寧波電網輸電線路冰災故障分析和應對

張 建

(國網浙江省電力公司寧波供電公司，浙江 寧波 315016)

寧波電網輸電線路冰災故障分析和應對

張 建

(國網浙江省電力公司寧波供電公司，浙江 寧波 315016)

防控、消除輸電線路冰災，事關電網的安全穩定運行。通過吸取近年來抗擊冰災的經驗教訓，分析了冰災故障的分類和特點，提出了冰災的應對方式，并從運行的角度提出了抗擊冰災的應對措施，為輸電線路冰雪天氣安全穩定運行提供保障。

輸電線路；冰災故障；桿塔變形；絕緣子；覆冰

0 引言

2008年、2013年浙江電網分別經歷了2次冰凍災害，造成多條線路發生不同程度的倒塔、桿塔變形、導地線斷線(掉線)、絕緣閃絡等事故，導致線路停運，給主網可靠運行帶來了很大的影響。2008年冰災持續20多天，浙江省多個海拔較高的山區均發生線路冰災事故；2013年冰災只持續了5天，受損線路集中在寧波地區。

1 冰災故障分類

從已發生的故障狀況來看，冰災故障主要是由覆冰導致輸電線路設備機械過荷載和電氣性能下降引起的，分為桿塔變形折損、導地線斷線、絕緣子覆冰閃絡、導地線距離不足、不均勻脫冰跳躍、導線覆冰舞動等類型，不同故障保護動作情況也不相同(以下分析均以中性點直接接地系統線路重合閘裝置在運為前提)。

1.1 桿塔變形折損故障

桿塔變形折損的主要原因為:由于受桿塔導地線、金具嚴重覆冰影響，垂直荷載急劇增加；另外，隨著導線覆冰厚度的增加，作用于桿塔的水平荷載也成倍增長，當作用于桿塔的綜合荷載超出桿塔的承受能力時，就會造成桿塔變形折損。此類故障一般表現為單相接地故障，重合失敗，強送不成，特別容易發生在高海拔地區大檔距、大高差及風口區域的桿塔。

1.2 導地線斷線故障

導地線覆冰后，承受的應力增加，當應力超出導地線的機械強度時，發生斷線故障；或導地線覆冰后，在適宜的風力激勵下容易在線夾出口附近發生高頻振動，造成疲勞損傷斷線。對于導線垂直排列的線路，此類故障一般表現為單相故障后引發相鄰相故障，重合失敗，強送不成。由于發生斷線故障的桿塔的周邊環境與桿塔變形折損故障類似，因此當導線在不平衡張力和斷線沖擊荷載的作用下發生斷線故障時，往往會造成桿塔變形折損。

1.3 絕緣子覆冰閃絡故障

絕緣子串覆冰后，泄漏距離縮短，耐壓強度降低。在氣溫升高過程中覆冰緩慢融化，融冰水攜帶絕緣子表面的污穢物沿表面形成連續導電水膜，引起沿絕緣子表面的閃絡故障。此類故障一般表現為單相接地故障，大多重合成功，在短時間三相均有發生，一般發生在氣溫升幅較高的時間段，多發于直線塔“I”型盤式絕緣子串。

1.4 導地線距離不足故障

受導線負荷電流作用，運行中導線溫度比地線溫度高，地線覆冰厚度比導線大，地線弧垂，特別是OPGW(Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，光纖復合架空地線)增量明顯大于導線，導致導地線之間的距離不足而引起放電。此類故障為單相故障，重合失敗，強送情況與地線放電后脫冰程度相關，多發于大檔距線路。

1.5 不均勻脫冰跳躍故障

線路覆冰后，隨著氣溫的升高，導線上的覆冰開始脫落。受導線實際脫冰不均勻性和隨機性的影響，在脫冰過程中導線容易發生跳躍，在導線垂直排列的線路中，較易發生相間距離不足放電故障。此類故障一般為相間故障，重合情況與線路保護裝置設定有關(如多數220 kV線路設置為相間故障不重合)，大多強送成功。此類故障多發生在冰災后期的自然融冰階段，所有覆冰線路上都易發生，往往同一區域會有多條線路相繼發生。

1.6 導線覆冰舞動故障

在導線輕微覆冰后，由于覆冰沿導地線分布的不規則性，在穩定橫向風力作用下，一般在風速為4—25 m/s時，會產生頻率較低、幅度較大的振動。由于各相間振動存在不同步性，從而發生相間距離不足放電故障。此類故障為相間故障，重合情況與線路保護裝置設定有關，大多強送成功。由于其故障點位于線路檔距中央導線上，故障查找難度較大。

2 冰災故障應對方式

輸電線路的雨雪冰凍災害，主要由惡劣氣候影響導致。2008年和2013年發生雨雪冰凍災害前，寧波平原地區都有明顯降雪，高海拔山區較平原地區積雪大，且雪后山區氣溫持續維持在0 ℃以下，空氣濕度高，有利于線路覆冰的生成。2013年冰災發展極為快速，從開始下雪到線路故障跳閘只隔了2天，這與該段時間線路故障區域內風速較大且風向穩定(與線路路徑夾角大于等于45°)及雨夾雪天氣有很大的關系。

線路冰災是一個逐漸發展的過程，提高冰災故障的預見性，形成預警、預防、預控機制，能有效減輕和避免冰災對電網的影響。

為提高對線路雨雪冰凍災害的反應能力，線路運維單位可在雨雪冰凍前期利用氣象信息、運行經驗、線路所處地理位置、線路海拔高度、冰區圖、在線監測設備等信息，綜合判斷線路運行狀況。密切關注氣象部門提供的線路相關區域天氣狀況、降雨、降雪量等信息，利用在線監測裝置實測的溫度、濕度、風速、風向數據分析線路覆冰生成條件，為雨雪冰凍預警和線路特殊巡視提供可靠的決策依據。目前，寧波電網已完成了所轄中、重冰區線路覆冰在線監測系統裝置的布點安裝工作。該系統能實際反應安裝桿塔絕緣子串拉力、傾斜角數據及圖像資料，可作為南方低能見度區域線路巡視的輔助手段。根據線路巡視結果，針對性地采用融冰裝置、除冰裝置、負荷調控等手段，減輕和消除線路覆冰，從而達到減災目的。

線路發生冰災故障跳閘后，技術部門應組織分析故障測距信息、保護動作情況、故障波形表現等，初步判斷故障原因及故障桿段，從而為縮小現場巡視范圍提供可靠技術支撐，使現場巡視更加具有針對性，提高故障巡視效率。在現場巡視過程中，應注重現場數據收集的準確性，對各故障、受損位置(如放電點、導地線斷口、斷點)等進行圖像數據采集，對脫落到地面較為完整的導地線覆冰長度、直徑、重量進行詳細記錄，為后續故障分析及觀冰數據積累提供直接依據。

線路故障搶修應以盡快恢復線路運行條件為目標，按線路重要等級及故障修復的難易程度安排恢復，從而保證主網的穩定性和可靠性。

3 抗冰措施

2008年全國發生大范圍電網冰災故障后，國網浙江省電力公司嚴格按照國家電網公司電網差異化規劃設計指導意見進行復校復核，對所有冰災線路進行了優化補強。寧波電網已于2009年完成了全部冰災線路的改造工作，通過局部增設加強型耐張塔、改造直線塔、更換導地線、更換金具等手段，達到整體線路優化補強的目的，使運行線路抗冰能力有了很大的提升。在2013年冰災中，寧波電網未發生倒塔事故，但發生了斷線、橫擔折損等故障，說明抗冰改造還是存在薄弱點，需進一步改進和完善線路抗冰措施，具體如下。

3.1 加強線路在線監測裝置布點安裝及運維工作

線路在線監測裝置能有效監測線路運行的各種參數數據，分析線路覆冰情況，為抗冰工作提供可靠預警，因此提高在線監測裝置的可靠性和完好率，是做好抗冰工作的重要前提之一。

3.2 合理配置融冰、除冰裝置

融冰、除冰是消除線路覆冰的最直接手段，電網管理單位應對中、重冰區線路對應的變電站內設備進行改造，實現融冰、除冰裝置的快速接入；配備移動式線路融冰、除冰裝置，提高融冰、除冰手段的機動靈活性。

3.3 桿塔局部補強

2008年冰災以后，設計部門加強了桿塔強度的設計，但2013年冰災中還是發生了桿塔橫擔折損現象。這說明桿塔部分構件仍存在強度不足問題，需加強對桿塔橫擔的補強措施。

3.4 改善導地線配合設計

2013年冰災中，因為架空地線，特別是OPGW光纜地線覆冰后弧垂增量遠遠大于導線弧垂增量，造成了線路停運。改善導地線配合設計，能避免此類故障的發生，如：提高地線支架強度和高度；適當提高地線覆冰厚度的取值；改變OPGW選型原則；增大導地線間和相鄰導線間的水平位移等。另外，導地線覆冰后，現有防振設施的防振效果仍顯不足，建議改進中、重冰區風口區域的線路防振設計。

3.5 采用“V”型絕緣子串

“V”型絕緣子串能有效改善桿塔橫擔的受力情況，提高橫擔的受力能力。運行經驗證明，復合絕緣子的防覆冰閃絡性能明顯優于盤式絕緣子，建議在中、重冰區直線塔采用“V”型復合絕緣子串。

3.6 特殊區域路徑改遷和優化改造

對位于覆冰厚度20 mm及以上的重冰區線路，應進行路徑改道，盡量降低線路的平均海拔，以降低覆冰厚度。路徑受限制地區，重要線路應按重冰區線路設計。一般線路可通過耐張段塔的合理布置，以有效減少導地線覆冰時直線塔不平衡張力的產生條件，或因地制宜布置加強的直線塔。

4 結束語

通過對輸電線路冰災故障類型的分析和應對方式的論述，及對抗冰工作提出的建設性整改措施，為冬季電網運行管理和抗冰改造提供參考。特別是針對不同類型故障，分析了故障發展的特點，提出了應對方式，對后期快速開展故障搶修、恢復電網運行和制定永久性修復方案具有指導作用。

1 國家能源局．DL/T 741—2010架空輸電線路運行規程[S].北京：中國電力出版社，2010.

2 張 衡．以風險管理思路指導抗冰保電[J].電力安全技術，2011，13(6)：19-21.

2016-05-04；

2016-10-20。

張 建(1982—)，男，工程師，主要從事高壓架空輸電線路運行檢修工作，email：53475694@qq.com。