長北項目10 kV架空線路故障分析及對策

馬玉新，魯 明

（1.長慶油田分公司第二采氣廠，陜西 榆林 719000；2.長慶油田分公司第三采油廠，陜西 榆林 719000）

1 長北項目架空線路簡介

長北項目已建10 kV架空線路由電力南干線、電力北干線和各井叢電力支線組成。依據區域分布和工藝特點要求，南、北電力干線和各井叢電力支線均為兩路架空線路，互為備用，整個架空線路為星型加樹干式配電網絡。

南、北電力干線引自位于長北天然氣處理廠內的總變電所10 kV開關柜。總變電所10 kV側為單母線分段接線，共引出四路饋電出線為架空線路供電，其中1#電力南干線和1#電力北干線接于總變電所10 kV母線的I段，2#電力南干線和2#電力北干線接于總變電所10 kV母線的II段。這四路10 kV饋線采用電纜與開關柜連接，在廠內采用電力電纜直埋敷設，出廠區后直埋敷設至各電力干線的首端桿與架空線路連接，各井叢電力支線分別就近與電力干線T接，在T接桿處設置隔離開關，支線的1#線與干線1#線相接，支線的2#線與干線的2#線相接，支線末端各安裝一臺容量為50 kVA10／0.4 kV的變壓器，支線1#線與支線2#線在低壓側互相聯鎖，失電切換時間為5 s以內，來電切換時間為5 min以內。南區已建3個井叢的電力支線接于電力南干線，北區已建11個井叢的電力支線接于電力北干線。

圖1 長北架空線路雙回路示意圖

長北項目已建10 kV架空線路總長177.2 km，其中兩路電力南干線全長26.6 km，采用LGJ－35／6鋼芯鋁絞線；兩路電力北干線全長81 km，采用LGJ－70／40鋼芯鋁絞線；南區各井叢電力支線總長12 km，均采用LGJ－35／6鋼芯鋁絞線；北區各井叢電力支線總長57.6 km，均采用LGJ－35／6鋼芯鋁絞線。電力南干線和項目南區各井叢電力支線共裝設氧化鋅避雷器55組（每組三只）；電力北干線和項目北區各井叢電力支線共裝設氧化鋅避雷器90組（每組三只），所有架空線路均為三角架空敷設。

出于安全考慮，項目建設初期就從設計方面設置了3種繼電保護，確保線路、設備及人員安全，3種繼電保護為：接地保護，0.05In，動作時間0.4 s；速斷保護，10In，動作時間0.08 s，定時限動作；過電流保護，1.06In，動作時間0.2 s，反時限動作。

長北項目架空線路所經地區主要為人煙稀少的沙丘地和少量平地，冬季最低氣溫達到－30℃，年平均雷暴日38天，屬雷電災害高發地區，海拔高度1 200 m左右，有較強的沙塵暴，屬于溫帶半干旱大陸性季風氣候；架空線路穿越鐵路1處，跨越高速公路1處，河流2處，與當地電網、通訊線路、埋地管道和鄉村道路有百余處交叉。

2 架空線路故障情況

經過對架空線路近兩年故障情況統計，主要故障有：線路設備線夾斷裂、隔離開關瓷瓶斷裂、線路弧垂過小導致扎線斷裂使導線與橫擔搭接接地、避雷器擊穿、絕緣子擊穿、線路上鳥巢未及時清理、瞬時短路或接地（自動重合閘成功）。主要造成線路接地跳閘或缺相運行，致使井叢失電關井，并燒毀低壓進線接觸器的線圈、應急供電電源及個別電機，對生產運行可靠性造成了很大影響。

表1 架空線路故障次數統計

2011 年故障點位于電力南干線和南區井叢電力支線的故障為7次，故障點位于電力北干線和北區井叢電力支線的故障為24次。2012年故障點位于電力南干線和南區井叢電力支線的故障為4次，故障點位于電力北干線和北區井叢電力支線的故障為9次。

3 架空線路故障原因分析和特點

3.1 低溫氣候影響

根據故障發生的時間特點，設備線夾斷裂、隔離開關瓷瓶斷裂、線路弧垂過小導致扎線斷裂使線路與橫擔搭接造成的故障主要發生在每年的1～2月和10～12月氣溫較低的冬季。由于溫度過低，設備線夾的銅鋁結合面由于熱脹冷縮比不同，發生脆性斷裂；導線因環境溫度降低而收縮，使得弧垂減小，所承受的拉力增大而造成扎線斷裂。

3.2 雷電天氣影響

受半干旱大陸性季風氣候的影響，雷電分布很不均勻，雷電活動主要集中發生在4～9月，年平均雷暴日為38天，屬于雷電災害高發地區。據氣象部門統計，僅2011年，榆林全市有47個雷暴日，共發生閃電10056次，整個雷電季節歷時182天。直擊雷和感應雷是造成線路避雷器擊穿和絕緣子擊穿的主要原因如圖2，根據繼電保護動作記錄發現，雷雨季節永久性故障中單相接地故障占85%、兩相接地故障占15%，雷擊造成的避雷器和絕緣子擊穿又占到了永久性故障的90%以上。究其原因是由于采用的無間隙氧化鋅避雷器和絕緣子長期承受工頻電壓，還要間歇地承受雷電過電壓及工頻續流，部分老化的避雷器和絕緣子在遭受到直擊雷或感應雷過電壓時被擊穿燒毀，引起線路跳閘。

圖2 雷電造成的避雷器擊穿燒毀

3.3 外界其他因素影響

長北項目架空線路所經地區主要為人煙稀少的沙丘地帶，沿途有大量植物和野生鳥類，每年3－9月，部分地段的高大樹木生長很快，加上在此期間架空線路導線馳度增加，導致導線與樹木之間垂直或水平距離過小，如果處理不及時，遇到刮風下雨，容易發生瞬時接地故障，導致跳閘。有時野生鳥類在電桿上搭窩，導致導線與接地部分連通，造成線路接地故障。

4 對架空線路故障采取的優化和防范措施

4.1 針對設備線夾斷裂和隔離開關瓷瓶斷裂

針對設備線夾斷裂現象，在分析了故障設備線夾的特點和性能后，將原來架空線路上使用的銅鋁結合面對焊的設備線夾全部更換為SLG－3BQ型銅鋁面釬焊線夾。同時對質量有瑕疵的隔離開關進行了更換，確保瓷瓶在低溫條件下不發生脆性斷裂。

4.2 針對導線弧垂過小

針對線路弧垂過小現象，一是采取釋放兩端耐張桿處導線預留長度，對于預留長度不夠的，直接更換為較長的導線，二是在原來電桿上安裝增高架，使各電桿頂端高度的落差減小，從而加大了弧垂，保證低溫天氣下導線不會因冷縮而拉斷絕緣子的扎線。

4.3 針對避雷器擊穿

對部分氧化鋅避雷器進行更換并送專門試驗檢驗機構進行性能檢測，發現原來的個別氧化鋅避雷器達不到試驗要求，無法承受20 kV試驗電壓，將電力南干線2#線和氣田南區3個井叢的2#電力支線作為試驗線路，把架空線路上安裝的所有氧化鋅避雷器全部更換為跌落式，并記錄避雷器跌落次數和線路跳閘次數。對線路避雷器接地裝置的接地電阻和引下線連接進行檢查，確保接地電阻不大于10Ω，確保接地引下線連接牢固可靠。

4.4 針對絕緣子擊穿

針對針式絕緣子擊穿的永久性故障和閃絡發生的瞬時故障，考慮到榆林地區海拔高度超過1 km的實際情況，以及風沙較大，絕緣子對污穢等級要求較高的情況，將部分針式絕緣子改為額定電壓20 kV、抗污穢等級更高的產品，以增大絕緣子的泄露比距、耐壓等級和抗污穢能力。

4.5 針對外界其他因素

加強春季線路巡檢，對發現的隱患及時進行整改，對可能危害線路安全運行的樹木及時進行砍伐，對發現的鳥巢等及時清理，對部分桿基和拉線進行加固，消除倒桿危險。

5 運行效果評價

經過改進及優化，長北項目10 kV架空線路的運行可靠性，搶修維護人工及車輛成本、設備材料費用等總結如下：

（1）2012年因設備線夾和隔離開關瓷瓶斷裂造成的故障降為零，避雷器和絕緣子被擊穿次數降低了一半，其它外界影響因素也顯著降低。總故障跳閘次數從2011年的31次降低到了2012年的13次，減少了18次，對長北項目生產可靠性的影響降低了近60%，為長北項目的正常生產提供了可靠保證。

（2）2012年10 kV架空線路的故障次數由2011年的31次降低到2012的13次，搶修次數減少了18次，按維修合同每次搶修人工及車輛成本7 800元核算，節省費用14萬元。

因設備線夾和隔離開關瓷瓶斷裂造成的故障降為零，線路沒有缺相運行故障，消除了缺相運行燒毀設備的隱患。同時跳閘次數減少了18次，更換配件的成本減少了50%以上。

6 結束語

長北項目仍處于項目開發階段，未來兩年將在區塊南區和北區新建五個井叢和一個回注井的電力支線，屆時10 kV架空線路總長度將達到200 km以上，長北二期工程也即將開發，部分用電也將從四條架空線路引接，電力架空線路的安全運行將會變得更加重要。因此降低電力線故障發生次數，確保電力系統正常運行，提高電力系統運行的可靠性是長北項目開發的重要保證。我們將在后續井叢和二期項目設計、施工上進一步優化材料選型、加強施工質量、加大維修維護力度，提高10 kV架空線路的運行可靠性，有力地保障項目正常生產。

［1］ 王建華.電氣工程師手冊（第3版）［M］.北京：機械工業出版社，2006.

［2］ 陳家斌.電氣設備故障檢測診斷方法及實例［M］.北京：中國水利水電出版社，2003.

［3］ 張書旗.線路故障與供電可靠性措施探討［M］.西安：西北電力技術，2004.