輸電線路山火跳閘機理分析及預(yù)防措施

何知純 王沐雪

摘 ?要：近些年來，輸電線路山火跳閘事故頻頻暴發(fā)，引起相關(guān)部門的高度重視。該文首先從空氣熱游離、高電導(dǎo)率的電子和離子、大量顆粒與灰燼3個角度解析輸電線線路山火跳閘的機理，分析影響山火跳閘的主導(dǎo)要素。結(jié)合實際情況，提出預(yù)防山火的建設(shè)性建議，如劃分山火重點時段、規(guī)劃線路通道、建立實時監(jiān)測系統(tǒng)、制定應(yīng)急方案。最后，該文對山火研究趨勢進行展望，認為利用原子發(fā)射光譜法可監(jiān)測不同植被對輸電線路絕緣的危險程度，從而進行危險分區(qū)。

關(guān)鍵詞：輸電線路 ?山火 ?原子發(fā)射光譜

中圖分類號：TM732 ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）05（a）-0030-02

Abstract： In recent years， frequent outbreaks of hill fire tripping accidents on power transmission lines have attracted much attention. Firstly， this paper analyzes the mechanism of mountain fire trip of transmission lines from three angles of air thermal dissociation， high conductivity electrons and ions， large amount of particles and ash， and analyzes the main factors affecting the trip of mountain fire. Combined with the actual situation， constructive suggestions are put forward to prevent mountain fires， such as dividing the key periods of mountain fires， planning route passages， establishing a real-time monitoring system， and making emergency plans. Finally， this paper looks forward to the research trend of mountain fires. It is believed that atomic emission spectrometry can be used to monitor the degree of danger of different vegetation to the insulation of transmission lines， thus carrying out hazard zoning.

Key Words： Transmission line; Mountain fire; Atomic emission spectrum

隨著經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，人們對電能的基本需求過渡為對電能質(zhì)量的需求，為廣大用戶提供源源不斷的高質(zhì)量電能是電力從業(yè)人員的工作重點。輸電線路作為電能傳送的關(guān)鍵介質(zhì)，是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中不可或缺的一部分，其穩(wěn)定運行是高品質(zhì)電能的根本保證。然而，由于我國特殊的地形地貌影響、全球變暖現(xiàn)象加劇、森林大面積燒荒，以及秋后祭祀，架設(shè)在山林區(qū)域的輸電線路下方極易發(fā)生山火。山火的發(fā)生引致電能質(zhì)量急劇下降，嚴重情形下會毀壞電力設(shè)備，造成電路癱瘓，引發(fā)大面積停電事故，影響終端用戶生活和工業(yè)生產(chǎn)。該文先探討輸電線路山火跳閘的機理和誘發(fā)山火的因素，后給出詳細的防治措施。

1 ?輸電線路山火跳閘的機理分析

1.1 氣溫升高，空氣熱游離

發(fā)生大面積山火時，山火的燃燒溫度可達1000℃～1177℃，而空氣中的氣體出現(xiàn)明顯的熱游離的溫度為730℃左右，因此山火發(fā)生時伴隨著大量的空氣熱游離帶電粒子產(chǎn)生。同時由于火焰和濃煙中自由移動離子的運動加快、大氣壓力的影響加劇，導(dǎo)致空氣絕緣降低形成導(dǎo)電通道，致使輸電線路以空氣為路徑與地面相接觸，引起跳閘現(xiàn)象[1]。

1.2 高電導(dǎo)率的電子和離子被釋放

山火發(fā)生時，大大增加了導(dǎo)線與森林、植被、樹木彼此之間不均勻電場的兩極間電荷量。超高溫度的火焰、極強的火勢狀況使得燃燒時間持續(xù)，引致兩極間增加的電荷量急劇上升[2]。同時火焰對導(dǎo)線金屬電極進行加熱時，產(chǎn)生大量的電子、離子。隨著山火的持續(xù)燃燒，地面、導(dǎo)線兩極間的電荷量持續(xù)增加，當增加到一定量值后，電場發(fā)生極端畸變，使空間電荷復(fù)活的數(shù)量增加，進而產(chǎn)生光子，引致光游離。在局部強場中，發(fā)展成為衍生電子崩，衍生電子崩與主電子崩的匯合發(fā)展形成流注，負先導(dǎo)通道產(chǎn)生，致使線路跳閘，引發(fā)停電。

1.3 形成大量顆粒與灰燼

山火燃燒過程中，導(dǎo)線、導(dǎo)線間隙之間漂浮著大量碳化的固體顆粒、灰燼等，這些顆粒物的介電常數(shù)不盡相同，致使空氣的絕緣性發(fā)生改變。同時，顆粒物的電場隨著其進入的強電場區(qū)域的方向而發(fā)生改變，嚴重情況下顆粒物兩端的電場出現(xiàn)畸變現(xiàn)象。當電場強度過高導(dǎo)致觸發(fā)放電時，顆粒物間隙絕緣性能降低，容易導(dǎo)致顆粒物之間的間隙被擊穿，繼而導(dǎo)致線路間隙機擊穿與跳閘。

2 ?山火跳閘影響因素

2.1 可燃物

引發(fā)山火發(fā)生的主要可燃物為輸電線路下方的植被，由于不同的植被自身所含的無機鹽含量不同，燃燒時堿金屬鹽的激發(fā)強度不同，故山火跳閘受不同植被產(chǎn)生的影響不同，據(jù)統(tǒng)計，致使線路跳閘的高危植被是杉樹、桉樹、松樹，部分統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表1所示。

2.2 環(huán)境因素

山火的火勢狀況受周圍環(huán)境的溫度、濕度、風速、坡度、坡向均對山火的火勢強度的直接影響[3]。一般來說，環(huán)境溫度越高，濕度不足，山火發(fā)生的機率越大;強勁風力、空氣對流可使火焰的高度和烈度大幅度地抬升;順風坡地使煙火通道更易形成。山火愈持久、火勢越大，線路跳閘的可能性越大。

2.3 空氣間隙

山火發(fā)生時伴隨著周圍環(huán)境溫度的急劇上升，致使空間間隙絕緣度比正常情況下低。當輸電線路傳輸?shù)燃壿^高的電壓時，空氣間隙易發(fā)生擊穿現(xiàn)象，引起線路跳閘。

3 ?山火預(yù)防措施

為減小山火對輸電線路以及電力系統(tǒng)的不良影響，該文給出如下建議及預(yù)防措施。

3.1 劃分山火重點時段

經(jīng)調(diào)查，山火高發(fā)的時期集中在在春節(jié)、農(nóng)耕、上墳祭祀（清明、中元、冬至等）、秸稈焚毀（夏收、秋收）、其他特殊（易發(fā)山火節(jié)慶活動、不間斷晴熱干旱天氣等）等時段。在重點時段和重點區(qū)段，應(yīng)加大防火巡視力度，定期清理周圍的易燃物。

3.2 劃分危險區(qū)段、規(guī)劃線路通道

由于我國特殊的地形地貌、多樣的植被覆蓋區(qū)域、多變的氣候條件，致使危險區(qū)段的劃分是山火預(yù)防的重點和難點。對輸電線路的試驗研究斷定，合理掌控植被可以有效預(yù)防輸電線路發(fā)生山火跳閘。線路下方的危險植被在燃燒過程中會發(fā)生導(dǎo)電粒子的激發(fā)電離，光譜測量儀可采集與分析植被燃燒時的特征光譜，根據(jù)特征光譜可監(jiān)測不同植被對輸電線路絕緣的危險程度，進行危險分區(qū)[4]。

根據(jù)劃分的危險區(qū)段進行輸電線路的布置規(guī)劃時，應(yīng)盡量避免在危險植被如杉樹、桉樹、松樹等植被下面鋪設(shè)輸電線路。同時，避免同一區(qū)域密集布置多條線路，以減小輸電線路發(fā)生山火時對整個系統(tǒng)的影響。

3.3 建立實時監(jiān)測系統(tǒng)

目前應(yīng)用在輸電線路的監(jiān)測方式主要是衛(wèi)星遙感監(jiān)測、無線傳感監(jiān)測、火災(zāi)探測器監(jiān)測、無人機監(jiān)測及人工巡視監(jiān)測，但這些技術(shù)在山火的監(jiān)測方面存在各自的盲點與不足，具體的實際情況中，可緊密結(jié)合無線傳感技術(shù)和衛(wèi)星遙感技術(shù)，確保山火預(yù)警的準確性和及時性。

3.4 制定有針對性的山火應(yīng)急方案

針對火焰的燃燒狀況和發(fā)展趨勢，采取不同的應(yīng)急方案。對線路下方植被低矮、地表火焰高度較低、火勢較大的山火，可通過降低傳輸電壓等級的方式應(yīng)對;對線路下方植被密集、地表火焰較高、煙塵通道濃密的山火，可通過變換運行方式、轉(zhuǎn)移負荷應(yīng)對。應(yīng)針對不同的山火類型，完善防山火預(yù)案和應(yīng)對山火措施。

4 ?結(jié)語

該文首先概述了山火跳閘機理，繼而深入研究了影響輸電線路山火跳閘的主導(dǎo)要素，最后提出了預(yù)防輸電線路山火的針對性措施。山火作為一種影響輸電線路正常運行的主要因素，必須引起相關(guān)部門人員的高度重視。健全全民防山火意識、構(gòu)建實時監(jiān)測管理體系、清理山火隱患點等，仍是需要重點研究和實施的內(nèi)容。該文認為，原子發(fā)射光譜火焰法對山火危險區(qū)段的劃分具有重要意義，今后將進行更加深入的研究。

參考文獻

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