輸電線路碧羅雪山段覆冰故障分析及預控措施

摘要：怒江州“怒電外送”輸電線路一般都要穿越海拔4000m碧羅雪山，具有高海拔、大高差、氣候惡劣、微氣候復雜等特點。自2007年11月開始，我公司已經運維2條穿越雪山的220kV輸電線路，共發(fā)生28次在碧羅雪山段覆冰等惡劣氣候引起的線路故障，通過逐年進行線路改造，線路故障率明顯下降。本文就輸電線路碧羅雪山段各類線路故障進行原因分析，對高海拔特殊地段輸電線路，從設計、運行維護等角度，提出探討性的防范措施。

關鍵詞：碧羅雪山段輸電線路；覆冰故障；原因分析；防范措施

一、引言

220kV蘭福線和220kV福劍線是為滿足怒江州沿江三縣富裕電力送出而建設的輸電通道。線路穿越海拔4000m碧羅雪山，具有高海拔、大高差、氣候惡劣、微氣候復雜等特點。由于220kV蘭福線是云南省內第一條穿越高海拔雪山的輸電線路，無論設計、運行單位都較缺乏相關經驗。投運至今，雪山段由于氣候原因造成線路多次被迫停運。220kV福劍線投運后也發(fā)生了多次雪山段故障跳閘。為保證線路安全運行，根據跳閘情況，設計、施工、運行等多家單位經過分析研究后，提出改進措施，并多次對線路進行了加固及改造，每次改造后效果都較為明顯，未發(fā)生類似問題，線路故障率明顯下降。因此對輸電線路雪山段覆冰故障原因及改進方法進行分析是很有必要的。

二、線路概況

220kV蘭福線線路全長111.237km，路徑地形以高山、一般山地、雪山為主，其中雪山段為85-139塔，約22km；220kV福劍線全長146.79km，其中雪山段為86-135塔，約25km，兩條線路水平相距約15km。雪山段兩側分別跨越瀾滄江和怒江，中間翻越碧落雪山，屬于無人居住區(qū)，海拔在3000-4300m之間。雪山段設計采用云南Ⅳ級氣象區(qū)，覆冰C=30mm，風速V=30m/s。220kV蘭福線和220kV福劍線雪山段運維條件較差，一旦設備發(fā)生故障，無論故障巡視、應急搶修都是十分困難的，因此需通過采取各種預防控制措施，減少線路覆冰故障。

輸電線路穿越碧羅雪山段示意圖

三、故障原因分析

220kV蘭福線和220kV福劍線雪山段最高海拔約4200m，地形復雜，處于怒江大峽谷和瀾滄江之間，線路覆冰嚴重，線路最大覆冰直徑達200mm（見圖1），氣候復雜、變換頻繁，大風氣候及導地線頻繁覆冰和脫冰等是線路事故跳閘的直接原因，造成線路故障的原因具體如下：

（一）220kV蘭福線故障分析：

1.導線對塔身放電，造成單相接地故障：①故障情況：雪山段多基耐張塔中相引流線對塔身放電。②主要原因分析：部分耐張塔因與兩側塔之間高差較大，塔型為羊角塔，中線采用跳線管繞跳方式，由于耐張絕緣子串傾角過大，導線與塔身或地線間隙較小，最小電氣間隙雖然滿足規(guī)程要求，但大風情況下或脫冰舞動時引流線擺動容易對塔身或地線放電。（見圖2）

2.導、地線光纜金具受損，造成單相接地故障：①故障情況：部分直線塔地線線夾斷裂，地線落在橫擔上。（見圖5）②主要原因分析：雪山段大風持續(xù)，監(jiān)控最大風速達到26m/s，并且氣候多變，夜間導地線覆冰，白天脫冰，造成線路頻繁脫覆冰，部分金具斷裂（見圖3）。

3.鐵塔受損，造成接地故障：①故障情況：耐張塔跳線支架折斷，跳線管落在橫擔上。②主要原因分析： 由于線路覆冰、脫冰頻繁，部分塔材疲勞受損，最終導致斷裂。（見圖4）

4.導地線光纜覆冰后脫冰不一致，檔內導線對地線光纜放電，造成瞬時性故障。①故障情況：120～121檔內，導線對光纜放電（見圖6），其它部分檔距大于300米，也存在類似問題。②主要原因分析：線路覆冰、脫冰頻繁，導地線舞動頻繁，且導地線脫冰不一致（見圖7），當導線脫冰后，而地線未脫冰，覆冰地線與脫冰導線間距較小，受大風影響，最終導致線路放電。

（二）220kV福劍線故障分析：

1.雪山段水平排列導線，在大檔距檔內發(fā)生相間短路故障。①故障情況：多檔內，水平排列的三相導線，兩邊相與中相放電，造成相間短路。②主要原因分析：部分檔距超過700米，Ⅳ級重冰區(qū)段，三相導線水平排列，導線安裝應力放松，弧垂較大，由于極端超設計氣候，導線在覆冰及大風的作用下擺動不一致，造成相間短路后引起線路故障跳閘。

綜上分析：輸電線路在碧羅雪山段故障主要原因為：覆冰、大風、微氣候造成部分電氣部件疲勞受損，反映出線路存在不均勻覆冰和不同期脫冰現象。

圖1：220kV蘭福線覆冰現象 圖2：改造前引流線

圖3： 220kV蘭福線金具磨損嚴重 圖4：123塔跳線支架折斷

圖5：地線耐張線夾斷裂 圖6：經緯儀觀測檔中心導線對光纜放電點

圖7：在線監(jiān)控導地線脫冰不一致 圖8：改造后引流線

四、針對各類覆冰故障原因采取的措施和效果

自2008年初，雪山段線路多次發(fā)生跳閘后，在云南電網公司高度重視下，線路資產單位積極組織協(xié)調，設計、監(jiān)理、施工、運行單位多次召開分析討論會，針對各類故障和設備隱患對線路進行改造，每次改造后效果十分理想，未再出現同類型故障，具體措施及效果如下：

（一）雪山段多基耐張塔中相引流線對塔身放電。采取的措施：通過調整耐張塔引流線的方式，增大電氣間隙，并采取相應措施，防止耐張塔引流串在大風工況下大幅擺動（見圖8）。

（二）金具受損情況。采取的措施：對地線金具損壞嚴重的塔可采用預絞絲金具及雙掛點金具，部分金具改為加強型金具。

（三）鐵塔受損，造成接地故障。采取的措施：將部分直線塔改為耐張轉角塔，檔距大且地形允許的情況增加耐張塔，將部分特殊地段羊角型耐張塔更換為杯型耐張塔。

（四）導地線光纜覆冰后脫冰不一致情況。采取的措施：由于碧羅雪山幾乎無落雷。雪山頂線路將光纜敷設入地，地線取消。

（五）雪山段水平排列導線，在大檔距檔內發(fā)生相間短路故障。采取的措施：在雪山頂地段檔距超過400m的檔內，安裝相間間隔棒。

（六）導、地線金具長期運行磨損嚴重。采取的措施：對金具磨損嚴重的桿塔進行了金具聯結方式改造，并適當增加金具強度，每年冬季前對雪山段金具進行一次檢查，對磨損嚴重的金具及時進行更換。

五、總結覆冰故障防范措施

總結220kV蘭福線、220kV福劍線覆冰受損情況及多次改造經驗，特提出輸電線路在覆冰、大風、微氣候、高海拔地區(qū)預防覆冰事故的措施，主要由 “改”、“防”兩方面著手，具體如下：

（一） 高海拔地區(qū)由于雷擊概率較小，線路部分特殊地段可以采用“消極”防覆冰法，即拆除覆冰區(qū)地線，將光纜入地敷設；

（二） 在高海拔氣候極端惡劣地區(qū)，線路電氣間隙除嚴格滿足相關設計標準外，應當適當增大電氣間隙，鐵塔選用塔頭塔窗結構較大的杯型塔，耐張塔跳線盡量不要采用跳線管繞跳方式；

（三） 金具盡量使用加強型，直線塔金具采用用雙掛點金具及預絞絲金具，導線絕緣子串可以采用V型串；

（四） 高海拔、微氣象區(qū)段，桿塔檔距盡量不宜大于300m，超過300m 檔內應安裝導線相間間隔棒；

（五） 安裝覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng)，適時掌握覆冰情況，必要時可以提前停運設備，避免電網事故的發(fā)生；

（六） 高海拔、微氣候區(qū)段輸電線路必須在冬季覆冰前和夏季覆冰后進行登塔巡視，對電氣部分進行詳細檢查，特別是導線引流線螺栓緊固情況，及時發(fā)現并處理存在的隱患。

六、結束語

設計階段對線路路徑地區(qū)的氣象和勘察等數據進行充分采集和論證，提高設計標準；施工階段嚴格按設計圖紙進行施工；運行單位多采取預防控制措施，提前控制運行風險；嚴格按照輸電線路特殊區(qū)段維護相關規(guī)程來運行維護。做到以上幾點，對于提高覆冰輸電線路供電可靠性，減少冰災損失和避免覆冰事故具有重要意義。

參考文獻：

[1]GB26859-2011，電力安全工作規(guī)程電力線路部分

[2]DL/T5092 110～500kV架空送電線路設計技術規(guī)程

[3]220kV蘭福線設計總說明

作者簡介：

楊建興 大學學歷，工程師，1994年至今在云南省送變電工程公司從事輸電線路施工運檢工作。