高壓輸電線路山火跳閘機(jī)理分析及防范措施探討

萬(wàn)　能， 莊　嚴(yán)， 馬　超

(1. 國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司檢修公司， 安徽　合肥　230001；

2.安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 安徽　合肥　230022；

3.國(guó)網(wǎng)淮南供電公司， 安徽　淮南　232007)

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高壓輸電線路山火跳閘機(jī)理分析及防范措施探討

萬(wàn)能1， 莊嚴(yán)2， 馬超3

(1. 國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司檢修公司， 安徽合肥230001；

2.安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 安徽合肥230022；

3.國(guó)網(wǎng)淮南供電公司， 安徽淮南232007)

摘要：輸電線路通道附近的山火一直是威脅輸電線路安全運(yùn)行的重要隱患。文章結(jié)合國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司運(yùn)行線路中發(fā)生的一起山火隱患，詳細(xì)梳理了山火引發(fā)輸電線路跳閘的機(jī)理以及對(duì)運(yùn)行線路的影響，同時(shí)結(jié)合輸電線路防山火運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，提出了防治山火跳閘的故障的措施，對(duì)輸電線路防范山火跳閘故障發(fā)生具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：輸電線路；山火；通道；跳閘

0引言

由于我國(guó)能源分布格局與電力生產(chǎn)需求的不對(duì)稱(chēng)，需要采用跨區(qū)輸電線路把電能從發(fā)電廠輸送到各負(fù)荷中心。架空輸電線路在長(zhǎng)距離的跨區(qū)輸送過(guò)程中，往往需要跨越植被茂密的山林區(qū)域，人為或雷電因素引發(fā)的山火災(zāi)害嚴(yán)重威脅到該區(qū)域輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。近年來(lái)，隨著各地政府退耕還林、創(chuàng)森工程等政策的出臺(tái)，線路通道附近的植被高度和密度明顯增加，與此同時(shí)，人們?cè)谳旊娋€路附近焚香祭祖、燃放煙花、焚燒秸稈等行為，導(dǎo)致山火頻發(fā)，給輸電線路的安全運(yùn)行造成重大威脅。防治山火隱患已經(jīng)成為輸電運(yùn)維人員日常工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容。在一次輸電線路通道的例行巡檢中，運(yùn)維人員發(fā)現(xiàn)濉埇4C21線的#23～#25桿塔通道內(nèi)有大量秸稈焚燒痕跡，同時(shí)在臨近區(qū)域存在零散火星。隱患發(fā)生后國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司檢修公司當(dāng)天組織輸電專(zhuān)業(yè)人員對(duì)該通道進(jìn)行實(shí)地檢測(cè)，同時(shí)對(duì)所轄線路山火隱患點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)特巡。文章將主要針對(duì)山火對(duì)輸電線路的安全運(yùn)行存在的隱患進(jìn)行分析梳理，同時(shí)結(jié)合線路運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，提出相關(guān)應(yīng)對(duì)措施。

1山火跳閘故障機(jī)理分析

輸電線路外絕緣以空氣為絕緣介質(zhì)，受不同環(huán)境條件的影響，作為絕緣介質(zhì)的空氣常因絕緣擊穿而引發(fā)線路放電跳閘。例如，在高溫干燥天氣條件下，因自然和人為因素引發(fā)的山火就可能引發(fā)空氣絕緣介質(zhì)的放電擊穿，造成線路相間或?qū)Ь€對(duì)地放電跳閘故障的發(fā)生。濉埇4C21線#23～#25桿塔通道內(nèi)存在大量枯黃秸稈、稻草，加之正值秋天，氣候干燥，人為和天火發(fā)生概率較大，因此極易發(fā)生山火隱患。

研究發(fā)現(xiàn)，山火是一種包含氣體、固體和電子微粒的混合體，其放電特性受火焰溫度、電導(dǎo)率和導(dǎo)電顆粒等多種因素的影響[1]。在實(shí)際情況中不同山林地帶的植被種類(lèi)不同，因此不同地帶的山火溫度、電導(dǎo)率和灰燼等也因燃燒植被的不同而存在較大變化，往往在不同火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的山火跳閘故障機(jī)理也就不完全相同。對(duì)于山火引發(fā)線路跳閘故障的機(jī)理，現(xiàn)在一般認(rèn)為是：輸電線路下方發(fā)生山火后，由山火燃燒產(chǎn)生的熱空氣開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)，周?chē)睦淇諝怆S之不斷補(bǔ)充而形成空氣對(duì)流，在對(duì)流過(guò)程中，空氣中因燃燒不充分而產(chǎn)生的顆粒物及伴隨產(chǎn)生的灰燼等懸浮物也隨之向上運(yùn)動(dòng)，處于熱游離狀態(tài)的空氣在上升過(guò)程中逐步去游離從而在導(dǎo)線與地面及塔材等物體間產(chǎn)生大量電荷，從而造成線路空氣間隙小于工頻電壓閃絡(luò)的最小間隙致使空氣間隙被擊穿或絕緣子損壞，最終導(dǎo)致輸電線路對(duì)地或塔材突出部位放電跳閘[2]。

2山火對(duì)運(yùn)行線路的影響

輸電線路通道附近的可燃植被發(fā)生火災(zāi)時(shí)，會(huì)直接影響到火災(zāi)區(qū)域的輸電桿塔塔身、絕緣子及輸電導(dǎo)線與架空地線的安全。山火的主要特性為其火焰本身的高溫以及因燃燒不同植被產(chǎn)生的大量灰燼、炭黑以及濃煙。這些因素對(duì)桿塔及其附屬設(shè)備的機(jī)械與電氣性能因火勢(shì)的強(qiáng)弱和植被的種類(lèi)具有不同程度的影響。

2.1山火對(duì)絕緣子的影響

輸電線路絕緣子起著固定并絕緣導(dǎo)線與橫擔(dān)的作用，其在山火條件下的電氣與機(jī)械性能直接影響到線路的安全運(yùn)行。目前在輸電線路中常見(jiàn)的絕緣子為合成絕緣子和瓷質(zhì)絕緣子。研究表明，瓷質(zhì)絕緣子在溫度高于300℃條件下其絕緣開(kāi)始失效[3]，并且暴露在火焰中的時(shí)間越長(zhǎng)失效概率越大，如果絕緣子在遭遇山火過(guò)程中采取水噴滅火或者遭遇雨水沖刷，絕緣子將因淬火而可能出現(xiàn)裂紋甚至破裂，而合成絕緣子在高溫條件下的電氣性能沒(méi)有明顯變化[4]。另一方面，山火發(fā)生時(shí)伴隨有大量的濃煙、灰燼和炭黑顆粒，這些伴隨物質(zhì)在空氣熱對(duì)流的作用下在空氣中漂浮并最終黏附于絕緣子表面，導(dǎo)致絕緣子鹽密度、灰密度增加，進(jìn)而增加污閃跳閘的發(fā)生。

2.2山火對(duì)導(dǎo)線與架空地線的影響

目前在高壓輸電線路上導(dǎo)線及架空地線多采用鋼芯鋁絞線和鋼絞線。山火對(duì)導(dǎo)地線的影響主要在機(jī)械性能方面。在高溫條件下，導(dǎo)地線因熱膨脹而導(dǎo)致弧垂增大，從而可能進(jìn)一步導(dǎo)致導(dǎo)線對(duì)地距離不足出現(xiàn)放電跳閘事故。另一方面，高溫火焰會(huì)加劇導(dǎo)地線的老化，在植被燃燒的過(guò)程中大多存在長(zhǎng)青植物，在高溫火焰中因燃燒不充分而產(chǎn)生高濃度高溫高濕氣體加劇了鋁、鋼材料的電化學(xué)腐蝕，為線路日后的安全運(yùn)行留下了隱患。

此外，在高溫山火條件下，輸電線路塔身、連接、接續(xù)、保護(hù)金具也會(huì)受到不同程度的機(jī)械損傷及電化學(xué)腐蝕影響。

3防山火措施總結(jié)與探討

3.1建立山火隱患區(qū)域檔案，制定山火防范預(yù)警機(jī)制

根據(jù)輸電線路通道區(qū)域的地形地貌和歷史運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)輸電線路通道環(huán)境進(jìn)行分級(jí)定位，劃分山火分布分級(jí)圖，規(guī)劃山火區(qū)域救援車(chē)輛行駛路徑圖。針對(duì)山火易發(fā)區(qū)段建立輸電桿塔一桿一檔，結(jié)合定期巡視發(fā)現(xiàn)的通道變化情況，實(shí)施山火隱患危險(xiǎn)點(diǎn)定期檢查、更新。

3.2加強(qiáng)特殊時(shí)段的山火宣傳與巡視力度

近年來(lái)，山火防治已成為線路運(yùn)維人員的一項(xiàng)常態(tài)性工作。由于人力、物力及外界環(huán)境因素的影響不可能做到全方位全時(shí)段覆蓋。因此針對(duì)春節(jié)、清明、中元等傳統(tǒng)山火易發(fā)節(jié)假日提前做好宣傳預(yù)警工作，充分利用電視、廣播、報(bào)紙、宣傳單等手段，積極宣傳《電力設(shè)施保護(hù)條例》中關(guān)于高壓輸電線路附近禁止燃放煙火等相關(guān)電力知識(shí)，提高周邊群眾依法護(hù)電意識(shí)。

3.3建立山火應(yīng)急預(yù)案，完善山火故障應(yīng)急培訓(xùn)

建立和完善山火應(yīng)急預(yù)案，積極加強(qiáng)與地方政府、氣象、林業(yè)、消防等職能部門(mén)的聯(lián)系，爭(zhēng)取相關(guān)職能部門(mén)的合作支持。儲(chǔ)備并檢查搶修物資，一旦發(fā)現(xiàn)山火隱患迅速出擊，科學(xué)調(diào)度，把隱患消除在萌芽狀態(tài)。充分調(diào)動(dòng)運(yùn)維人員、屬地護(hù)線員及桿塔周邊群眾力量，定期開(kāi)展防山火應(yīng)急演練，提高應(yīng)對(duì)突發(fā)事故的處置能力。完善山火發(fā)生預(yù)防機(jī)制。

3.4健全山火過(guò)后的隱患排查機(jī)制

在火焰的高溫高濕條件下導(dǎo)線及桿塔附屬金具的腐蝕加快，因而在輸電線路通道附近區(qū)域發(fā)生山火后，線路運(yùn)維單位應(yīng)重視山火過(guò)后留下的隱患，組織線路運(yùn)維人員開(kāi)展導(dǎo)地線外觀與機(jī)械性能檢查，及時(shí)修補(bǔ)和更換缺陷導(dǎo)地線，確保輸電線路的安全運(yùn)行。針對(duì)山火過(guò)后積污嚴(yán)重的瓷質(zhì)絕緣子清掃或更換，根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)更換高溫變形的合成絕緣子。

3.5技術(shù)防范措施

(1)利用極軌氣象衛(wèi)星技術(shù)建立防山火智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[5]，利用視頻在線監(jiān)測(cè)裝置實(shí)行重點(diǎn)區(qū)域24小時(shí)不間斷監(jiān)測(cè)，完善山火預(yù)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，準(zhǔn)確查找故障，為撲救山火方案提供技術(shù)支撐。

(2)在山火多發(fā)區(qū)采用大截面耐熱導(dǎo)地線[6]，防止導(dǎo)線在火焰高溫條件下因弧垂過(guò)大而使導(dǎo)線對(duì)植被或建筑物凈空距離不足而發(fā)生跳閘事故。

(3)新建線路在設(shè)計(jì)初期可結(jié)合具體地形，在山林植被茂密及山火多發(fā)地帶采用呼稱(chēng)高較高桿塔，避免因山火火勢(shì)較高而引發(fā)線地間短路跳閘。

(4)及時(shí)清理塔基及線路通道內(nèi)易燃的高桿植被，在防山火重點(diǎn)區(qū)域拓寬防山火隔離帶。

(5)推廣普及直升機(jī)、無(wú)人機(jī)線路通道巡檢，對(duì)山火隱患重點(diǎn)區(qū)域?qū)嵭谐B(tài)化飛檢，確保在山火未萌芽階段及早撲滅。

4結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，輸電線路防山火已成為線路運(yùn)維人員的一項(xiàng)常態(tài)工作。山火防治是一項(xiàng)涉及線路初期設(shè)計(jì)、運(yùn)維單位日常巡檢及山火過(guò)后隱患排查的系統(tǒng)工作。只有從多方面入手，采取科學(xué)有效的防治措施，才能有效減少線路通道附近山火引發(fā)線路跳閘事故的發(fā)生，保障高壓輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳田,劉凱,胡毅,等.植被火焰的電導(dǎo)率特性及其對(duì)導(dǎo)線-板間隙的絕緣的影響[C]∥湖北省電工技術(shù)學(xué)會(huì)、武漢電工技術(shù)學(xué)會(huì)2013年度學(xué)術(shù)年會(huì)、第五屆“智能電網(wǎng)”暨“電機(jī)能效提升”發(fā)展論壇論文集，2013.

[2] 王浩東.輸電線路山火跳閘原因分析及對(duì)策[J].廣西電力，2009,32(4)：43- 45.

[3] 吳田,劉凱,劉庭，等.山火對(duì)輸電線路設(shè)備及外絕緣影響分析[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào),2013(3):83- 89.

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[6] 張?jiān)贫?易輝, 喻劍輝.我國(guó)大截面與耐熱導(dǎo)線輸電技術(shù)的現(xiàn)狀及展望[J].高電壓技術(shù),2005(8)：24-26.

[責(zé)任編輯：王敏]

Prevention Measures and Mechanism of High-Voltage Line Tripping Caused by Wildfires

WANNeng1,ZHUANGYan2,MAChao3

(1.MaintenanceCompanyofStateGridAnhuiElectricPowerCorporation,Hefei230001,China;2.AnhuiElectricalEngineeringProfessionalTechniqueCollege,Heifei230022,China;3.StateGridHuainanPowerSupplyCompany,Huainan232007,China)

Abstract:The wildfires near transmission line channel have been an important hidden danger to threaten the safe operation of the transmission line. The paper has a detailed analysis of the mechanism of transmission line tripping caused by wildfires and the effect on the transmission line with the happened risk of wildfires on State Grid Anhui Electric Power Corporation. According to the operation experience of transmission line fire prevention, the prevention and control measures of wildfires tripping fault are put forward, having a certain guiding significance for the prevention of wildfires tripping fault of transmission lines.

Key words:transmission line; wildfire; channel; tripping

中圖分類(lèi)號(hào)：TM752+.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-9706(2016)01- 0070- 03

作者簡(jiǎn)介：萬(wàn)能(1990-)，男，江西臨川人，國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司檢修公司，助理工程師，從事輸電線路帶電檢修工作。E-mail：wanneng500@foxmail.com

收稿日期：2015-12-31

莊嚴(yán)(1963-)，男，安徽合肥人，安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院電力工程系教師。

馬超(1969-)，男，安徽淮南人，高級(jí)技師，主要從事輸電線路帶電檢修工作。