寧波電網(wǎng)輸電線路冰災(zāi)故障分析和應(yīng)對

張 建

(國網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司，浙江 寧波 315016)

寧波電網(wǎng)輸電線路冰災(zāi)故障分析和應(yīng)對

張 建

(國網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司，浙江 寧波 315016)

防控、消除輸電線路冰災(zāi)，事關(guān)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。通過吸取近年來抗擊冰災(zāi)的經(jīng)驗教訓(xùn)，分析了冰災(zāi)故障的分類和特點，提出了冰災(zāi)的應(yīng)對方式，并從運行的角度提出了抗擊冰災(zāi)的應(yīng)對措施，為輸電線路冰雪天氣安全穩(wěn)定運行提供保障。

輸電線路；冰災(zāi)故障；桿塔變形；絕緣子；覆冰

0 引言

2008年、2013年浙江電網(wǎng)分別經(jīng)歷了2次冰凍災(zāi)害，造成多條線路發(fā)生不同程度的倒塔、桿塔變形、導(dǎo)地線斷線(掉線)、絕緣閃絡(luò)等事故，導(dǎo)致線路停運，給主網(wǎng)可靠運行帶來了很大的影響。2008年冰災(zāi)持續(xù)20多天，浙江省多個海拔較高的山區(qū)均發(fā)生線路冰災(zāi)事故；2013年冰災(zāi)只持續(xù)了5天，受損線路集中在寧波地區(qū)。

1 冰災(zāi)故障分類

從已發(fā)生的故障狀況來看，冰災(zāi)故障主要是由覆冰導(dǎo)致輸電線路設(shè)備機(jī)械過荷載和電氣性能下降引起的，分為桿塔變形折損、導(dǎo)地線斷線、絕緣子覆冰閃絡(luò)、導(dǎo)地線距離不足、不均勻脫冰跳躍、導(dǎo)線覆冰舞動等類型，不同故障保護(hù)動作情況也不相同(以下分析均以中性點直接接地系統(tǒng)線路重合閘裝置在運為前提)。

1.1 桿塔變形折損故障

桿塔變形折損的主要原因為:由于受桿塔導(dǎo)地線、金具嚴(yán)重覆冰影響，垂直荷載急劇增加；另外，隨著導(dǎo)線覆冰厚度的增加，作用于桿塔的水平荷載也成倍增長，當(dāng)作用于桿塔的綜合荷載超出桿塔的承受能力時，就會造成桿塔變形折損。此類故障一般表現(xiàn)為單相接地故障，重合失敗，強(qiáng)送不成，特別容易發(fā)生在高海拔地區(qū)大檔距、大高差及風(fēng)口區(qū)域的桿塔。

1.2 導(dǎo)地線斷線故障

導(dǎo)地線覆冰后，承受的應(yīng)力增加，當(dāng)應(yīng)力超出導(dǎo)地線的機(jī)械強(qiáng)度時，發(fā)生斷線故障；或?qū)У鼐€覆冰后，在適宜的風(fēng)力激勵下容易在線夾出口附近發(fā)生高頻振動，造成疲勞損傷斷線。對于導(dǎo)線垂直排列的線路，此類故障一般表現(xiàn)為單相故障后引發(fā)相鄰相故障，重合失敗，強(qiáng)送不成。由于發(fā)生斷線故障的桿塔的周邊環(huán)境與桿塔變形折損故障類似，因此當(dāng)導(dǎo)線在不平衡張力和斷線沖擊荷載的作用下發(fā)生斷線故障時，往往會造成桿塔變形折損。

1.3 絕緣子覆冰閃絡(luò)故障

絕緣子串覆冰后，泄漏距離縮短，耐壓強(qiáng)度降低。在氣溫升高過程中覆冰緩慢融化，融冰水?dāng)y帶絕緣子表面的污穢物沿表面形成連續(xù)導(dǎo)電水膜，引起沿絕緣子表面的閃絡(luò)故障。此類故障一般表現(xiàn)為單相接地故障，大多重合成功，在短時間三相均有發(fā)生，一般發(fā)生在氣溫升幅較高的時間段，多發(fā)于直線塔“I”型盤式絕緣子串。

1.4 導(dǎo)地線距離不足故障

受導(dǎo)線負(fù)荷電流作用，運行中導(dǎo)線溫度比地線溫度高，地線覆冰厚度比導(dǎo)線大，地線弧垂，特別是OPGW(Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，光纖復(fù)合架空地線)增量明顯大于導(dǎo)線，導(dǎo)致導(dǎo)地線之間的距離不足而引起放電。此類故障為單相故障，重合失敗，強(qiáng)送情況與地線放電后脫冰程度相關(guān)，多發(fā)于大檔距線路。

1.5 不均勻脫冰跳躍故障

線路覆冰后，隨著氣溫的升高，導(dǎo)線上的覆冰開始脫落。受導(dǎo)線實際脫冰不均勻性和隨機(jī)性的影響，在脫冰過程中導(dǎo)線容易發(fā)生跳躍，在導(dǎo)線垂直排列的線路中，較易發(fā)生相間距離不足放電故障。此類故障一般為相間故障，重合情況與線路保護(hù)裝置設(shè)定有關(guān)(如多數(shù)220 kV線路設(shè)置為相間故障不重合)，大多強(qiáng)送成功。此類故障多發(fā)生在冰災(zāi)后期的自然融冰階段，所有覆冰線路上都易發(fā)生，往往同一區(qū)域會有多條線路相繼發(fā)生。

1.6 導(dǎo)線覆冰舞動故障

在導(dǎo)線輕微覆冰后，由于覆冰沿導(dǎo)地線分布的不規(guī)則性，在穩(wěn)定橫向風(fēng)力作用下，一般在風(fēng)速為4—25 m/s時，會產(chǎn)生頻率較低、幅度較大的振動。由于各相間振動存在不同步性，從而發(fā)生相間距離不足放電故障。此類故障為相間故障，重合情況與線路保護(hù)裝置設(shè)定有關(guān)，大多強(qiáng)送成功。由于其故障點位于線路檔距中央導(dǎo)線上，故障查找難度較大。

2 冰災(zāi)故障應(yīng)對方式

輸電線路的雨雪冰凍災(zāi)害，主要由惡劣氣候影響導(dǎo)致。2008年和2013年發(fā)生雨雪冰凍災(zāi)害前，寧波平原地區(qū)都有明顯降雪，高海拔山區(qū)較平原地區(qū)積雪大，且雪后山區(qū)氣溫持續(xù)維持在0 ℃以下，空氣濕度高，有利于線路覆冰的生成。2013年冰災(zāi)發(fā)展極為快速，從開始下雪到線路故障跳閘只隔了2天，這與該段時間線路故障區(qū)域內(nèi)風(fēng)速較大且風(fēng)向穩(wěn)定(與線路路徑夾角大于等于45°)及雨夾雪天氣有很大的關(guān)系。

線路冰災(zāi)是一個逐漸發(fā)展的過程，提高冰災(zāi)故障的預(yù)見性，形成預(yù)警、預(yù)防、預(yù)控機(jī)制，能有效減輕和避免冰災(zāi)對電網(wǎng)的影響。

為提高對線路雨雪冰凍災(zāi)害的反應(yīng)能力，線路運維單位可在雨雪冰凍前期利用氣象信息、運行經(jīng)驗、線路所處地理位置、線路海拔高度、冰區(qū)圖、在線監(jiān)測設(shè)備等信息，綜合判斷線路運行狀況。密切關(guān)注氣象部門提供的線路相關(guān)區(qū)域天氣狀況、降雨、降雪量等信息，利用在線監(jiān)測裝置實測的溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)據(jù)分析線路覆冰生成條件，為雨雪冰凍預(yù)警和線路特殊巡視提供可靠的決策依據(jù)。目前，寧波電網(wǎng)已完成了所轄中、重冰區(qū)線路覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng)裝置的布點安裝工作。該系統(tǒng)能實際反應(yīng)安裝桿塔絕緣子串拉力、傾斜角數(shù)據(jù)及圖像資料，可作為南方低能見度區(qū)域線路巡視的輔助手段。根據(jù)線路巡視結(jié)果，針對性地采用融冰裝置、除冰裝置、負(fù)荷調(diào)控等手段，減輕和消除線路覆冰，從而達(dá)到減災(zāi)目的。

線路發(fā)生冰災(zāi)故障跳閘后，技術(shù)部門應(yīng)組織分析故障測距信息、保護(hù)動作情況、故障波形表現(xiàn)等，初步判斷故障原因及故障桿段，從而為縮小現(xiàn)場巡視范圍提供可靠技術(shù)支撐，使現(xiàn)場巡視更加具有針對性，提高故障巡視效率。在現(xiàn)場巡視過程中，應(yīng)注重現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集的準(zhǔn)確性，對各故障、受損位置(如放電點、導(dǎo)地線斷口、斷點)等進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)采集，對脫落到地面較為完整的導(dǎo)地線覆冰長度、直徑、重量進(jìn)行詳細(xì)記錄，為后續(xù)故障分析及觀冰數(shù)據(jù)積累提供直接依據(jù)。

線路故障搶修應(yīng)以盡快恢復(fù)線路運行條件為目標(biāo)，按線路重要等級及故障修復(fù)的難易程度安排恢復(fù)，從而保證主網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。

3 抗冰措施

2008年全國發(fā)生大范圍電網(wǎng)冰災(zāi)故障后，國網(wǎng)浙江省電力公司嚴(yán)格按照國家電網(wǎng)公司電網(wǎng)差異化規(guī)劃設(shè)計指導(dǎo)意見進(jìn)行復(fù)校復(fù)核，對所有冰災(zāi)線路進(jìn)行了優(yōu)化補(bǔ)強(qiáng)。寧波電網(wǎng)已于2009年完成了全部冰災(zāi)線路的改造工作，通過局部增設(shè)加強(qiáng)型耐張塔、改造直線塔、更換導(dǎo)地線、更換金具等手段，達(dá)到整體線路優(yōu)化補(bǔ)強(qiáng)的目的，使運行線路抗冰能力有了很大的提升。在2013年冰災(zāi)中，寧波電網(wǎng)未發(fā)生倒塔事故，但發(fā)生了斷線、橫擔(dān)折損等故障，說明抗冰改造還是存在薄弱點，需進(jìn)一步改進(jìn)和完善線路抗冰措施，具體如下。

3.1 加強(qiáng)線路在線監(jiān)測裝置布點安裝及運維工作

線路在線監(jiān)測裝置能有效監(jiān)測線路運行的各種參數(shù)數(shù)據(jù)，分析線路覆冰情況，為抗冰工作提供可靠預(yù)警，因此提高在線監(jiān)測裝置的可靠性和完好率，是做好抗冰工作的重要前提之一。

3.2 合理配置融冰、除冰裝置

融冰、除冰是消除線路覆冰的最直接手段，電網(wǎng)管理單位應(yīng)對中、重冰區(qū)線路對應(yīng)的變電站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行改造，實現(xiàn)融冰、除冰裝置的快速接入；配備移動式線路融冰、除冰裝置，提高融冰、除冰手段的機(jī)動靈活性。

3.3 桿塔局部補(bǔ)強(qiáng)

2008年冰災(zāi)以后，設(shè)計部門加強(qiáng)了桿塔強(qiáng)度的設(shè)計，但2013年冰災(zāi)中還是發(fā)生了桿塔橫擔(dān)折損現(xiàn)象。這說明桿塔部分構(gòu)件仍存在強(qiáng)度不足問題，需加強(qiáng)對桿塔橫擔(dān)的補(bǔ)強(qiáng)措施。

3.4 改善導(dǎo)地線配合設(shè)計

2013年冰災(zāi)中，因為架空地線，特別是OPGW光纜地線覆冰后弧垂增量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于導(dǎo)線弧垂增量，造成了線路停運。改善導(dǎo)地線配合設(shè)計，能避免此類故障的發(fā)生，如：提高地線支架強(qiáng)度和高度；適當(dāng)提高地線覆冰厚度的取值；改變OPGW選型原則；增大導(dǎo)地線間和相鄰導(dǎo)線間的水平位移等。另外，導(dǎo)地線覆冰后，現(xiàn)有防振設(shè)施的防振效果仍顯不足，建議改進(jìn)中、重冰區(qū)風(fēng)口區(qū)域的線路防振設(shè)計。

3.5 采用“V”型絕緣子串

“V”型絕緣子串能有效改善桿塔橫擔(dān)的受力情況，提高橫擔(dān)的受力能力。運行經(jīng)驗證明，復(fù)合絕緣子的防覆冰閃絡(luò)性能明顯優(yōu)于盤式絕緣子，建議在中、重冰區(qū)直線塔采用“V”型復(fù)合絕緣子串。

3.6 特殊區(qū)域路徑改遷和優(yōu)化改造

對位于覆冰厚度20 mm及以上的重冰區(qū)線路，應(yīng)進(jìn)行路徑改道，盡量降低線路的平均海拔，以降低覆冰厚度。路徑受限制地區(qū)，重要線路應(yīng)按重冰區(qū)線路設(shè)計。一般線路可通過耐張段塔的合理布置，以有效減少導(dǎo)地線覆冰時直線塔不平衡張力的產(chǎn)生條件，或因地制宜布置加強(qiáng)的直線塔。

4 結(jié)束語

通過對輸電線路冰災(zāi)故障類型的分析和應(yīng)對方式的論述，及對抗冰工作提出的建設(shè)性整改措施，為冬季電網(wǎng)運行管理和抗冰改造提供參考。特別是針對不同類型故障，分析了故障發(fā)展的特點，提出了應(yīng)對方式，對后期快速開展故障搶修、恢復(fù)電網(wǎng)運行和制定永久性修復(fù)方案具有指導(dǎo)作用。

1 國家能源局．DL/T 741—2010架空輸電線路運行規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2010.

2 張 衡．以風(fēng)險管理思路指導(dǎo)抗冰保電[J].電力安全技術(shù)，2011，13(6)：19-21.

2016-05-04；

2016-10-20。

張 建(1982—)，男，工程師，主要從事高壓架空輸電線路運行檢修工作，email：53475694@qq.com。