影響電網(wǎng)可靠運(yùn)行的因素及對策的討論

武志強(qiáng)

摘 要：在總結(jié)輸電線路故障評判標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，針對影響電網(wǎng)可靠運(yùn)行的雷擊故障、污閃故障、微風(fēng)振動(dòng)故障等線路故障，從事故現(xiàn)象、形成原因、故障特點(diǎn)、危害等方面入手，分析各類故障的防范措施，對于輸電線路的安全可靠運(yùn)行具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：輸電 安全 故障 防范

中圖分類號：TM732 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）006-035-02

1 線路故障及評判標(biāo)準(zhǔn)

線路故障是指組成輸電線路的元件完全或部分喪失其規(guī)定功能而引起的線路異常工作狀態(tài)。

1.1 線路故障評判標(biāo)準(zhǔn)

（1）電能質(zhì)量不能滿足標(biāo)準(zhǔn)。

電能質(zhì)量也就是電力系統(tǒng)中交流電壓、頻率和電壓波形應(yīng)保持在一定的允許變動(dòng)范圍內(nèi)。

我國允許的電壓偏移：10～35kV及以上的電壓供電和對電能質(zhì)量有特殊要求的用戶要求電壓偏移在？%之內(nèi)；10kV以下的高壓供電用戶電壓偏移在？%之內(nèi)；低壓照明用戶為+5%到-10%。我們國家電力系統(tǒng)頻率f為0Hz，300萬千瓦及以上系統(tǒng)頻率偏移不得超過？.2Hz；300萬千瓦以下的系統(tǒng)不得超過？.5Hz。波形要求為正弦波，若為非正弦波時(shí)，其任一次高次諧波的瞬時(shí)值應(yīng)不超過同相基波電壓瞬時(shí)值的5%。

（2）運(yùn)行狀況發(fā)生改變。

輸電線路運(yùn)行狀況改變包括：1）非計(jì)劃停電或被迫少送電；2）停電時(shí)間超過了批準(zhǔn)的時(shí)間；3）系統(tǒng)振蕩或解列；4）線路永久故障（倒桿、斷線等）；5）線路跳閘。

1.2 線路故障原因

圖1 輸電線路故障跳閘統(tǒng)計(jì)

污穢、雷電、覆冰、大風(fēng)、洪水、微氣象等自然環(huán)境原因占輸電事故總數(shù)的45%，成為首位因素；線路保護(hù)區(qū)內(nèi)違章施工、違章種植、盜竊線路桿塔器材等外力破壞原因占輸電事故總數(shù)的38%，成為第二位因素。

線路的常見故障：雷擊故障、污閃故障、微風(fēng)振動(dòng)、振動(dòng)故障、覆冰故障及其它故障等。主要以季節(jié)性故障為主。故障的主要表現(xiàn)形式：跳閘、元件損壞等。本文主要從故障現(xiàn)象、形成原因、機(jī)理、故障特點(diǎn)及危害等分析著手，介紹不同故障的主要預(yù)防措施和處理方法等。

2 輸電線可靠運(yùn)行影響因素及防范措施

2.1 雷擊故障及防雷措施

雷害事故是架空送電線路最頻發(fā)的事故，我國歷年送電事故統(tǒng)計(jì)中，雷害事故平均約占60%以上。在雷曝日平均40日以上的多雷地區(qū)和強(qiáng)雷地區(qū)，雷害事故可達(dá)送電事故的70%以上。因此線路防雷工作在架空線路的安全運(yùn)行工作中是一項(xiàng)十分重要的工作。

2.1.1 感應(yīng)雷

感應(yīng)雷指當(dāng)雷擊線路附近時(shí)，其先導(dǎo)路徑上的電荷對導(dǎo)線產(chǎn)生靜電感應(yīng)電荷，當(dāng)主放電開始時(shí)，該電荷被迅速中和而產(chǎn)生的雷電流及雷過電壓現(xiàn)象。由感應(yīng)雷形成的感應(yīng)過電壓數(shù)值常為100～200kV，最大也不超過600kV。因此其對110kV（其絕緣水平在700kV以上）以上線路的危害不大，但足以破壞35kV及以下的輸電線路。感應(yīng)雷入圖2所示。

圖2 感應(yīng)雷

2.1.2 直擊雷

帶電雷云對架空地線、塔頂導(dǎo)線、絕緣子等直接放電，形成正向雷電波過電壓的現(xiàn)象稱為直擊雷。對于不同的電壓等級，直擊雷的危害都是存在的。直擊雷過電壓根據(jù)雷擊導(dǎo)線的部位不同可以分為反擊雷和繞擊雷兩種。反擊雷發(fā)生時(shí)，雷電擊中桿塔或避雷線，雷電流會使雷擊點(diǎn)的電位大大升高，如果該電位與導(dǎo)線的電壓超過電氣絕緣的承受能力，就會發(fā)生雷擊閃絡(luò)。而繞擊雷指雷電繞過避雷線直接擊中輸電導(dǎo)線而產(chǎn)生過電壓的現(xiàn)象。

輸電線路遭雷擊產(chǎn)生的危害如下：

（1）輸電線路遭受雷擊造成跳閘，導(dǎo)致電力系統(tǒng)無法正常供電，線路及開關(guān)設(shè)備的維護(hù)工作量加劇。電力系統(tǒng)跳閘中有40%～70%是由雷擊造成的，危害巨大。

（2）擊中輸電線的雷電波會沿著輸電線路進(jìn)入變電站，而變電站的絕緣強(qiáng)度弱于輸電線路，如果變電站內(nèi)的設(shè)備保護(hù)達(dá)不到要求，就會引起設(shè)備絕緣被損壞，電力系統(tǒng)的供電安全遭到威脅。

對于雷擊危害，可以從以下方面進(jìn)行防護(hù)：

（1）防止雷直擊導(dǎo)線。

沿線架設(shè)避雷線，有時(shí)還要裝設(shè)避雷針與其配合；在某些情況下改用電纜線路，使輸電線路免受直接雷擊。

（2）防止雷擊塔頂或避雷線后引起絕緣閃絡(luò)。

線路的耐雷水平愈高，線路絕緣發(fā)生閃絡(luò)的機(jī)會就愈小。為此，降低桿塔的接地電阻，增大耦合系數(shù)，適當(dāng)加強(qiáng)線路絕緣，在個(gè)別桿塔上采用線路避雷器等，是提高線路耐雷水平，減少絕緣閃絡(luò)的有效措施。

（3）防止雷擊閃絡(luò)后轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的工頻電弧。

通過增加輸電線路絕緣子數(shù)量，可以降低絕緣子串上的單位距離的電場強(qiáng)度，同時(shí)電網(wǎng)中采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地的方式，避免雷擊閃絡(luò)后轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的工頻電弧。

（4）防止線路中斷供電。

可采用自動(dòng)重合閘，或雙回路、環(huán)網(wǎng)供電等措施，即使線路跳閘，也能不中斷供電。

輸電線路防雷的四道防線在應(yīng)用時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況實(shí)施，例如線路的電壓等級、重要程度、當(dāng)?shù)乩纂娀顒?dòng)強(qiáng)弱、已有線路的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等，再由技術(shù)與經(jīng)濟(jì)比較的結(jié)果，作出因地制宜的保護(hù)措施。

2.2 絕緣子污閃故障及防范

污閃指絕緣子因染污，在一定條件下產(chǎn)生的，在正常運(yùn)行條件下沿絕緣子表面閃絡(luò)放電的現(xiàn)象。污閃故障是因污閃而導(dǎo)致的接地、線路開關(guān)跳閘、導(dǎo)線燒傷、供電中斷等的現(xiàn)象。絕緣子的污閃由兩個(gè)因素決定：（1）大氣污染造成的絕緣子表面積污；（2）能使積聚污穢物質(zhì)充分受潮的氣象條件。在干燥氣象條件下，表面臟污的絕緣子仍有很高的絕緣強(qiáng)度。但在大霧、凝露、毛毛雨等氣象條件下，污層中的電解質(zhì)成分會充分溶于水中，在絕緣子表面形成導(dǎo)電通路，使絕緣強(qiáng)度大大降低，在正常運(yùn)行電壓下就能導(dǎo)致絕緣子沿面閃絡(luò)，即污閃。

絕緣子串閃絡(luò)，導(dǎo)地線燒傷、導(dǎo)地線及桿塔上金屬構(gòu)件部分發(fā)生銹蝕。以及由此而引起的線路跳閘、供電中斷等。污閃事故具有如下特點(diǎn)：（1）一般發(fā)生在工頻運(yùn)行電壓長時(shí)間作用下。（2）區(qū)域性強(qiáng)，同時(shí)多點(diǎn)跳閘的幾率高，且重合成功率小。一旦發(fā)生可造成大面積、長時(shí)間的停電事故，且不易被自動(dòng)重合閘消除，受影響的面積大、范圍廣、后果嚴(yán)重――區(qū)域性故障。是電力系統(tǒng)重大災(zāi)害（惡性事故）之一。（3）與氣象條件關(guān)系密切，季節(jié)性強(qiáng)。一般發(fā)生氣溫低、濕度大的氣象條件下：毛毛雨、大霧、小雪及雨雪交加的天氣。時(shí)間大多在傍晚、后半夜或清晨（占70%以上）。90%以上的污閃故障發(fā)生在秋季后期和冬季。

對于污閃事故，可以采取如下措施加以防范：（1）定期清掃絕緣子，一般每年一次。（2）采用防污絕緣子，如雙傘型、鐘罩型、流線型、大爬距或大盤徑絕緣子等。這些絕緣子不僅爬距比普通絕緣子大40%～50%，且大多具有表面光滑、不易積污、有一定的自潔性能等。（3）增加絕緣子的片數(shù)（調(diào)爬），是防污的主要措施。但是現(xiàn)在調(diào)爬要注意兩個(gè)問題：1）不要盲目地將所有線路都換成防污絕緣子；2）加強(qiáng)線路的絕緣強(qiáng)度要注意與變電站的絕緣配合，否則反而會導(dǎo)致增多變電站的污閃事故。

2.3 微風(fēng)振動(dòng)及防范

風(fēng)速為1-6m/s的均勻風(fēng)力橫向作用在架空導(dǎo)線上時(shí)，在導(dǎo)線的反面會出現(xiàn)上下交變的渦旋氣流，使架空導(dǎo)線受到上下交變的激擾，如果這個(gè)激擾的頻率等于架空導(dǎo)線的固有頻率，導(dǎo)線會在垂直平面上發(fā)生諧振，從而出現(xiàn)上下波浪式的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，也就是架空輸電線的微風(fēng)振動(dòng)，如圖3所示。

圖3 架空導(dǎo)線的微風(fēng)振動(dòng)原理

微風(fēng)振動(dòng)發(fā)生的時(shí)間范圍很大，全年一半的時(shí)間內(nèi)都會發(fā)生微風(fēng)振動(dòng)。雖然微風(fēng)振動(dòng)的能量和振幅不大，但懸垂線夾處的輸電導(dǎo)線長時(shí)間受到往復(fù)激擾振動(dòng)的作用，會導(dǎo)致輸電導(dǎo)線的抗疲勞強(qiáng)度大幅下降，容易導(dǎo)致斷線、金具磨損、部件損壞等。但是，微風(fēng)振動(dòng)引發(fā)的斷線事故要經(jīng)歷較長的時(shí)間積累過程。一旦發(fā)現(xiàn)的危害已經(jīng)在輸電導(dǎo)線產(chǎn)生疲勞斷股或防振裝置毀壞之后，但此時(shí)對于線路的危害已經(jīng)很嚴(yán)重了。正因?yàn)檩旊娋€路的微風(fēng)振動(dòng)的破壞力具有很強(qiáng)的隱蔽性，輸電線的斷股會從導(dǎo)線或地線的內(nèi)部開始。因?yàn)閺妮旊娋€外表無法觀察到，對于日常的巡線造成很大的難度。

架空輸電線的防振可以從兩方面進(jìn)行：（1）選擇線路上各部件合適的設(shè)計(jì)參數(shù)，削弱或消除導(dǎo)線的微風(fēng)振動(dòng)現(xiàn)象；（2）安裝消振裝置，以降低輸電導(dǎo)線的微風(fēng)振動(dòng)效應(yīng)。這兩類防振措施的內(nèi)容是相互補(bǔ)充和相互完善的，可以通過經(jīng)濟(jì)性能和技術(shù)性能的比較加以選擇。

防振錘、護(hù)線條、阻尼線及三種混合類型是輸電線路上廣泛采用的防微風(fēng)振動(dòng)措施。而實(shí)際工程中，防微風(fēng)振動(dòng)措施的選擇主要根據(jù)輸電線路的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際情況來確定。一般情況下，護(hù)線條往往作為輔助防護(hù)措施，可以單獨(dú)使用在微風(fēng)振動(dòng)不劇烈的地方。而防振錘和阻尼線的選用涉及的問題比較多，其中防振錘的使用最多、最普遍，正確設(shè)計(jì)、安裝的防振錘可以降低導(dǎo)線彎曲應(yīng)變的90%左右。

3 結(jié)束語

電網(wǎng)的安全穩(wěn)定對于電力系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量具有決定的意義。而降低因?yàn)槔讚簟⑽鄯x、風(fēng)振等引起的輸電線路故障可以大大提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。本文通過分析輸電線路故障評判標(biāo)準(zhǔn)和故障原因，在研究雷擊、絕緣子污穢、微風(fēng)振動(dòng)等典型線路故障影響因素的成因、特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，針對各類故障提出了相應(yīng)的防范措施，對于輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有積極的指導(dǎo)意義。

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