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

(國網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

(國網河北省電力公司檢修分公司，石家莊 050071)

針對超高壓輸電線路故障頻發，影響電網穩定運行的問題，從故障類型、區域、跳閘月份和跳閘重合等方面對河北省南部電網上半年超高壓輸電線路故障情況進行分析，認為該地區上半年輸電線路的典型故障是覆冰、外力破壞和雷擊跳閘，結合這3種典型故障的危害、特點和產生原因，提出針對性的防范措施。

超高壓輸電線路；覆冰；外力破壞；雷擊

隨著河北省南部經濟社會發展，極端惡劣天氣增多，外力破壞、冰閃、舞動故障已經成為威脅超高壓輸電線路安全運行的主要因素。河北省南部電網(簡稱“河北南網”)2010年大范圍覆冰舞動對線路穩定運行影響巨大，線路停運時間長、設備受損嚴重，且在短時間內僅有一回線路向山東電網供電，供電可靠性大幅降低；2012年一起吊車碰線故障致使跨區電網重要線路停運1.12 h，減供負荷131.8萬kWh，線路跳閘故障是威脅超高壓電網安全運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行水平，加強應對各類故障的能力，對近年來河北南網輸電線路故障情況進行統計分析，制定防控措施。

1 故障情況統計

對河北南網2008-2012年1-6月輸電線路故障分別按類型、區域、跳閘月份、跳閘重合情況進行統計，統計情況見表1-4。

表1 輸電線路故障類型統計

表2 輸電線路故障區域統計

表3 輸電線路故障月份統計

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

從故障區域統計分析看，2008-2012年1-6月故障數量，集中的地區為HD，占67.9%，SJZ占16.1%，這2個地區經濟較發達，多數故障發生在東西走向的LuXI、II線，XinLI、II線。

表4 輸電線路故障跳閘重合成功情況統計

從故障月份統計分析來看，2008-2012年1-6月輸電線路故障多發生在2月、3月和6月，分別占總跳閘數的41.1%、17.9%、17.9%。

從故障跳閘重合情況統計分析來看，2008-2012年1-6月輸電線路故障中，雷擊、鳥害故障重合成功率較高，均為100%,而外力破壞、風偏、覆冰舞動、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

河北南網2008-2012年1-6月超高壓輸電線路故障主要以覆冰舞動、冰閃，外力破壞以及雷擊等故障類型為主，風偏及其他故障略少。舞動+冰閃，外力破壞以及雷擊占跳閘總次數的42.9%、21.4%、17.8%，且覆冰故障主要發生在2月，外力破壞故障多發生在3月，雷害故障多發生在6月，故障發生的類型均與惡劣天氣，密集的保護區內施工和耕作有密切關系，具有較明顯的季節特點。

HD、SJZ 2個地區線路故障較多，分別占1-6月輸電線路故障的67.9%、16.1%。2個地區輸電線路較為集中，是王曲神木、府谷送出的主要通道，經濟發達，上半年外力破壞故障多發生在SJZ地區，另外線路經過山區、丘陵，地形復雜，微氣候、惡劣天氣較多，上半年HD地區舞動、風偏、冰閃等故障多發，線路故障與所處地域關系突出。

3 典型故障分析

3.1 線路覆冰舞動

覆冰造成的線路跳閘故障主要為導地線覆冰舞動造成相間閃絡故障和絕緣子串覆冰橋接，在融冰時造成單相故障，覆冰情況見圖1。受極端惡劣天氣影響，河北南網超高壓電網在2010年冬季發生大范圍的覆冰閃絡故障。

圖1 線路覆冰情況

3.1.1 特點

a. 導地線、絕緣子覆冰多發生于1、2月，此時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，導地線、絕緣子覆冰雪情況時有發生，在滿足條件時易發生覆冰舞動和冰閃故障。

b. 線路舞動故障多發生在平原和同塔雙回線路，在2010年發生的舞動故障中，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. 絕緣子覆冰閃絡多發生在山區，受山區氣溫變化影響，懸垂合成絕緣子迎風面覆冰雪后在反復融化、冰凍情況下橋接，在融冰時易發生閃絡故障。

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

e. 線路舞動及冰閃多發生于1、2月，正是冬季極端惡劣天氣較多時節，氣溫、雨雪以及穩定的風速、風向，激發導地線舞動條件，同時在懸垂絕緣子覆冰情況下，容易發生融冰閃絡。

3.1.2 危害

2010年冬季，河北南網500 kV輸電線路發生的舞動故障，舞動時間長，一般在18～26 h，最大舞動幅值在10 m以上，大幅度的舞動導致導線與導線之間、導線與地線之間絕緣間隙不滿足要求，從而引起閃絡跳閘。此外由于舞動過程中，導線張力明顯增大，造成線路受損嚴重，在五回線路舞動中，引發了線路橫擔斷裂落地，導地線光纜斷股，引流線斷裂，絕緣子損壞、脫落，金具斷裂，螺栓松動、脫落等不同程度的危害，嚴重影響線路安全運行。

3.1.3 成因分析

輸電線路舞動的發生與線路覆冰、風的激勵以及線路的結構參數有直接關系。偏心覆冰改變導線截面，改變空氣動力特性，產生負阻尼效應，積累能量，激發舞動；風速和風向影響導線覆冰的形狀，在風與導線夾角較大情況下，增大了導線舞動的可能；另外在相同的條件下分裂導線更容易發生舞動。2010年冬季，500 kV線路舞動跳閘故障都發生于平原，且為東西走向，是典型的線路覆冰舞動現象，其發生條件、舞動表現形式、造成的后果等都與以往的舞動情況一致。

絕緣子上附著的冰雪含有大量的電解質，增大了冰水的電導率，2010年冬季，在0 ℃左右的氣溫變化中，絕緣子上的積雪融化后，在滴落過程中又結冰形成冰柱，冰柱的延長使絕緣子傘裙被冰凌橋接，形成冰橋。隨著氣溫升高，當線路絕緣子上的冰柱開始融化并形成水簾滴落，導致絕緣子串裙邊之間形成閃絡通道，在融冰過程中，覆冰表面的冰水溶解污穢中的電解質，形成高電導率的融冰水膜，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通道，造成線路故障跳閘。

3.2 外力破壞

3.2.1 發生月份及類型分析(見表5、表6)

表5 外力破壞故障發生月份情況統計

從外力破壞故障發生的月份來看，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型統計

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

3.2.2 故障特點

a. 3、4月正值春季，農閑季節，大風天氣較多，放風箏、施工作業密集，蔬菜大棚搭建以及地膜覆蓋較頻繁，極易發生異物上線、吊車碰線等外力破壞跳閘故障。

b. 隨著河北省南部經濟社會發展，城鎮范圍擴大，線路保護區不斷遭到基礎設施建設的占用，致使外力破壞故障多發生在城郊、開發區附近線路，且呈逐年上升趨勢。

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

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區外很遠的塑料布、導電繩索在瞬時大風作用下搭掛到導線造成，對保護區范圍內或附近村莊進行宣傳教育作用不明顯，而吊車碰線造成的跳閘多為流動吊車所致，防控難度極大。

3.2.3 故障原因分析

河北南網超高壓輸電線路遍布六地市，所經區域范圍較廣，隨著河北省南部經濟社會發展，政府加大招商引資力度，部分廠礦企業，在線路保護區附近進行大規模的施工作業，新(擴)建道路、鐵路及相關基礎設施改造日益增多；當地群眾為加快經濟作物生長，在線路保護區內的蔬菜大棚、地膜逐年增多，嚴重危及電力設施安全。

3.3 雷擊跳閘故障

3.3.1 發生月份及地形分析(見表7、表8)

表7 雷擊跳閘故障發生月份情況統計 次

從雷擊跳閘故障發生月份來看，上半年雷擊故障均集中在6月。

表8 雷擊跳閘故障發生地形情況統計

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

3.3.2 故障特點

a. 線路雷擊故障與落雷密度關系密切，而上半年雷擊故障全部發生于6月，這與氣候特點和6月落雷次數最多有直接關系。

b. 輸電線路遭受雷擊，與所處地形有直接關系，但不能以線路鐵塔所在位置的高低作為判斷鐵塔是否會遭受雷擊的判斷依據，河北南網500 kV線路雷擊故障比較分散，但從統計來看，主要集中在山頂和山坡，占到故障總數的60%。

c. 從斷路器保護動作情況來看，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. 繞擊雷過電壓是雷電繞過避雷線直接擊中導線出現的雷過電壓，與雷電流幅值、線路防雷保護角等因素有關，主要發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計中，雷擊跳閘故障均占第10位。主要原因為輸電線路暴露于大自然中，途徑高山大嶺、空曠田野，而大部分雷害集中在山區和平原空曠地帶，山區雷電活動頻繁、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. 每年上半年要加強重要輸電通道的運維管理，根據總結分析結果，制定月度重點巡視項目，對易覆冰區、舞動區、外力破壞多發區加強特巡和觀測，總結經驗，制定針對性的防控措施。

b. 加強線路防舞動、防冰閃治理工作，積累覆冰區域運維資料，對發生舞動、冰閃故障的線路區段，采取加裝回轉式間隔棒、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、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. 加強線路防風偏治理及研究工作，對運行線路要按照新的設計規范校核線路風偏搖擺角，提高風壓不均勻系數至0.75，風速按實際導線高度校驗，對校驗不滿足要求的直線塔采取加裝重錘措施，耐張塔采取調整引流弧垂，加裝跳線絕緣子等措施進行治理，提高線路防風偏能力。

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，做好城鄉結合，郊區等線路所處地膜大棚等異物區、通道內施工區域、鐵塔圍擋區域的統計，加強護電宣傳工作。發動屬地人員，縮短巡視周期，對發生的異常、潛在的風險及時防控。

e. 線路防雷擊故障方面，通過雷電定位系統積累線路所經區域落雷情況，掌握雷擊與雷電流強度、地形及線路結構的關系。加強接地裝置的檢查和維護，及時完成接地電阻測試和接地體檢查工作，尤其是處于山區的鐵塔，對不符合要求的鐵塔接地在每年5月底前完成治理。

5 結束語

統計分析近年河北南網1-6月超高壓輸電線路故障類型和特點，從統計分析中查找故障發生的規律和典型故障的原因，提出線路在上半年月度運行維護的重點和要求，制定針對性的差異化運維措施，為下一步改善線路運行環境，減少跳閘故障對電網的影響提供參考。

本文責任編輯：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維管理工作。

TM726.1

B

1001-9898(2014)01-0037-03