超高壓輸電線路典型故障分析及防范措施

張明旭，康淑豐，梁利輝

(國(guó)網(wǎng)河北省電力公司檢修分公司，石家莊 050071)

超高壓輸電線路典型故障分析及防范措施

張明旭，康淑豐，梁利輝

(國(guó)網(wǎng)河北省電力公司檢修分公司，石家莊 050071)

針對(duì)超高壓輸電線路故障頻發(fā)，影響電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的問(wèn)題，從故障類(lèi)型、區(qū)域、跳閘月份和跳閘重合等方面對(duì)河北省南部電網(wǎng)上半年超高壓輸電線路故障情況進(jìn)行分析，認(rèn)為該地區(qū)上半年輸電線路的典型故障是覆冰、外力破壞和雷擊跳閘，結(jié)合這3種典型故障的危害、特點(diǎn)和產(chǎn)生原因，提出針對(duì)性的防范措施。

超高壓輸電線路；覆冰；外力破壞；雷擊

隨著河北省南部經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，極端惡劣天氣增多，外力破壞、冰閃、舞動(dòng)故障已經(jīng)成為威脅超高壓輸電線路安全運(yùn)行的主要因素。河北省南部電網(wǎng)(簡(jiǎn)稱(chēng)“河北南網(wǎng)”)2010年大范圍覆冰舞動(dòng)對(duì)線路穩(wěn)定運(yùn)行影響巨大，線路停運(yùn)時(shí)間長(zhǎng)、設(shè)備受損嚴(yán)重，且在短時(shí)間內(nèi)僅有一回線路向山東電網(wǎng)供電，供電可靠性大幅降低；2012年一起吊車(chē)碰線故障致使跨區(qū)電網(wǎng)重要線路停運(yùn)1.12 h，減供負(fù)荷131.8萬(wàn)kWh，線路跳閘故障是威脅超高壓電網(wǎng)安全運(yùn)行及供電可靠性的主要元兇，必須高度重視。為提高超高壓輸電線路的安全運(yùn)行水平，加強(qiáng)應(yīng)對(duì)各類(lèi)故障的能力，對(duì)近年來(lái)河北南網(wǎng)輸電線路故障情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，制定防控措施。

1 故障情況統(tǒng)計(jì)

對(duì)河北南網(wǎng)2008-2012年1-6月輸電線路故障分別按類(lèi)型、區(qū)域、跳閘月份、跳閘重合情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表1-4。

表1 輸電線路故障類(lèi)型統(tǒng)計(jì)

表2 輸電線路故障區(qū)域統(tǒng)計(jì)

表3 輸電線路故障月份統(tǒng)計(jì)

2008-2012年1-6月共發(fā)生線路故障跳閘56次，故障類(lèi)型占前3位的分別是覆冰(舞動(dòng)、冰閃)、外力破壞和雷擊故障。

從故障區(qū)域統(tǒng)計(jì)分析看，2008-2012年1-6月故障數(shù)量，集中的地區(qū)為HD，占67.9%，SJZ占16.1%，這2個(gè)地區(qū)經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)，多數(shù)故障發(fā)生在東西走向的LuXI、II線，XinLI、II線。

表4 輸電線路故障跳閘重合成功情況統(tǒng)計(jì)

從故障月份統(tǒng)計(jì)分析來(lái)看，2008-2012年1-6月輸電線路故障多發(fā)生在2月、3月和6月，分別占總跳閘數(shù)的41.1%、17.9%、17.9%。

從故障跳閘重合情況統(tǒng)計(jì)分析來(lái)看，2008-2012年1-6月輸電線路故障中，雷擊、鳥(niǎo)害故障重合成功率較高，均為100%,而外力破壞、風(fēng)偏、覆冰舞動(dòng)、冰閃重合成功率較低，分別為8.3%、14.3%、50%和37.5%。

2 輸電線路故障特點(diǎn)

河北南網(wǎng)2008-2012年1-6月超高壓輸電線路故障主要以覆冰舞動(dòng)、冰閃，外力破壞以及雷擊等故障類(lèi)型為主，風(fēng)偏及其他故障略少。舞動(dòng)+冰閃，外力破壞以及雷擊占跳閘總次數(shù)的42.9%、21.4%、17.8%，且覆冰故障主要發(fā)生在2月，外力破壞故障多發(fā)生在3月，雷害故障多發(fā)生在6月，故障發(fā)生的類(lèi)型均與惡劣天氣，密集的保護(hù)區(qū)內(nèi)施工和耕作有密切關(guān)系，具有較明顯的季節(jié)特點(diǎn)。

HD、SJZ 2個(gè)地區(qū)線路故障較多，分別占1-6月輸電線路故障的67.9%、16.1%。2個(gè)地區(qū)輸電線路較為集中，是王曲神木、府谷送出的主要通道，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，上半年外力破壞故障多發(fā)生在SJZ地區(qū)，另外線路經(jīng)過(guò)山區(qū)、丘陵，地形復(fù)雜，微氣候、惡劣天氣較多，上半年HD地區(qū)舞動(dòng)、風(fēng)偏、冰閃等故障多發(fā)，線路故障與所處地域關(guān)系突出。

3 典型故障分析

3.1 線路覆冰舞動(dòng)

覆冰造成的線路跳閘故障主要為導(dǎo)地線覆冰舞動(dòng)造成相間閃絡(luò)故障和絕緣子串覆冰橋接，在融冰時(shí)造成單相故障，覆冰情況見(jiàn)圖1。受極端惡劣天氣影響，河北南網(wǎng)超高壓電網(wǎng)在2010年冬季發(fā)生大范圍的覆冰閃絡(luò)故障。

圖1 線路覆冰情況

3.1.1 特點(diǎn)

a. 導(dǎo)地線、絕緣子覆冰多發(fā)生于1、2月，此時(shí)河北省南部正處于冬季，霧霾天氣、極端惡劣天氣較多，晝夜溫差較大，導(dǎo)地線、絕緣子覆冰雪情況時(shí)有發(fā)生，在滿(mǎn)足條件時(shí)易發(fā)生覆冰舞動(dòng)和冰閃故障。

b. 線路舞動(dòng)故障多發(fā)生在平原和同塔雙回線路，在2010年發(fā)生的舞動(dòng)故障中，全部5回線路均處于平原東西走向的線路中，且均為同塔雙回線路。

c. 絕緣子覆冰閃絡(luò)多發(fā)生在山區(qū)，受山區(qū)氣溫變化影響，懸垂合成絕緣子迎風(fēng)面覆冰雪后在反復(fù)融化、冰凍情況下橋接，在融冰時(shí)易發(fā)生閃絡(luò)故障。

d. 線路舞動(dòng)故障危害較大，在2010年線路舞動(dòng)故障中，均造成線路停運(yùn)，其中DongH雙線搶修2天，XinL雙線搶修5天。造成鐵塔橫擔(dān)斷裂、落地，絕緣子脫落，破損，引流線斷裂，螺栓松動(dòng)、脫落等，嚴(yán)重影響線路安全。

e. 線路舞動(dòng)及冰閃多發(fā)生于1、2月，正是冬季極端惡劣天氣較多時(shí)節(jié)，氣溫、雨雪以及穩(wěn)定的風(fēng)速、風(fēng)向，激發(fā)導(dǎo)地線舞動(dòng)條件，同時(shí)在懸垂絕緣子覆冰情況下，容易發(fā)生融冰閃絡(luò)。

3.1.2 危害

2010年冬季，河北南網(wǎng)500 kV輸電線路發(fā)生的舞動(dòng)故障，舞動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，一般在18～26 h，最大舞動(dòng)幅值在10 m以上，大幅度的舞動(dòng)導(dǎo)致導(dǎo)線與導(dǎo)線之間、導(dǎo)線與地線之間絕緣間隙不滿(mǎn)足要求，從而引起閃絡(luò)跳閘。此外由于舞動(dòng)過(guò)程中，導(dǎo)線張力明顯增大，造成線路受損嚴(yán)重，在五回線路舞動(dòng)中，引發(fā)了線路橫擔(dān)斷裂落地，導(dǎo)地線光纜斷股，引流線斷裂，絕緣子損壞、脫落，金具斷裂，螺栓松動(dòng)、脫落等不同程度的危害，嚴(yán)重影響線路安全運(yùn)行。

3.1.3 成因分析

輸電線路舞動(dòng)的發(fā)生與線路覆冰、風(fēng)的激勵(lì)以及線路的結(jié)構(gòu)參數(shù)有直接關(guān)系。偏心覆冰改變導(dǎo)線截面，改變空氣動(dòng)力特性，產(chǎn)生負(fù)阻尼效應(yīng)，積累能量，激發(fā)舞動(dòng)；風(fēng)速和風(fēng)向影響導(dǎo)線覆冰的形狀，在風(fēng)與導(dǎo)線夾角較大情況下，增大了導(dǎo)線舞動(dòng)的可能；另外在相同的條件下分裂導(dǎo)線更容易發(fā)生舞動(dòng)。2010年冬季，500 kV線路舞動(dòng)跳閘故障都發(fā)生于平原，且為東西走向，是典型的線路覆冰舞動(dòng)現(xiàn)象，其發(fā)生條件、舞動(dòng)表現(xiàn)形式、造成的后果等都與以往的舞動(dòng)情況一致。

絕緣子上附著的冰雪含有大量的電解質(zhì)，增大了冰水的電導(dǎo)率，2010年冬季，在0 ℃左右的氣溫變化中，絕緣子上的積雪融化后，在滴落過(guò)程中又結(jié)冰形成冰柱，冰柱的延長(zhǎng)使絕緣子傘裙被冰凌橋接，形成冰橋。隨著氣溫升高，當(dāng)線路絕緣子上的冰柱開(kāi)始融化并形成水簾滴落，導(dǎo)致絕緣子串裙邊之間形成閃絡(luò)通道，在融冰過(guò)程中，覆冰表面的冰水溶解污穢中的電解質(zhì)，形成高電導(dǎo)率的融冰水膜，造成絕緣子絕緣性能降低，表面泄漏電流增大，并最終形成貫穿性閃絡(luò)通道，造成線路故障跳閘。

3.2 外力破壞

3.2.1 發(fā)生月份及類(lèi)型分析(見(jiàn)表5、表6)

表5 外力破壞故障發(fā)生月份情況統(tǒng)計(jì)

從外力破壞故障發(fā)生的月份來(lái)看，3月最多，4月次之，分別占上半年外力破壞跳閘故障的41.5%和25%。

表6 輸電線路外力破壞類(lèi)型統(tǒng)計(jì)

從外力破壞類(lèi)型看，風(fēng)刮異物是造成線路外力破壞故障的主要因素。其中風(fēng)刮異物造成的線路跳閘占75%，吊車(chē)碰線造成的線路跳閘占16.7%。

3.2.2 故障特點(diǎn)

a. 3、4月正值春季，農(nóng)閑季節(jié)，大風(fēng)天氣較多，放風(fēng)箏、施工作業(yè)密集，蔬菜大棚搭建以及地膜覆蓋較頻繁，極易發(fā)生異物上線、吊車(chē)碰線等外力破壞跳閘故障。

b. 隨著河北省南部經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，城鎮(zhèn)范圍擴(kuò)大，線路保護(hù)區(qū)不斷遭到基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的占用，致使外力破壞故障多發(fā)生在城郊、開(kāi)發(fā)區(qū)附近線路，且呈逐年上升趨勢(shì)。

c. 輸電線路外力破壞故障多為風(fēng)刮異物和吊車(chē)碰線造成，且外力破壞故障重合成功率較低，往往致使線路停運(yùn)，對(duì)線路安全運(yùn)行危害較大。

d. 輸電線路外力破壞跳閘防控難度較大，異物跳閘多為在保護(hù)區(qū)外很遠(yuǎn)的塑料布、導(dǎo)電繩索在瞬時(shí)大風(fēng)作用下搭掛到導(dǎo)線造成，對(duì)保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)或附近村莊進(jìn)行宣傳教育作用不明顯，而吊車(chē)碰線造成的跳閘多為流動(dòng)吊車(chē)所致，防控難度極大。

3.2.3 故障原因分析

河北南網(wǎng)超高壓輸電線路遍布六地市，所經(jīng)區(qū)域范圍較廣，隨著河北省南部經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，政府加大招商引資力度，部分廠礦企業(yè)，在線路保護(hù)區(qū)附近進(jìn)行大規(guī)模的施工作業(yè)，新(擴(kuò))建道路、鐵路及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施改造日益增多；當(dāng)?shù)厝罕姙榧涌旖?jīng)濟(jì)作物生長(zhǎng)，在線路保護(hù)區(qū)內(nèi)的蔬菜大棚、地膜逐年增多，嚴(yán)重危及電力設(shè)施安全。

3.3 雷擊跳閘故障

3.3.1 發(fā)生月份及地形分析(見(jiàn)表7、表8)

表7 雷擊跳閘故障發(fā)生月份情況統(tǒng)計(jì) 次

從雷擊跳閘故障發(fā)生月份來(lái)看，上半年雷擊故障均集中在6月。

表8 雷擊跳閘故障發(fā)生地形情況統(tǒng)計(jì)

從地形分析，雷擊故障大多發(fā)生在位于山區(qū)的線路桿塔上，占全部雷擊跳閘的60%。

3.3.2 故障特點(diǎn)

a. 線路雷擊故障與落雷密度關(guān)系密切，而上半年雷擊故障全部發(fā)生于6月，這與氣候特點(diǎn)和6月落雷次數(shù)最多有直接關(guān)系。

b. 輸電線路遭受雷擊，與所處地形有直接關(guān)系，但不能以線路鐵塔所在位置的高低作為判斷鐵塔是否會(huì)遭受雷擊的判斷依據(jù)，河北南網(wǎng)500 kV線路雷擊故障比較分散，但從統(tǒng)計(jì)來(lái)看，主要集中在山頂和山坡，占到故障總數(shù)的60%。

c. 從斷路器保護(hù)動(dòng)作情況來(lái)看，雷擊故障重合成功率較高，而在上半年10次雷擊跳閘中，線路全部重合成功。

d. 繞擊雷過(guò)電壓是雷電繞過(guò)避雷線直接擊中導(dǎo)線出現(xiàn)的雷過(guò)電壓，與雷電流幅值、線路防雷保護(hù)角等因素有關(guān)，主要發(fā)生在單回線路兩邊相和雙回路塔的中相，雷電流幅值主要集中在20～60kA，在上半年的雷擊跳閘中均為繞擊所致。3.3.3 故障原因分析

在歷年輸電線路故障跳閘統(tǒng)計(jì)中，雷擊跳閘故障均占第10位。主要原因?yàn)檩旊娋€路暴露于大自然中，途徑高山大嶺、空曠田野，而大部分雷害集中在山區(qū)和平原空曠地帶，山區(qū)雷電活動(dòng)頻繁、平原空曠易遭受雷擊。另外土壤電阻率高、線路耐雷水平低、防雷效果差也是輸電線路雷擊故障發(fā)生不可避免的原因。

4 防控措施及建議

a. 每年上半年要加強(qiáng)重要輸電通道的運(yùn)維管理，根據(jù)總結(jié)分析結(jié)果，制定月度重點(diǎn)巡視項(xiàng)目，對(duì)易覆冰區(qū)、舞動(dòng)區(qū)、外力破壞多發(fā)區(qū)加強(qiáng)特巡和觀測(cè)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，制定針對(duì)性的防控措施。

b. 加強(qiáng)線路防舞動(dòng)、防冰閃治理工作，積累覆冰區(qū)域運(yùn)維資料，對(duì)發(fā)生舞動(dòng)、冰閃故障的線路區(qū)段，采取加裝回轉(zhuǎn)式間隔棒、相間間隔棒、更換為倒V串絕緣子或插花式防冰型絕緣子等防舞動(dòng)、防冰閃改造差異化措施，加大防舞、防冰等技防研究，有效提高線路抵御惡劣天氣能力，降低絕緣子表面積覆冰雪水平。

c. 加強(qiáng)線路防風(fēng)偏治理及研究工作，對(duì)運(yùn)行線路要按照新的設(shè)計(jì)規(guī)范校核線路風(fēng)偏搖擺角，提高風(fēng)壓不均勻系數(shù)至0.75，風(fēng)速按實(shí)際導(dǎo)線高度校驗(yàn)，對(duì)校驗(yàn)不滿(mǎn)足要求的直線塔采取加裝重錘措施，耐張塔采取調(diào)整引流弧垂，加裝跳線絕緣子等措施進(jìn)行治理，提高線路防風(fēng)偏能力。

d. 加大線路防外力破壞工作力度，在3、4月要加大線路的巡視密度，做好城鄉(xiāng)結(jié)合，郊區(qū)等線路所處地膜大棚等異物區(qū)、通道內(nèi)施工區(qū)域、鐵塔圍擋區(qū)域的統(tǒng)計(jì)，加強(qiáng)護(hù)電宣傳工作。發(fā)動(dòng)屬地人員，縮短巡視周期，對(duì)發(fā)生的異常、潛在的風(fēng)險(xiǎn)及時(shí)防控。

e. 線路防雷擊故障方面，通過(guò)雷電定位系統(tǒng)積累線路所經(jīng)區(qū)域落雷情況，掌握雷擊與雷電流強(qiáng)度、地形及線路結(jié)構(gòu)的關(guān)系。加強(qiáng)接地裝置的檢查和維護(hù)，及時(shí)完成接地電阻測(cè)試和接地體檢查工作，尤其是處于山區(qū)的鐵塔，對(duì)不符合要求的鐵塔接地在每年5月底前完成治理。

5 結(jié)束語(yǔ)

統(tǒng)計(jì)分析近年河北南網(wǎng)1-6月超高壓輸電線路故障類(lèi)型和特點(diǎn)，從統(tǒng)計(jì)分析中查找故障發(fā)生的規(guī)律和典型故障的原因，提出線路在上半年月度運(yùn)行維護(hù)的重點(diǎn)和要求，制定針對(duì)性的差異化運(yùn)維措施，為下一步改善線路運(yùn)行環(huán)境，減少跳閘故障對(duì)電網(wǎng)的影響提供參考。

本文責(zé)任編輯：王洪娟

Primary Fault Analysis and Control Measures on EHV Transmission Lines

Based on the fault rate of EHV power transmission line to influence the stable operation of power grids,and fault statistics data according to the type,area,tripping month and auto-reclosing in the first half of southern Hebei province extra-high voltage power grid,it is concluded that the ice situation,external damage and lightning stroke is the typical fault.Through analysis and reaserch of the three kinds of typical fault,this paper proposes some correspondingmeasures to prevent.

EHV power transmission line;ice accretion;external damage;lightning stroke

2013-06-28

張明旭(1977-)，男，工程師，主要從事輸電線路運(yùn)維管理工作。

TM726.1

B

1001-9898(2014)01-0037-03