輸電線路山火跳閘機理分析及預防措施

何知純 王沐雪

摘 ?要：近些年來，輸電線路山火跳閘事故頻頻暴發，引起相關部門的高度重視。該文首先從空氣熱游離、高電導率的電子和離子、大量顆粒與灰燼3個角度解析輸電線線路山火跳閘的機理，分析影響山火跳閘的主導要素。結合實際情況，提出預防山火的建設性建議，如劃分山火重點時段、規劃線路通道、建立實時監測系統、制定應急方案。最后，該文對山火研究趨勢進行展望，認為利用原子發射光譜法可監測不同植被對輸電線路絕緣的危險程度，從而進行危險分區。

關鍵詞：輸電線路 ?山火 ?原子發射光譜

中圖分類號：TM732 ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）05（a）-0030-02

Abstract： In recent years， frequent outbreaks of hill fire tripping accidents on power transmission lines have attracted much attention. Firstly， this paper analyzes the mechanism of mountain fire trip of transmission lines from three angles of air thermal dissociation， high conductivity electrons and ions， large amount of particles and ash， and analyzes the main factors affecting the trip of mountain fire. Combined with the actual situation， constructive suggestions are put forward to prevent mountain fires， such as dividing the key periods of mountain fires， planning route passages， establishing a real-time monitoring system， and making emergency plans. Finally， this paper looks forward to the research trend of mountain fires. It is believed that atomic emission spectrometry can be used to monitor the degree of danger of different vegetation to the insulation of transmission lines， thus carrying out hazard zoning.

Key Words： Transmission line; Mountain fire; Atomic emission spectrum

隨著經濟的持續發展，人們對電能的基本需求過渡為對電能質量的需求，為廣大用戶提供源源不斷的高質量電能是電力從業人員的工作重點。輸電線路作為電能傳送的關鍵介質，是電力系統網絡中不可或缺的一部分，其穩定運行是高品質電能的根本保證。然而，由于我國特殊的地形地貌影響、全球變暖現象加劇、森林大面積燒荒，以及秋后祭祀，架設在山林區域的輸電線路下方極易發生山火。山火的發生引致電能質量急劇下降，嚴重情形下會毀壞電力設備，造成電路癱瘓，引發大面積停電事故，影響終端用戶生活和工業生產。該文先探討輸電線路山火跳閘的機理和誘發山火的因素，后給出詳細的防治措施。

1 ?輸電線路山火跳閘的機理分析

1.1 氣溫升高，空氣熱游離

發生大面積山火時，山火的燃燒溫度可達1000℃～1177℃，而空氣中的氣體出現明顯的熱游離的溫度為730℃左右，因此山火發生時伴隨著大量的空氣熱游離帶電粒子產生。同時由于火焰和濃煙中自由移動離子的運動加快、大氣壓力的影響加劇，導致空氣絕緣降低形成導電通道，致使輸電線路以空氣為路徑與地面相接觸，引起跳閘現象[1]。

1.2 高電導率的電子和離子被釋放

山火發生時，大大增加了導線與森林、植被、樹木彼此之間不均勻電場的兩極間電荷量。超高溫度的火焰、極強的火勢狀況使得燃燒時間持續，引致兩極間增加的電荷量急劇上升[2]。同時火焰對導線金屬電極進行加熱時，產生大量的電子、離子。隨著山火的持續燃燒，地面、導線兩極間的電荷量持續增加，當增加到一定量值后，電場發生極端畸變，使空間電荷復活的數量增加，進而產生光子，引致光游離。在局部強場中，發展成為衍生電子崩，衍生電子崩與主電子崩的匯合發展形成流注，負先導通道產生，致使線路跳閘，引發停電。

1.3 形成大量顆粒與灰燼

山火燃燒過程中，導線、導線間隙之間漂浮著大量碳化的固體顆粒、灰燼等，這些顆粒物的介電常數不盡相同，致使空氣的絕緣性發生改變。同時，顆粒物的電場隨著其進入的強電場區域的方向而發生改變，嚴重情況下顆粒物兩端的電場出現畸變現象。當電場強度過高導致觸發放電時，顆粒物間隙絕緣性能降低，容易導致顆粒物之間的間隙被擊穿，繼而導致線路間隙機擊穿與跳閘。

2 ?山火跳閘影響因素

2.1 可燃物

引發山火發生的主要可燃物為輸電線路下方的植被，由于不同的植被自身所含的無機鹽含量不同，燃燒時堿金屬鹽的激發強度不同，故山火跳閘受不同植被產生的影響不同，據統計，致使線路跳閘的高危植被是杉樹、桉樹、松樹，部分統計數據如表1所示。

2.2 環境因素

山火的火勢狀況受周圍環境的溫度、濕度、風速、坡度、坡向均對山火的火勢強度的直接影響[3]。一般來說，環境溫度越高，濕度不足，山火發生的機率越大;強勁風力、空氣對流可使火焰的高度和烈度大幅度地抬升;順風坡地使煙火通道更易形成。山火愈持久、火勢越大，線路跳閘的可能性越大。

2.3 空氣間隙

山火發生時伴隨著周圍環境溫度的急劇上升，致使空間間隙絕緣度比正常情況下低。當輸電線路傳輸等級較高的電壓時，空氣間隙易發生擊穿現象，引起線路跳閘。

3 ?山火預防措施

為減小山火對輸電線路以及電力系統的不良影響，該文給出如下建議及預防措施。

3.1 劃分山火重點時段

經調查，山火高發的時期集中在在春節、農耕、上墳祭祀（清明、中元、冬至等）、秸稈焚毀（夏收、秋收）、其他特殊（易發山火節慶活動、不間斷晴熱干旱天氣等）等時段。在重點時段和重點區段，應加大防火巡視力度，定期清理周圍的易燃物。

3.2 劃分危險區段、規劃線路通道

由于我國特殊的地形地貌、多樣的植被覆蓋區域、多變的氣候條件，致使危險區段的劃分是山火預防的重點和難點。對輸電線路的試驗研究斷定，合理掌控植被可以有效預防輸電線路發生山火跳閘。線路下方的危險植被在燃燒過程中會發生導電粒子的激發電離，光譜測量儀可采集與分析植被燃燒時的特征光譜，根據特征光譜可監測不同植被對輸電線路絕緣的危險程度，進行危險分區[4]。

根據劃分的危險區段進行輸電線路的布置規劃時，應盡量避免在危險植被如杉樹、桉樹、松樹等植被下面鋪設輸電線路。同時，避免同一區域密集布置多條線路，以減小輸電線路發生山火時對整個系統的影響。

3.3 建立實時監測系統

目前應用在輸電線路的監測方式主要是衛星遙感監測、無線傳感監測、火災探測器監測、無人機監測及人工巡視監測，但這些技術在山火的監測方面存在各自的盲點與不足，具體的實際情況中，可緊密結合無線傳感技術和衛星遙感技術，確保山火預警的準確性和及時性。

3.4 制定有針對性的山火應急方案

針對火焰的燃燒狀況和發展趨勢，采取不同的應急方案。對線路下方植被低矮、地表火焰高度較低、火勢較大的山火，可通過降低傳輸電壓等級的方式應對;對線路下方植被密集、地表火焰較高、煙塵通道濃密的山火，可通過變換運行方式、轉移負荷應對。應針對不同的山火類型，完善防山火預案和應對山火措施。

4 ?結語

該文首先概述了山火跳閘機理，繼而深入研究了影響輸電線路山火跳閘的主導要素，最后提出了預防輸電線路山火的針對性措施。山火作為一種影響輸電線路正常運行的主要因素，必須引起相關部門人員的高度重視。健全全民防山火意識、構建實時監測管理體系、清理山火隱患點等，仍是需要重點研究和實施的內容。該文認為，原子發射光譜火焰法對山火危險區段的劃分具有重要意義，今后將進行更加深入的研究。

參考文獻

[1] 吳田，胡毅，阮江軍，等.交流輸電線路模型在山火條件下的擊穿機理[J].高電壓技術，2011，37（5）：1115-1122.

[2] 王旭東.220kV輸電線路運行維護常見問題及措施[J].中國新技術新產品，2017（10）：35-36.

[3] 胡毅，劉凱，吳田，等.輸電線路運行安全影響因素分析及防治措施[J].高電壓技術，2014，40（11）：3491-3499.

[4] 吳田.植被火焰的電導率特性及其對導線——板間隙的絕緣的影響[A].湖北省電工技術學會，武漢電工技術學會.湖北省電工技術學會.武漢電工技術學會2013年度學術年會第五屆“智能電網”暨“電機能效提升”發展論壇論文集[C].2013：9.