輸電線路碧羅雪山段覆冰故障分析及預(yù)控措施

摘要：怒江州“怒電外送”輸電線路一般都要穿越海拔4000m碧羅雪山，具有高海拔、大高差、氣候惡劣、微氣候復(fù)雜等特點(diǎn)。自2007年11月開始，我公司已經(jīng)運(yùn)維2條穿越雪山的220kV輸電線路，共發(fā)生28次在碧羅雪山段覆冰等惡劣氣候引起的線路故障，通過逐年進(jìn)行線路改造，線路故障率明顯下降。本文就輸電線路碧羅雪山段各類線路故障進(jìn)行原因分析，對高海拔特殊地段輸電線路，從設(shè)計、運(yùn)行維護(hù)等角度，提出探討性的防范措施。

關(guān)鍵詞：碧羅雪山段輸電線路；覆冰故障；原因分析；防范措施

一、引言

220kV蘭福線和220kV福劍線是為滿足怒江州沿江三縣富裕電力送出而建設(shè)的輸電通道。線路穿越海拔4000m碧羅雪山，具有高海拔、大高差、氣候惡劣、微氣候復(fù)雜等特點(diǎn)。由于220kV蘭福線是云南省內(nèi)第一條穿越高海拔雪山的輸電線路，無論設(shè)計、運(yùn)行單位都較缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。投運(yùn)至今，雪山段由于氣候原因造成線路多次被迫停運(yùn)。220kV福劍線投運(yùn)后也發(fā)生了多次雪山段故障跳閘。為保證線路安全運(yùn)行，根據(jù)跳閘情況，設(shè)計、施工、運(yùn)行等多家單位經(jīng)過分析研究后，提出改進(jìn)措施，并多次對線路進(jìn)行了加固及改造，每次改造后效果都較為明顯，未發(fā)生類似問題，線路故障率明顯下降。因此對輸電線路雪山段覆冰故障原因及改進(jìn)方法進(jìn)行分析是很有必要的。

二、線路概況

220kV蘭福線線路全長111.237km，路徑地形以高山、一般山地、雪山為主，其中雪山段為85-139塔，約22km；220kV福劍線全長146.79km，其中雪山段為86-135塔，約25km，兩條線路水平相距約15km。雪山段兩側(cè)分別跨越瀾滄江和怒江，中間翻越碧落雪山，屬于無人居住區(qū)，海拔在3000-4300m之間。雪山段設(shè)計采用云南Ⅳ級氣象區(qū)，覆冰C=30mm，風(fēng)速V=30m/s。220kV蘭福線和220kV福劍線雪山段運(yùn)維條件較差，一旦設(shè)備發(fā)生故障，無論故障巡視、應(yīng)急搶修都是十分困難的，因此需通過采取各種預(yù)防控制措施，減少線路覆冰故障。

輸電線路穿越碧羅雪山段示意圖

三、故障原因分析

220kV蘭福線和220kV福劍線雪山段最高海拔約4200m，地形復(fù)雜，處于怒江大峽谷和瀾滄江之間，線路覆冰嚴(yán)重，線路最大覆冰直徑達(dá)200mm（見圖1），氣候復(fù)雜、變換頻繁，大風(fēng)氣候及導(dǎo)地線頻繁覆冰和脫冰等是線路事故跳閘的直接原因，造成線路故障的原因具體如下：

（一）220kV蘭福線故障分析：

1.導(dǎo)線對塔身放電，造成單相接地故障：①故障情況：雪山段多基耐張塔中相引流線對塔身放電。②主要原因分析：部分耐張塔因與兩側(cè)塔之間高差較大，塔型為羊角塔，中線采用跳線管繞跳方式，由于耐張絕緣子串傾角過大，導(dǎo)線與塔身或地線間隙較小，最小電氣間隙雖然滿足規(guī)程要求，但大風(fēng)情況下或脫冰舞動時引流線擺動容易對塔身或地線放電。（見圖2）

2.導(dǎo)、地線光纜金具受損，造成單相接地故障：①故障情況：部分直線塔地線線夾斷裂，地線落在橫擔(dān)上。（見圖5）②主要原因分析：雪山段大風(fēng)持續(xù)，監(jiān)控最大風(fēng)速達(dá)到26m/s，并且氣候多變，夜間導(dǎo)地線覆冰，白天脫冰，造成線路頻繁脫覆冰，部分金具斷裂（見圖3）。

3.鐵塔受損，造成接地故障：①故障情況：耐張塔跳線支架折斷，跳線管落在橫擔(dān)上。②主要原因分析： 由于線路覆冰、脫冰頻繁，部分塔材疲勞受損，最終導(dǎo)致斷裂。（見圖4）

4.導(dǎo)地線光纜覆冰后脫冰不一致，檔內(nèi)導(dǎo)線對地線光纜放電，造成瞬時性故障。①故障情況：120～121檔內(nèi)，導(dǎo)線對光纜放電（見圖6），其它部分檔距大于300米，也存在類似問題。②主要原因分析：線路覆冰、脫冰頻繁，導(dǎo)地線舞動頻繁，且導(dǎo)地線脫冰不一致（見圖7），當(dāng)導(dǎo)線脫冰后，而地線未脫冰，覆冰地線與脫冰導(dǎo)線間距較小，受大風(fēng)影響，最終導(dǎo)致線路放電。

（二）220kV福劍線故障分析：

1.雪山段水平排列導(dǎo)線，在大檔距檔內(nèi)發(fā)生相間短路故障。①故障情況：多檔內(nèi)，水平排列的三相導(dǎo)線，兩邊相與中相放電，造成相間短路。②主要原因分析：部分檔距超過700米，Ⅳ級重冰區(qū)段，三相導(dǎo)線水平排列，導(dǎo)線安裝應(yīng)力放松，弧垂較大，由于極端超設(shè)計氣候，導(dǎo)線在覆冰及大風(fēng)的作用下擺動不一致，造成相間短路后引起線路故障跳閘。

綜上分析：輸電線路在碧羅雪山段故障主要原因?yàn)椋焊脖?、大風(fēng)、微氣候造成部分電氣部件疲勞受損，反映出線路存在不均勻覆冰和不同期脫冰現(xiàn)象。

圖1：220kV蘭福線覆冰現(xiàn)象 圖2：改造前引流線

圖3： 220kV蘭福線金具磨損嚴(yán)重 圖4：123塔跳線支架折斷

圖5：地線耐張線夾斷裂 圖6：經(jīng)緯儀觀測檔中心導(dǎo)線對光纜放電點(diǎn)

圖7：在線監(jiān)控導(dǎo)地線脫冰不一致 圖8：改造后引流線

四、針對各類覆冰故障原因采取的措施和效果

自2008年初，雪山段線路多次發(fā)生跳閘后，在云南電網(wǎng)公司高度重視下，線路資產(chǎn)單位積極組織協(xié)調(diào)，設(shè)計、監(jiān)理、施工、運(yùn)行單位多次召開分析討論會，針對各類故障和設(shè)備隱患對線路進(jìn)行改造，每次改造后效果十分理想，未再出現(xiàn)同類型故障，具體措施及效果如下：

（一）雪山段多基耐張塔中相引流線對塔身放電。采取的措施：通過調(diào)整耐張塔引流線的方式，增大電氣間隙，并采取相應(yīng)措施，防止耐張塔引流串在大風(fēng)工況下大幅擺動（見圖8）。

（二）金具受損情況。采取的措施：對地線金具損壞嚴(yán)重的塔可采用預(yù)絞絲金具及雙掛點(diǎn)金具，部分金具改為加強(qiáng)型金具。

（三）鐵塔受損，造成接地故障。采取的措施：將部分直線塔改為耐張轉(zhuǎn)角塔，檔距大且地形允許的情況增加耐張塔，將部分特殊地段羊角型耐張塔更換為杯型耐張塔。

（四）導(dǎo)地線光纜覆冰后脫冰不一致情況。采取的措施：由于碧羅雪山幾乎無落雷。雪山頂線路將光纜敷設(shè)入地，地線取消。

（五）雪山段水平排列導(dǎo)線，在大檔距檔內(nèi)發(fā)生相間短路故障。采取的措施：在雪山頂?shù)囟螜n距超過400m的檔內(nèi)，安裝相間間隔棒。

（六）導(dǎo)、地線金具長期運(yùn)行磨損嚴(yán)重。采取的措施：對金具磨損嚴(yán)重的桿塔進(jìn)行了金具聯(lián)結(jié)方式改造，并適當(dāng)增加金具強(qiáng)度，每年冬季前對雪山段金具進(jìn)行一次檢查，對磨損嚴(yán)重的金具及時進(jìn)行更換。

五、總結(jié)覆冰故障防范措施

總結(jié)220kV蘭福線、220kV福劍線覆冰受損情況及多次改造經(jīng)驗(yàn)，特提出輸電線路在覆冰、大風(fēng)、微氣候、高海拔地區(qū)預(yù)防覆冰事故的措施，主要由 “改”、“防”兩方面著手，具體如下：

（一） 高海拔地區(qū)由于雷擊概率較小，線路部分特殊地段可以采用“消極”防覆冰法，即拆除覆冰區(qū)地線，將光纜入地敷設(shè)；

（二） 在高海拔氣候極端惡劣地區(qū)，線路電氣間隙除嚴(yán)格滿足相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)外，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增大電氣間隙，鐵塔選用塔頭塔窗結(jié)構(gòu)較大的杯型塔，耐張塔跳線盡量不要采用跳線管繞跳方式；

（三） 金具盡量使用加強(qiáng)型，直線塔金具采用用雙掛點(diǎn)金具及預(yù)絞絲金具，導(dǎo)線絕緣子串可以采用V型串；

（四） 高海拔、微氣象區(qū)段，桿塔檔距盡量不宜大于300m，超過300m 檔內(nèi)應(yīng)安裝導(dǎo)線相間間隔棒；

（五） 安裝覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng)，適時掌握覆冰情況，必要時可以提前停運(yùn)設(shè)備，避免電網(wǎng)事故的發(fā)生；

（六） 高海拔、微氣候區(qū)段輸電線路必須在冬季覆冰前和夏季覆冰后進(jìn)行登塔巡視，對電氣部分進(jìn)行詳細(xì)檢查，特別是導(dǎo)線引流線螺栓緊固情況，及時發(fā)現(xiàn)并處理存在的隱患。

六、結(jié)束語

設(shè)計階段對線路路徑地區(qū)的氣象和勘察等數(shù)據(jù)進(jìn)行充分采集和論證，提高設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；施工階段嚴(yán)格按設(shè)計圖紙進(jìn)行施工；運(yùn)行單位多采取預(yù)防控制措施，提前控制運(yùn)行風(fēng)險；嚴(yán)格按照輸電線路特殊區(qū)段維護(hù)相關(guān)規(guī)程來運(yùn)行維護(hù)。做到以上幾點(diǎn)，對于提高覆冰輸電線路供電可靠性，減少冰災(zāi)損失和避免覆冰事故具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB26859-2011，電力安全工作規(guī)程電力線路部分

[2]DL/T5092 110～500kV架空送電線路設(shè)計技術(shù)規(guī)程

[3]220kV蘭福線設(shè)計總說明

作者簡介：

楊建興 大學(xué)學(xué)歷，工程師，1994年至今在云南省送變電工程公司從事輸電線路施工運(yùn)檢工作。