輸電線路故障統(tǒng)計(jì)分析及防控對(duì)策研究

盧銀均，李翊嘉，姜金節(jié)，唐 詩(shī)，鄧宗瑋

（國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司荊門供電公司，湖北 荊門 448000）

0 引言

輸電線路作為電力輸送的重要通道，由于線路多暴露在野外，受自然因素、人為破壞等影響易發(fā)生線路跳閘故障，嚴(yán)重影響電力輸電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。由于影響輸電線路跳閘的原因眾多，存在區(qū)域性的特點(diǎn)，通過分析輸電線路跳閘的主要原因，找出線路運(yùn)檢中存在的不足，進(jìn)而有針對(duì)性地開展輸電線路故障防控工作十分重要［1-2］。

以湖北荊門地區(qū)輸電線路故障跳閘情況為研究對(duì)象，分別分析外力破壞、雷擊、鳥害和設(shè)備本體故障等對(duì)輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響，并分別從線路隱患排查、差異化防治和新技術(shù)應(yīng)用等方面提出切實(shí)可行的措施。

1 輸電線路主要故障原因分析

根據(jù)故障原因分析可知，導(dǎo)致線路跳閘的主要原因?yàn)橥饬ζ茐摹⒗讚簟ⅧB害和設(shè)備本體故障。

1.1 外力破壞故障分析

從外力破壞跳閘類型上來(lái)看，近七年累計(jì)發(fā)生外力破壞事件57 次，其中線下大型機(jī)械（吊車、泵車、翻斗車、挖機(jī)）作業(yè)造成線路跳閘占64.91%，如圖1 所示。電力設(shè)施保護(hù)區(qū)內(nèi)大型施工機(jī)械違規(guī)作業(yè)以及超高樹障砍伐管控不到位是誘發(fā)外力破壞事件發(fā)生的主要原因。

圖1 線路外力破壞故障原因分析

從往年外力破壞跳閘數(shù)據(jù)分析來(lái)看，2016 年外力破壞形勢(shì)最為嚴(yán)峻，主要是三環(huán)線施工、棗潛高速和蒙華鐵路的開工建設(shè)，流動(dòng)外力破壞和固定外力破壞沒有得到有效防控，隨著成立外力破壞防治專班和相應(yīng)的技術(shù)防范措施實(shí)施，固定外力破壞得到有效控制，外力破壞以大型施工機(jī)械違規(guī)作業(yè)流動(dòng)外力破壞為主。

從事故發(fā)生區(qū)域來(lái)看，由于大型作業(yè)施工主要集中在城區(qū)、工業(yè)園區(qū)和大型基建項(xiàng)目等建設(shè)施工較為頻繁的區(qū)域，城區(qū)為外力破壞高發(fā)區(qū)。在城郊鄉(xiāng)村區(qū)域主要以砍伐樹障、山火以及線下釣魚等為主。

1.2 雷擊故障分析

按電壓等級(jí)進(jìn)行分析，35 kV 的跳閘次數(shù)遠(yuǎn)高于110 kV和220 kV線路，如圖2所示。主要原因?yàn)?5 kV線路未全線架設(shè)避雷線，對(duì)雷擊的防護(hù)能力不足。110 kV 線路耐雷水平低于220 kV 線路，故其雷擊跳閘事故率較220 kV雷擊跳閘事故率高。

圖2 輸電線路百公里雷擊跳閘次數(shù)

從往年雷擊跳閘次數(shù)來(lái)看，整體上呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，主要是由于線路雷擊絕緣水平得到提高，防雷措施得到有效運(yùn)用。如在220 kV 線路上安裝避雷器、可控避雷針及耦合地線等裝置；對(duì)山地等高接地電阻率桿塔進(jìn)行石墨接地極改造，降低接地電阻；開展接地極開挖檢查和隱患消缺；及時(shí)更換老舊絕緣子串等工作的開展，有效提高了線路耐雷水平，降低了整體跳閘率。

從雷擊跳閘事故發(fā)生區(qū)域來(lái)看，雷擊故障多發(fā)生在山區(qū)，主要原因是山區(qū)土壤電阻率高，桿塔相對(duì)高差大，線路反擊耐雷水平降低；在山坡處的線路由于地面坡度使避雷線對(duì)導(dǎo)線的保護(hù)作用減弱，線路受到雷擊的概率大增。就地區(qū)而言，鐘祥、京山和沙洋城區(qū)附近地勢(shì)平坦為丘陵地帶，較少發(fā)生雷擊。在漢江和鐘祥南湖附近水域，江河湖泊自身具有引雷效應(yīng)，位于跨越漢江的跨江塔較高容易引起雷擊，位于湖心或者湖泊周圍空曠的地帶桿塔作為突出物容易形成引雷孤島，造成雷擊跳閘。雷擊跳閘區(qū)域分布如圖3所示。

圖3 雷擊跳閘區(qū)域分布

1.3 鳥害故障分析

從電壓等級(jí)來(lái)看，35 kV 線路發(fā)生鳥害跳閘的次數(shù)為0，主要原因是35 kV 線路多為水泥電桿和鋼管桿，鳥類在此類桿塔上不易筑巢，加上35 kV 線路桿塔較少、鳥巢得到及時(shí)清理，故未發(fā)生鳥害事故。110 kV線路鳥害跳閘數(shù)量是220 kV線路的2倍，主要由于110 kV桿塔高度較220 kV更矮，適合喜鵲、烏鴉等小型鳥類和水鳥的筑巢和塔上活動(dòng)，同時(shí)110 kV線路桿塔數(shù)量多和覆蓋的區(qū)域廣，發(fā)生鳥害的概率更大。線路鳥害跳閘事故年度分析如圖4 所示。

從鳥害跳閘年度分析來(lái)看，隨著近年來(lái)電網(wǎng)的快速發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的改善，鳥類在電力線路附近活動(dòng)日益增多，由鳥類筑巢、排便引起的線路跳閘次數(shù)上升較為明顯，在近年采取相關(guān)措施后鳥害跳閘次數(shù)下降，鳥害占比呈下降趨勢(shì)。

圖4 線路鳥害跳閘事故年度分析

從鳥害故障發(fā)生區(qū)域來(lái)看，鳥害高發(fā)區(qū)發(fā)生在人員稀少的河流、湖泊、水庫(kù)及魚池等水源漁產(chǎn)豐富和農(nóng)田區(qū)域附近，鳥類遷徙的通道等為鳥害典型地域。在鐘祥地區(qū)鳥害發(fā)生在南湖和漢江等水域附近，鳥類活動(dòng)頻繁；京山地區(qū)鳥害故障發(fā)生地點(diǎn)附近都有小水系和水庫(kù)湖泊，鳥類遷徙通道內(nèi)鳥在桿塔上筑巢和停留，容易發(fā)生筑巢樹枝造成短路和排便造成絕緣子閃絡(luò)。

通過對(duì)荊門地區(qū)的鳥類進(jìn)行觀察，烏鴉、喜鵲、黑鹮、白鷺等是主要鳥種，烏鴉、喜鵲喜歡在桿塔上筑巢，巢由樹枝雜亂堆搭，且具有集群活動(dòng)、鳥巢拆后又會(huì)發(fā)生重新筑巢的習(xí)性，易發(fā)生筑巢樹枝造成絕緣子短路以及排便造成絕緣子積污嚴(yán)重；黑鹮、白鷺的體型較大，會(huì)造成鳥體短接類故障，在桿塔高處一次性排便量大，鳥便較稀且黏性強(qiáng)，在排便時(shí)易發(fā)生鳥糞短接空氣間隙故障。

1.4 設(shè)備本體故障分析

設(shè)備本體故障主要集中在35 kV 設(shè)備上，其中，主要故障為絕緣子炸裂、導(dǎo)地線斷線、避雷器擊穿和電纜頭炸裂，部分是由于線間距離不足、線夾斷裂和導(dǎo)線綁扎脫落等問題。

發(fā)生絕緣子炸裂主要是運(yùn)行的瓷質(zhì)絕緣子質(zhì)量較差，達(dá)到零值后未及時(shí)更換，發(fā)生炸裂，部分線路絕緣子炸裂是由于使用了具有家族性缺陷的某電瓷廠產(chǎn)絕緣子，隨著對(duì)質(zhì)量差、具有家族性缺陷絕緣子進(jìn)行大修更換，近年未發(fā)生絕緣子炸裂的情況。導(dǎo)地線斷線故障，主要是地線發(fā)生銹蝕斷裂、導(dǎo)線鋼芯存在陳舊性缺陷而出現(xiàn)斷線事故，說(shuō)明對(duì)導(dǎo)地線巡視排查和銹蝕及斷股情況研判需要強(qiáng)化。設(shè)備本體故障如圖5所示。

圖5 設(shè)備本體故障

電纜頭炸裂和避雷器炸裂故障主要集中在35 kV，事故原因?yàn)橹圃旃に嚥缓细瘢缃^緣厚度不均，絕緣上有雜質(zhì)、微孔以及在導(dǎo)電層存在小的突起等造成局部電場(chǎng)集中，導(dǎo)致局部放電，引起材料老化，最終導(dǎo)致?lián)舸┱选?duì)于電纜架空的情況，架空電纜段采用鋼絞線承力，用金屬掛鉤卡具固定的方式進(jìn)行敷設(shè)，在長(zhǎng)期遭受風(fēng)力的作用下金屬掛鉤卡具對(duì)電纜外皮摩擦，造成磨損的電纜絕緣性能降低，隨著外護(hù)層隱患擴(kuò)散，造成電纜本體絕緣擊穿熔斷斷線。

2 存在的主要問題

2.1 流動(dòng)外力破壞管控有待加強(qiáng)

供電部門通過采取技防措施、安裝外力破壞在線監(jiān)測(cè)設(shè)施、進(jìn)駐項(xiàng)目宣傳、安裝警示牌和簽訂安全協(xié)議書等工作，組織外力破壞專班對(duì)現(xiàn)有外力破壞點(diǎn)開展不間斷巡視，線路外力破壞跳閘形勢(shì)得到有效控制。由于市政道路、公園建設(shè)等施工項(xiàng)目，呈現(xiàn)點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)，外力破壞防控形勢(shì)依舊嚴(yán)峻，特別是固定外力破壞點(diǎn)未經(jīng)安全培訓(xùn)的新進(jìn)大型作業(yè)駕駛員違章施工，流動(dòng)外力破壞流動(dòng)性強(qiáng)、防控難度大已成為當(dāng)前外力破壞防控的重點(diǎn)和難點(diǎn)，需要全方位封堵防控［3］。

2.2 線路通道治理有待加大

超高樹障作為樹障跳閘的主要原因，存在樹障砍伐協(xié)調(diào)較難、超高樹障點(diǎn)分布廣、涉及重要線路多的特點(diǎn)，部分戶主漫天要價(jià)，阻撓電力部門開展通道清理，嚴(yán)重影響線路安全穩(wěn)定運(yùn)行。在線路下方存在違章栽種高稈經(jīng)濟(jì)樹種以及城市園林綠化等潛在隱患，與施工方多次協(xié)調(diào)無(wú)果，聯(lián)合政府部門進(jìn)行協(xié)商，取得效果不明顯，隱患點(diǎn)依舊存在。對(duì)于新建線路和遷改線路，對(duì)線路通道一次性清理不完全，為后期線路維護(hù)留下樹障隱患。

2.3 雷擊跳閘次數(shù)有待降低

雷擊故障多發(fā)生在多雷、土壤電阻率高、地形復(fù)雜的地區(qū)，需要針對(duì)線路具體情況提出相應(yīng)的防雷措施［4-5］。在線路運(yùn)行中，未嚴(yán)格按照雷區(qū)圖對(duì)線路采取差異化防雷措施，對(duì)于經(jīng)常發(fā)生雷擊事故的35 kV線路未采取有效防雷措施，雷擊跳閘未得到有效防控；對(duì)于避雷線和接地電阻合格的雷擊反擊線路，未安裝組合式防雷措施；對(duì)于可控避雷針和耦合地線等有效防雷措施未在220 kV易受雷擊線路上進(jìn)行全線覆蓋。

2.4 鳥害防治措施有待完善

鳥害的發(fā)生具有季節(jié)性、區(qū)域性和重復(fù)性，但近10 年來(lái)，鳥害故障一直居高不下，鳥區(qū)圖未完善，鳥巢拆除不及時(shí)，防鳥措施需要進(jìn)一步加以強(qiáng)化。耐張塔跳線安裝防鳥刺等措施未有效落實(shí)，部分桿塔防鳥刺和防鳥擋板措施安裝不到位，對(duì)絕緣子未起到有效保護(hù)。線路運(yùn)維巡視對(duì)防鳥設(shè)施固定情況巡查不到位，出現(xiàn)防鳥刺脫落，防鳥擋板傾斜等隱患［6-7］。

2.5 設(shè)備定檢工作有待夯實(shí)

絕緣子零值監(jiān)測(cè)、耐張線夾紅外測(cè)溫和灰密、鹽密測(cè)量等線路周期性檢查工作還需要進(jìn)一步做細(xì)做實(shí)。對(duì)電纜接頭、避雷器和電纜連接線夾等部位的發(fā)熱情況根據(jù)線路運(yùn)行持續(xù)開展紅外測(cè)溫工作，及時(shí)掌握局部發(fā)熱隱患。對(duì)老舊線路巡查需要進(jìn)一步關(guān)注導(dǎo)地線銹蝕和斷股情況，對(duì)線夾金具和塔材銹蝕的應(yīng)及時(shí)進(jìn)行更換。

2.6 檢修施工管理有待提高

從線路檢修來(lái)看，部分檢修人員在進(jìn)行桿塔登桿檢查和定檢時(shí)責(zé)任心不強(qiáng)，應(yīng)檢查的部位未檢查到位，應(yīng)安裝防鳥措施的部位存在安裝位置不當(dāng)、安裝數(shù)量偏少，造成防控效果不好，登塔檢查流于形式。現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人員專業(yè)技術(shù)不扎實(shí)，對(duì)施工人員的行為未嚴(yán)格約束，施工質(zhì)量得不到保障，對(duì)作業(yè)人員檢查工作和隱患匯報(bào)把關(guān)不嚴(yán)。同時(shí)存在線路定檢施工人員和驗(yàn)收人員為同一批人員的情況，無(wú)法有效地發(fā)現(xiàn)問題，驗(yàn)收質(zhì)量不高。

3 主要防控措施

3.1 強(qiáng)化線路通道管控

加強(qiáng)流動(dòng)外力破壞防控，深入施工項(xiàng)目部宣傳，強(qiáng)化外力破壞專班對(duì)外力破壞點(diǎn)巡查力度，加大外力破壞行政處罰力度，利用外力破壞在線監(jiān)測(cè)裝置實(shí)時(shí)監(jiān)控（圖6），實(shí)現(xiàn)外力破壞可控在控［8-10］。

圖6 外力破壞監(jiān)控線下機(jī)械活動(dòng)

強(qiáng)化線路通道治理。建立超高樹障臺(tái)賬，安裝超高樹木警示標(biāo)志牌，建立定點(diǎn)聯(lián)系和溝通協(xié)商機(jī)制，對(duì)超高樹障逐步清理，持續(xù)推廣“樹種替換”線路通道治理方法，提前介入新建線路通道清理，實(shí)現(xiàn)線路零隱患投運(yùn)。

加大外力破壞防控宣傳。強(qiáng)化線路通道巡查，在魚塘、湖泊、水庫(kù)安裝警示牌，對(duì)線下大棚做好宣傳告知，清明及農(nóng)忙時(shí)節(jié)加強(qiáng)掃墓和秸稈焚燒等山火防控，對(duì)穿越居民區(qū)的線路對(duì)附近居民做好電力設(shè)施保護(hù)宣傳。

3.2 開展隱患差異化防治

根據(jù)鳥類習(xí)性和遷徙的周期性，提前開展鳥巢拆除和防鳥設(shè)施安裝，對(duì)靠近河流、湖泊和魚池等位置的桿塔，加大巡視頻次，對(duì)存在鳥糞污染的絕緣子及時(shí)進(jìn)行更換，特別是位于耐張?zhí)€串等防鳥薄弱部位，在鳥害高發(fā)區(qū)應(yīng)及時(shí)予以補(bǔ)裝。嚴(yán)格落實(shí)鳥害分區(qū)圖和完善鳥害防治臺(tái)賬，對(duì)位于鳥害高發(fā)區(qū)的線路對(duì)防鳥措施安裝情況進(jìn)行梳理落實(shí)。

堅(jiān)持開展接地極開挖檢查和接地電阻測(cè)量工作，及時(shí)消除接地極隱患，對(duì)接地電阻不符合運(yùn)行要求的，要進(jìn)行常規(guī)接地極和石墨接地改造。對(duì)山區(qū)雷擊區(qū)段采用“接地線+避雷器”“可控針+避雷器”等組合避雷措施。對(duì)35 kV 線路未安裝避雷線的線路采用安裝避雷器提高線路抗雷水平。

加強(qiáng)線路覆冰在線監(jiān)測(cè)裝置的運(yùn)用，在冬季和初春季節(jié)加大對(duì)線路覆冰和舞動(dòng)的巡視力度，對(duì)易舞動(dòng)區(qū)開展螺栓緊固和安裝相間間隔棒來(lái)治理舞動(dòng)。認(rèn)真做好鹽密、灰密監(jiān)測(cè)，在重污區(qū)根據(jù)絕緣子運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行絕緣子清掃和更換絕緣子來(lái)提高抗污水平［11-14］。

3.3 加大新技術(shù)運(yùn)用

利用無(wú)人機(jī)搭載可視化設(shè)備和傾斜攝影雷達(dá)對(duì)線路關(guān)鍵部位進(jìn)行巡查，彌補(bǔ)地面巡視的不足，實(shí)現(xiàn)設(shè)備“立體化”巡視，利用無(wú)人機(jī)自主巡視技術(shù)開展線路樹障測(cè)距和圖片采集（圖7），提高線路巡視效率。在驗(yàn)收階段，利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行精細(xì)驗(yàn)收，提升人工巡檢和驗(yàn)收的效率和質(zhì)量。

圖7 無(wú)人機(jī)智能巡檢

利用現(xiàn)有的分布式故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、微氣象在線監(jiān)測(cè)設(shè)備、地質(zhì)變形在線監(jiān)測(cè)裝置及視頻監(jiān)控裝置等在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)線路運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，為防舞動(dòng)、防覆冰、防火提供指導(dǎo)，對(duì)位于塌陷區(qū)線路地質(zhì)沉降進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提升線路智能化水平。

利用激光異物清除儀和噴火無(wú)人機(jī)設(shè)備，對(duì)線路異物進(jìn)行快速及時(shí)清理，降低人員登塔清除異物與帶電導(dǎo)線過近的安全風(fēng)險(xiǎn)，縮短作業(yè)時(shí)間。

3.4 強(qiáng)化電纜運(yùn)檢管理水平

常態(tài)化開展缺陷隱患排查，利用紅外測(cè)溫設(shè)備對(duì)電纜本體、電纜接頭、線夾連接部位及避雷器等附屬設(shè)施進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)前期不符合標(biāo)準(zhǔn)的電纜線路進(jìn)行電纜標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，對(duì)電纜進(jìn)站采用金屬抱箍固定或者架空電纜進(jìn)行改造。

對(duì)冷縮型電纜終端，在施工時(shí)要做好安裝工藝現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督，加大對(duì)電纜終端頭進(jìn)行帶電檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜傘裙、主絕緣等局部過熱等電壓型致熱隱患，及時(shí)更換處理存在隱患的電纜終端頭。

建設(shè)專業(yè)化的電纜運(yùn)檢管理隊(duì)伍，從電纜故障檢測(cè)、電纜施工和驗(yàn)收及電纜運(yùn)行維護(hù)等方面提升專業(yè)人員技能水平，科學(xué)有效開展電纜運(yùn)檢工作。

3.5 細(xì)化線路運(yùn)檢管理

理順線路運(yùn)維檢修管理思路，化繁為簡(jiǎn)，讓班組將精力用在線路運(yùn)維檢修上。完善PMS數(shù)據(jù)臺(tái)賬和線路圖紙檔案管理，切實(shí)做到線上臺(tái)賬真實(shí)可用，線路技術(shù)資料可閱可查。

強(qiáng)化輸電專業(yè)人員技術(shù)管理水平和責(zé)任心培養(yǎng)，開展實(shí)用性強(qiáng)、有針對(duì)性的培訓(xùn)課程，增加現(xiàn)場(chǎng)督導(dǎo)檢查頻次，加強(qiáng)作業(yè)過程施工質(zhì)量管控，對(duì)不按要求施工的、定檢未落實(shí)到位的要及時(shí)予以糾正落實(shí)。

對(duì)外部施工人員實(shí)行考核淘汰制度［15］，對(duì)每次定檢和檢修的施工質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收考核，多雇傭責(zé)任心強(qiáng)、專業(yè)技術(shù)扎實(shí)的施工人員，對(duì)責(zé)任心不強(qiáng)的人員淘汰出檢修隊(duì)伍。在施工與驗(yàn)收隊(duì)伍選擇上，盡量避開同一支隊(duì)伍同一組人員。

4 結(jié)語(yǔ)

由于各地區(qū)地理區(qū)域、人文氣象等因素各不相同，輸電線路跳閘原因和分布也存在差異，根據(jù)故障原因?qū)﹄娋W(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，從源頭上提出有效的防控措施，確保電力主網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。