山火引起超高壓輸電線路跳閘的機理及防范分析

王凱洋

國網江蘇省電力有限公司灌云縣供電分公司 江蘇 連云港 222200

前言

通過對近年來越來越嚴重的輸電線路山火跳閘事故分析，從空氣高溫、高電導率的電子和離子、燃燒產生的灰燼三個方面對山火引起輸電線路跳閘的機理進行探討，并分析輸電線路因山火跳閘的故障特點。最后結合線路運維日常工作經驗，提出從線路走廊規劃、線路運維、檢測、應急等方面進行輸電線路防山火的措施，做到最大限度地預防山火、及時發現山火，盡量減小山火對線路安全運行的影響。

1 山火引起輸電線路跳閘機理分析

（1）本文分析了近年來越來越嚴重的輸電線路跳閘火災事故，從空氣高溫、高導電性電子和離子、燃燒產生的灰分三個方面探討了輸電線路火災跳閘火災的機理，分析了輸電線路火災跳閘火災的特點。根據線路運行的日常工作經驗，提出了線路走廊規劃、線路運行、監控、應急響應等輸電線路火災的預防措施，從而最大限度地防止山火的發生，及時發現山火，減少山火對線路安全運行的影響。根據氣體密度與壓力、溫度的關系可知，氣體密度隨壓力、溫度的降低而減小，從而導致間隙內絕緣強度的降低。氣壓主要與高度有關，氣壓基本上隨高度的增加呈線性下降。當山區附近發生山火時，可在短時間內大大提高空氣溫度，特別是火區以外的火焰溫度可達1000～1100℃。因此，山火的高溫會大大降低絕緣力。另一方面，由于大氣中所含的水分會使自由電子產生負離子，抑制氣體放電過程，導致空氣濕度降低，從而降低空氣的擊穿電壓。

（2）電子、離子的大量產生，引發了線路間隙放電機理。氣隙的放電特性與氣隙中顆粒的類型和密度密切相關，流動是氣隙放電的主要過程。根據流動放電理論，空間電荷對流動前端電場的影響是引起電子雪崩的重要原因。火焰燃燒過程中，可見光和紫外線輻射反映了電子的激發。燃燒過程中產生的電子和離子使火焰具有弱等離子體性質。在電場的作用下，火焰容易被擊穿和放電。在1000～1100℃范圍內，燃燒的植被、金屬、氣體等會發生碰撞電離、光電離、化學電離和熱電離，產生大量的電子、離子、有機碳、元素碳和鉀離子等物質和粒子[1]。由于導體與地極之間的電荷增加到一定程度，產生了強烈的電場畸變、復生，大量的電荷產生光子，從而導致光自由，在局部強場中發展為衍生電子雪崩，衍生電子雪崩與主要發展為電子雪崩的電子束交會，形成高導電性和低場強的負導通道，最終導致線路跳線。

（3）山火中大量的細顆粒和火山灰觸發了回路放電機制。在氣體、液體和固體絕緣介質中引入介電常數和電導率不同的粒子，會嚴重影響整體絕緣性能。當線路附近發生火災時，由于空氣中含有導電粒子或灰，經過極化電場力和帶電體在庫侖力的作用下，粒子向強電場區域移動，當靠近高壓電極時觸發放電，粒子之間的間隙被局部放電橋接，形成“小橋式”短間隙，造成絕緣顯著減少，產生擊穿現象。由于山火中含有導電顆粒，高壓線附近的絕緣氣體容易觸發放電，降低了絕緣強度，造成間隙放電。

2 山火引起線路跳閘故障的特點

（1）重合閘成功率低。火場起火時，由于火場溫度高，煤煙濃度持續時間長，多達幾十秒，在此過程中，空氣間隙絕緣強度將大大降低，而線路重合閘時間一般在1秒左右。由此，山火導致輸電線路跳閘后，自動重合閘裝置若在短時間內動作，將產生高于正常工作電壓的工作過電壓，而此時空氣介質的絕緣強度尚未恢復，將再次被擊穿。此外，若因絕緣子受山火污穢影響而發生閃絡跳閘，則因污穢閃絡持續存在，重合閘也會失效。所以一般山火引起的跳閘事故重合閘都失敗了。

（2）山火放電距離較長。通常，間隙中的放電發生在電力線與接地體之間的最短路徑上，但由于火花和煙塵形成的通道絕緣強度大大降低，放電通常不是沿著導線的間隙或絕緣子串發生，而是沿著距離較遠的火線通道發生。

3 預防措施

（1）線路通道規劃方面。在工程設計的早期階段，應提高山地防火水平。隨著電力設施的持續增長和線路走廊的稀缺，多個輸電線路可能會通過一個更小的區域。地區的一場野火可能會觸發多條線路被絆倒。由于多條輸電線路同時跳閘對電網的穩定性有很大的影響，所以在新線路的設計中，應避免多條線路密集穿越，以減少多條線路同時跳閘引起的火災。

（2）線路防山火運維方面。一是加強了防火宣傳工作。對容易發生山火的地區和季節（如清明），要對線路沿線群眾進行《電力法》《電力設施保護條例》等法律法規的宣傳，并通過開展防山火專項宣傳，努力避免人為火源引發山火[2]。二是加強道路障礙物的清除。對于線路走廊中不符合安全要求的樹木，應及時處理，防止因樹木離線路距離不夠而引發山火。三是做好線路防火險記錄，及時更新。火情易發時期，如每年清明節和大掃除期間，重點監測火情危險點，增加特巡次數，及時發現線路上的火情。四是發揮群防群治的作用和優勢。

（3）線路防山火檢測方面。建立監測體系，及早發現山火，并運用專用設備和技術對山火發展趨勢進行預判預警，為選擇運行對策提供技術依據。例如，可以利用衛星數據實時監測線路周邊的植被和自然環境；也可以在鐵塔上安裝在線監測裝置，對線路環境進行實時監測；另外，在山火易發、多發季節，可以利用無人機等設備及時監控線路附近的山火情況，快速提供現場情況，確保短時間內做出科學決策。

（4）線路防山火應急方面。重點要建立健全防山火應急預案，并定期開展應急演練，提高運維人員的應急處置能力。

4 結束語

通過綜合分析，得出山火引起線路跳閘的原因和結果存在明顯的復雜性和不確定性等特點，給實際中有效進行線路防山火工作帶來較大困難。目前，通過安裝實時視頻檢測系統，對山火進行實時檢測，能快速提供現場信息，但由于這項技術受通信、供電方式限制，在輸電線路桿塔上的應用效果不明顯。今后，將進一步探索山火檢測和預警系統。