地理環境及氣候對京唐電力設備的影響及應對

李超

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司能源與環境部，河北唐山 063200）

地理環境及氣候對京唐電力設備的影響及應對

李超

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司能源與環境部，河北唐山 063200）

首鋼京唐公司地處渤海之濱曹妃甸，靠近海岸，環境潮濕。受大陸季風氣候影響，常年遭遇季節性大霧凝露、雷雨大風等天氣。這給戶外電力設施維護及電力系統穩定運行帶來了嚴峻的挑戰。通過分析借鑒實際案例，探討應對惡劣環境氣候因素下的故障預防措施及改進方法。

沿海氣候；電力故障；預防措施

1 引言

首鋼京唐公司臨港靠海，地理位置優越。廠區內發電廠、變電站、輸電線路眾多。雖然公司電網的組織構架和運行方式經過不斷的優化完善已經日趨合理成熟，但是一些突發性、不可預見性的環境氣候因素依然給電力系統的安全穩定運行帶來極大的隱患。尤其包括空架線、避雷器、變壓器在內的許多戶外電力設施，長期受沙塵、鹽霧、雷雨等異常惡劣天氣影響，不僅對設備本身造成損害，嚴重時還會引起電力系統故障，造成巨大的經濟損失。因此在電網運行維護工作中，對氣象災害的重視和了解勢在必行。

2 環境氣象因素對電力設備及系統的影響

曹妃甸地區屬于大陸性季風氣候，具有明顯的溫帶半濕潤季風氣候特征。結合其氣候特點和廠區環境，我們總結了影響該地域電力系統穩定性的環境因素及氣象災害，主要包括以下幾類：

2.1 大風，是影響范圍最廣，也是對電網輸電線路造成危害最嚴重的氣象災害之一。受季風氣候影響曹妃甸地區全年風向更替明顯，春夏季常出現雷雨、大風強對流天氣（氣象數據顯示年各向平均風速接近5 m/s，最大風速25 m/s，全年7級以上風力出現頻率4.9%）。通常大風天氣對空架線、桿塔等電力設施造成的影響有以下幾個方面：

（1）導致桿塔折斷倒塌，輸電線路斷路；（2）吹起異物造成搭接引起相間短路；

（3）空架線擺動，磨損絞線，誘發風閃，降低重合閘成功率。

2.2 沙塵。特殊環境使得鋼廠空氣中含有大量粉塵等固體顆粒物。這當中有揚沙天氣造成的短時影響，但大部分粉塵主要來自于工業原料以及雜質的放散。

沙塵的長期積累，會對套管、絕緣子等電力設施造成以下幾個方面的影響：

（1）表面形成污穢層，減小爬電距離，降低憎水性等；

（2）伴隨雨、霧等環境影響絕緣性能，誘發污閃。

2.3 鹽霧。曹妃甸地區終年潮濕，且冬夏極端氣溫溫差較大，所以極易出現季節性鹽霧凝露天氣，濕氣凝結在套管、絕緣子表面或侵入電氣設備內部會造成以下幾個方面的影響：

（1）產生電暈放電，誘發霧閃；

（2）潮氣侵入導致設備絕緣老化；

（3）與大氣中的二氧化硫、二氧化碳等排放物結合形成酸性濕塵，附著在設備表面，在電場的作用下發生電化學腐蝕。

2.4 雷雨。曹妃甸屬于多雷地區，具有分布密集的特點，雷暴發生時通常還伴隨強降雨天氣（氣象數據顯示該地區雷暴多集中在7月汛期，年均天數12天，占全年雷暴日的70%～80%。）。雷暴對電網系統的影響主要有以下幾個方面：

（1）造成雷擊過電壓，損毀設備，引起導線燒毀斷線或跳閘事故；

（2）伴隨雨水降低空氣絕緣強度，引起絕緣擊穿或絕緣子閃絡。

3 事故案例及分析

3.1 變壓器高壓套管閃絡事故案例

由于發電廠地處特殊生產環境：靠海近、濕度大，所以在惡劣天氣狀況下易受雨雪霧等天氣的影響發生閃絡事故。故障點圖片如圖1所示。

圖1 變壓器高壓套管閃絡故障點

電廠啟備變A相套管閃絡造成單相接地故障，主變差動保護動作跳開高壓側開關，發電機解列停機。事故引起的電網電壓電流波動，同時影響了多個聯絡站和下級工藝站，造成電機變頻器過流保護動作跳閘、軌道傳動柜保險擊穿燒毀及低壓配電柜失壓脫扣等故障。圖2為110 kV并網變電站4#母線及電鐵聯絡線故障錄波圖形。

圖2 110 kV并網變電站4#母線及電鐵聯絡線故障錄波圖形

從圖2我們看出A相發生嚴重的單相接地故障，4#母線A相電壓降至2.28 V（一次值2.5 kV）左右，故障持續約3個周波（60 ms），經過半個周波的震蕩過程，三相電壓恢復正常。電鐵聯絡線A相3.9 A（一次值7.82 kA）。

3.2 220 kV架空線風閃案例

這是一起典型的因大風強降雨天氣造成的戶外聯絡線風閃事故，事故造成220 kV變電站與華北電網聯絡線差動保護動作，開關跳閘。保護裝置檢測接地距離4.088 km處。經大線巡視找到故障位置，故障點如圖3所示。

圖3 220 kV架空線風閃故障點

為架空線C相對路燈桿放電，從圖中我們能看出燈桿上有明顯的灼燒放電痕跡。220 kV變電站4#母線及聯絡線故障錄波圖形，如圖4所示：4#母線C相電壓降至9.37 V（一次值20.6 kV）左右，故障持續約3個周波（60 ms）后，經線路重合閘恢復正常。曹軋聯絡線C相2.17 A（一次值5.43 kA）。

圖4 4#母線及聯絡線故障波形圖

3.3 絕緣套管接線過熱案例

這是一起由點檢人員發現的過熱故障，如圖5所示。故障點位置為110 kV站GIS戶外絕緣套管與架空線路下引線的連接處，紅外熱成像儀顯示故障點的最高溫度達到110℃（環境溫度30℃）。停電處理發現，下引線的銅鋁過渡連接件表面出現了嚴重的腐蝕現象，經過砂紙打磨后才露出原有平整光滑的金屬接觸面。

3.4 故障分析

圖5 絕緣套管接線過熱故障點

從以上三起故障案例我們可以看出，特殊的廠區環境及氣候條件對電力設施造成的影響。套管閃絡是由于鹽霧、粉塵、凝露等天氣環境因素綜合作用，在套管表面形成含有水分雜質的導電層，減小了傘裙的爬電距離，降低了套管的絕緣性能，引起沿面放電，誘發污閃。空架線閃絡是由于大風、雷雨等天氣因素綜合作用，導致架空線路擺動，縮短與燈桿的絕緣距離，加之雨水、飛揚的雜質使原有的空氣絕緣介質導電率增加，導致間隙放電電壓降低，誘發風閃。連接件過熱是由于濕氣、排放廢氣、鹽霧等環境因素綜合作用，在連接件與套管接觸表面形成由水分、二氧化硫等氣體及無機鹽雜質組成的電解液，在電場的作用下構成了以鋁為負極、銅為正極的原電池，造成電化學腐蝕，導致接觸電阻增大。同時腐蝕所產生的接觸面間隙，又會進一步加劇電解反應，形成惡性循環。

4 預防及處理措施

吸取故障及事故教訓，采取預防及整改措施。針對故障產生原因，結合實際客觀條件，我們加強檢修維護中的定期清掃及試驗檢測工作。通過對變壓器陶瓷絕緣套管、線路玻璃絕緣子串、支柱絕緣子噴涂憎水性涂料RTV,防止其絕緣表面形成水膜和堆積粉塵污垢，降低漏電電流的產生，有效預防污閃事故的發生。將廠區外部發生風閃的路燈燈桿進行移除，并加強戶外架空線路的巡視工作，對發現的可能引起線路故障的異物、障礙物（如鳥巢、樹木）及時有效地清除；因外力造成的電力設施損壞及時修繕。在日常巡檢及停電檢修時，對電氣接線端子搭接處進行仔細檢查，查看是否有過熱、松動、腐蝕的現象。并嚴格按照電裝工程施工規范的要求處理。

當然除上述處理方法外還可以通過其他的手段進行預防。在設備選型改造方面，可考慮選擇大爬電距離、強絕緣性能的，比如增加絕緣子片數，選用硅橡膠合成絕緣子或者加裝均壓環、屏蔽環改善介質表面電場的分布，提高閃絡電壓的閥值等。在設備檢驗消缺方面，加強接地網、避雷針等設施的防雷接地檢測工作，做到定時、定點、定量，及時針對發現的薄弱環節進行整改，減少雷擊對電力設備的破壞。

對電化學腐蝕引起的戶外銅鋁連接過熱，可在銅導體接觸面側搪錫或采用銅鋁過渡板，減緩腐蝕進程。對于室內開關設備可以通過投運加熱除濕裝置，改變環境溫濕度，防止觸頭氧化腐蝕。此外，還可以在導體接觸面或觸頭上涂抹導電膏，以降低接觸電阻，減少過熱故障。

5 結束語

通過以上的例子我們可以看到，當地理環境及氣候等因素導致的氣象災害對電力設施的影響不可避免時，除了做好必要的技術措施加以防范外，完善的組織措施也必不可少的。這就需要我們強化日常管理工作，編制事故應急預案，提高員工應急響應能力。及時、準確、有效地發現問題、處理故障，降低事故影響范圍，減少經濟損失。保障電力系統的長期高效穩定運行。

[1]常海.氣象災害對電網的危害及預防措施[J].科技與企業，2012 （14）.

[2]湯曉磊，陳國宏.平面接觸型銅鋁過度設備線夾的大氣腐蝕行為[J].電力建設，2014（4）.

[3]GB 50149-2010，電氣裝置安裝工程母線裝置施工及驗收規范[S].

[4]龍強，孟艷靜.唐海曹妃甸海域風特征的初步研究[J].海洋預報，2013（6）.

[5]馬高權.風沙環境下的絕緣沿面放電特性研究[D].重慶大學，2009.

The Effect of Geographical Environment and Climate on Power Equipment and Countermeasures

LI Chao
(Shougang Jingtang United Iron and Steel Co.,Ltd.,Tangshan,Hebei 063200,China)

Located in Caofeidian on the humid Bohai coast,Shougang Jingtang Steel suffers from seasonal fog condensation,thunderstorms and gales all year around affected by continental climate,which brings severe challenges to outdoor power facilities maintenance and stable operation of the power system.Through analysis and referencing of actual cases,prevention and improvement measures for problems under severe environment and climate factors are discussed.

coastal climate;power failures;preventive measures

TM727.3

B

1006-6764(2015)06-0014-04

2015－03－20

李超（1984-），男，2008年畢業于哈爾濱理工大學電氣工程及其自動化專業，助理工程師，在職工程碩士，現從事電氣設備維護檢修管理工作。