结等过程作用下迅速累积。当空气中的水汽在导线表面冻结，覆冰重量会快速增长并形成非均匀荷载，使导线在竖向方向受力剧增，并引发横向偏移和结构扰动。冰层的持续堆积不仅增加线路自重，还改变了导线受力路径和振动频率，极易引起疲劳损伤。在多次覆冰融化周期作用下，输电线路结构的刚度降低、应力集中加剧，导致不同部位发生挠曲、松弛与局部断裂等问题，从而影响整体运行的力学稳定性。

（二）覆冰荷载引起导线张力变化及塔杆受力不均衡

输电线路在覆冰状态下的张力变化与初始架设张力、跨度长度及导线截面形态密切相关。随着冰层加厚，导线自重迅速上升，悬垂段导线张力大幅增加，引起导线的垂度变形，并迫使悬点位置的受力状态发生突变。这种局部应力集中的现象往往会通过地线与拉线向塔体传递，使铁塔受力呈现不对称趋势。塔杆不同构件所受轴力、剪力与弯矩大幅波动，尤其在转角塔、终端塔等关键结构处表现尤为明显。一旦风荷载与覆冰荷载叠加形成复杂空间作用，塔体构件会在三向应力作用下发生屈曲、扭转或滑移风险，严重时会引起整体结构破坏或杆塔倾斜坍塌，带来线路运行安全隐患。

（三）覆冰影响下线路振动特性变化对稳定性产生威胁

在覆冰状态下，输电线路的动力特性发生显著变化，导线自重与振动质量增加，使系统的固有频率发生漂移，易与风速形成共振条件，引发大幅度低频振动或高频颤振。由于冰层在导线上的不规则堆积，使得受力分布与质量分布失衡，导致系统的对称性被破坏，促使局部振动模式增强并传导至整条线路。塔线系统的连接部位，如绝缘子串、悬垂装置及金具会因反复振动产生疲劳损伤，形成细微裂纹并逐步扩展，降低其抗拉、抗弯与抗剪能力，最终导致失效。长时间的冰振或晃动还会引起塔基根部受力反复波动，增加基础位移与接地装置的机械疲劳程度，形成系统性稳定风险。

二、高海拔地区输电线路防冰融冰的优化技术策略

（一）构建分区防控机制实现差异化防冰技术配置

针对高海拔地区复杂多变的气候条件，应依据地理位置、海拔高度、气象要素与覆冰历史强度等多种因素，将线路划分为不同风险等级的防控区域。对覆冰高风险区，应优先配置主动防冰装置，如电加热导线、低电压大电流直流融冰系统或电缆式融冰技术，通过实时监测与远程控制实现快速除冰。在中等风险区域可引入柔性防冰结构设计，采用自适应张力调整系统与抗覆冰型导线，减缓冰层积聚过程。在低风险区则以物理防护与检测预警为主，通过覆冰在线识别装置与图像识别系统，及时掌握冰情发展趋势并采取预防性措施。整个防控机制需结合线路布局与气象数据建立响应模型，确保资源分配与设备配置的最优匹配，有效提升防冰系统运行效率与成本控制水平。

（二）优化结构设计参数提升输电线路抗冰荷载能力

提升输电线路自身结构的抗冰承载能力，是实现线路本体防灾减灾的关键方向。在导线设计方面，可采用低风压、高强度、耐低温材料制成的覆冰型导线，其表面应具备良好的疏水性与抗结冰性能，减少水滴凝结与附着速率。在杆塔结构上，应通过改进构件断面形状与连接节点构造，增强抗扭、抗弯与抗剪强度，尤其加强转角塔、跨越塔的刚度与稳定性，以抵御不对称荷载作用。地线与拉线应采取张力可调、耐疲劳性能高的结构形式，增强线路整体协调性与受力适应性。设计阶段应通过有限元仿真模拟多种气象工况下的结构响应，结合动态荷载作用进行多维评估与调优，实现构件级与系统级的多尺度力学优化，保障线路在覆冰条件下的稳定运行与快速恢复能力。

（三）集成智能感知系统实现动态冰情监测与预警

在输电线路防冰管理中，构建由温湿度传感器、风速风向采集器、覆冰厚度测定器及视觉识别终端组成的智能感知网络，是实现动态监控与预警响应的重要基础。各类传感器布设应覆盖典型高风险区段及关键节点，通过边缘计算与数据冗余处理机制，实时采集气象与物理状态信息，判断冰情发展趋势与临界阈值变化。将数据汇聚至中央平台后，利用大数据分析与深度学习算法构建冰情预测模型，提前判断覆冰风险等级并联动响应机制。系统可自动触发巡检任务、调整防冰装置工作状态，并通过移动终端实时向运维人员发送风险提示与处置建议。感知系统还应具备断电续传、离线采样与自修复功能，确保恶劣天气下数据采集与系统运行稳定，真正实现从“事后处理”向“事前干预”的智能化转变。

（四）建立多元协同机制强化融冰操作的应急能力

在高海拔输电线路覆冰灾害频发的背景下，融冰应急响应不仅依赖单一技术手段，更需多元主体之间的协调联动与系统能力整合。应构建“电网调度+气象监测+运维执行”三位一体的应急响应体系，设立融冰操作指挥中心，统筹调度融冰电源、核定线路负荷能力、分配作业任务，并与地方应急管理、气象预警、交通保障等机构形成信息共享机制。在操作技术上，应储备多种融冰手段，包括直流短时融冰法、低频交变电流法与脉冲能量释放技术，以应对不同规模与类型的冰灾场景。在应急演练中应进行线路状态识别、设备预热、能量匹配与作业切换等多项流程演练，提升操作熟练度与安全性。各作业小组需配备专用装备与通讯终端，确保指令下达的时效性与操作执行的精准性，形成从响应启动到任务完成的全流程闭环融冰作业机制。

结束语：高海拔地区覆冰输电线路面临复杂多变的力学挑战，系统性分析其力学特性与结构响应规律是提升电网安全运行能力的重要基础。通过构建分区防控体系、优化线路结构、嵌入智能感知系统与强化融冰应急机制，可有效提升防冰融冰工作的科学性与实效性。未来应继续深化多学科融合，推动防冰技术从被动应对向主动预控转变，实现高海拔电网运行的安全稳定与长期可持续发展。

参考文献

[1]马晓东.高海拔输电线路覆冰荷载作用机制研究[J].电网技术，2023，47（02）：103–110.

[2]吕志强.输电线路覆冰灾害的防控技术综述[J].高电压技术，2023，49（04）：122–130.

[3]张景峰.智能防冰融冰系统在高寒山区输电线路中的应用分析[J].南方电网技术，2023，41（03）：89–95.