江西50050000 kVk Vk 輸電線路山火跳閘故障分析及對(duì)策

彭福先，熊 心

（國(guó)網(wǎng)江西省電力公司檢修分公司，江西南昌 330096）

0 引言

江西地屬亞熱帶溫潤(rùn)氣候區(qū)，四季分明，全年雨量充沛，光照充足，且樹木種類繁多，樹竹生長(zhǎng)較快。隨著植樹造林、退耕還林以及封山育林等保護(hù)措施的實(shí)施，輸電線路通道附近植被密度和高度明顯增加，另外隨著清明節(jié)和冬至祭祖習(xí)俗的盛行以及極端天氣等原因，導(dǎo)致江西境內(nèi)500 kV輸電線路山火跳閘事故逐年增多，山火引起的500 kV輸電線路跳閘故障占跳閘總數(shù)比例越來(lái)越大，嚴(yán)重威脅江西500 kV電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。而國(guó)內(nèi)外對(duì)山火事故的特性與規(guī)律方面分析較少[1]，本文針對(duì)輸電線路山火跳閘故障的特性進(jìn)行分析，以便制定針對(duì)性強(qiáng)的對(duì)策。

1 江西500 kV輸電線路山火跳閘故障分析

2010-2014年2月3日，江西500 kV輸電線路附近發(fā)生山火及造成的線路跳閘、停運(yùn)及退出重合閘次數(shù)見表1。

由表1可以看出，江西500 kV輸電線路附近發(fā)生山火次數(shù)逐年增加，山火引起的跳閘占年度跳閘次數(shù)的比例也逐年增加，且山火跳閘后重合閘成功率較低、停運(yùn)時(shí)間長(zhǎng)，山火跳閘對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成重大影響。

表1 江西500 k V輸電線路山火統(tǒng)計(jì)

由表1可以看出，江西500 kV輸電線路附近發(fā)生山火次數(shù)逐年增加，山火引起的跳閘占年度跳閘次數(shù)的比例也逐年增加，且山火跳閘后重合閘成功率較低、停運(yùn)時(shí)間長(zhǎng)，山火跳閘對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成重大影響。

1.1 發(fā)生山火及山火跳閘的時(shí)間分布

山火的發(fā)生與季節(jié)、極端天氣以及人為活動(dòng)有著密切的關(guān)系。一般情況下，山火多發(fā)于春季及冬季，高山峻嶺的火災(zāi)大多由閃電引起，而丘陵、平地及普通山區(qū)則主要由人類活動(dòng)造成的，例如燒荒、祭祖等。因此，由山火引起的輸電線路跳閘故障也大多發(fā)生在春季和冬季，特別是冬至到次年清明節(jié)期間。

1.1.1 季節(jié)性

2010年至2014年2月3日，江西500 kV輸電線路附近發(fā)現(xiàn)的山火及山火跳閘情況的季節(jié)性分布見圖1、圖2。

圖1 江西500 k V輸電線路山火季節(jié)分布

圖2 江西500 k V輸電線路山火跳閘季節(jié)分布

由圖1及圖2可以看出，江西500 kV輸電線路附近發(fā)生山火及山火跳閘主要集中在12月至次年4月，分別占全年的85.9%和92.3%。在此期間，大量務(wù)工人員返鄉(xiāng)，燒荒、祭祖活動(dòng)較多，再加上草木枯萎，一旦遇到天干物燥的天氣，就容易導(dǎo)致山火發(fā)生。而在12月和4月期間之所以山火多、而跳閘少，與該期間電網(wǎng)工作人員進(jìn)行的防山火特巡有著重大的關(guān)系。

2014年元月1日-2月3日，江西500 kV輸電線路附近發(fā)現(xiàn)的山火時(shí)段性分布見圖3，2010年-2014年2月3日，江西500 kV輸電線路山火跳閘情況的時(shí)段性分布見圖4。

由圖3可以看出，江西500 kV輸電線路附近發(fā)生山火的時(shí)段主要集中在13：00-19：00，在該時(shí)段發(fā)現(xiàn)的山火占總數(shù)的83.7%，同時(shí)，白天發(fā)現(xiàn)的山火占山火總數(shù)比例更大，并且在23：00-次日8：00山火次數(shù)明顯減少，由此推斷，江西境內(nèi)山火主要是人為原因造成的，閃電等自然原因引起的山火可能性不大。（以此推斷閃電引起可能性不大，似乎不太充分，請(qǐng)修改）

由圖4可以看出，江西500 kV輸電線路山火跳閘主要集中在13：00-22：00，與山火發(fā)生的時(shí)間段有密切關(guān)系，在該時(shí)段發(fā)生的山火跳閘占近年來(lái)山火跳閘故障的84.6%。

圖3 江西500 k V輸電線路山火時(shí)段性分布

圖4 江西500 k V輸電線路山火跳閘時(shí)段性分布

1.2 山火跳閘的空間分布

通過(guò)對(duì)歷年11次山火跳閘的統(tǒng)計(jì)，江西500 kV輸電線路因山火引起的閃絡(luò)點(diǎn)沿線路主要分布在鐵塔附近50 m及檔中，分別占45.5%和36.4%。通過(guò)對(duì)歷年11次山火跳閘點(diǎn)的地形進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，500 kV輸電線路因山火引起的閃絡(luò)點(diǎn)的地形主要位于山頂，占所有跳閘的72.7%。

1.3 山火跳閘的機(jī)理分析

根據(jù)文獻(xiàn)[2]，輸電線路在山火條件下的擊穿及重合閘失敗的過(guò)程可劃分為4個(gè)階段：火焰抬升階段、導(dǎo)線對(duì)火焰產(chǎn)生預(yù)放電階段、電弧形成階段和線路重合閘階段。

當(dāng)山火發(fā)生后，樹木燃燒產(chǎn)生大量的熱量和帶電粒子的灰燼，在一定的地形和風(fēng)力作用下，持續(xù)向輸電線路相地和相相之間輸送大量的固體顆粒，并抬升火焰高度；固體顆粒電阻率低，在電廠和吸附火焰中電荷的作用下形成顆粒鏈，顆粒鏈之間因?yàn)榉烹姸探?，這些灰燼和煙霧在放電生成的自由基作用下燃燒，進(jìn)一步抬升火焰高度，最終導(dǎo)致相地或相間間隙被擊穿，從而導(dǎo)致輸電線路發(fā)生跳閘故障。由此可見，山火跳閘是火焰溫度、電導(dǎo)率、固體顆粒和氣候與地形等相互作用的綜合結(jié)果。

Optimization design of lane changing lane based on correlation of intersection group

在山火導(dǎo)致輸電線路發(fā)生跳閘故障的過(guò)程中，一方面，松樹、杉樹、桉樹、甘蔗和秸稈等在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的固體灰燼顆粒和導(dǎo)電粒子；另一方面，大風(fēng)和山坡可以明顯抬高火焰高度，同時(shí)可以帶入大量的灰燼和回程？進(jìn)入線路的相地和相間間隙，導(dǎo)致線路間隙的絕緣強(qiáng)度顯著下降[3]。

1.4 山火跳閘的重合閘特性

重合閘是基于故障線路跳開后，故障點(diǎn)的絕緣性能能夠迅速恢復(fù)。輸電線路山火跳閘后，閃絡(luò)點(diǎn)處的溫度、火焰高度及灰燼等導(dǎo)致線路跳閘的因素不會(huì)發(fā)生明顯的衰減，線路的絕緣強(qiáng)度降低會(huì)持續(xù)一段時(shí)間。因此，在重合閘過(guò)程中產(chǎn)生的操作過(guò)電壓明顯高于線路的工作電壓，極有可能造成空氣間隙再次擊穿，隨后形成相地或相間短路故障，導(dǎo)致重合閘失敗，因而輸電線路山火跳閘故障的重合閘成功率低。

2 江西500 kV輸電線路防山火主要對(duì)策

1）加強(qiáng)防山火宣傳。

利用宣傳畫、宣傳標(biāo)語(yǔ)、現(xiàn)場(chǎng)講解等方式對(duì)沿線群眾進(jìn)行防山火、《電力法》、《電力設(shè)施保護(hù)條例》、《江西省電力設(shè)施保護(hù)辦法》的宣傳教育，積極開展“電力設(shè)施保護(hù)進(jìn)校園”等活動(dòng)，提高沿線群眾對(duì)山火危害性的認(rèn)識(shí)，提高群眾保護(hù)電力設(shè)施的意識(shí)。

2）增加沿線護(hù)線員密度。

充分利用沿線村民生活在線路附近的特點(diǎn)，以便對(duì)山火早發(fā)現(xiàn)。我們結(jié)合當(dāng)?shù)厣窒谰W(wǎng)絡(luò)，在沿線就近挑選責(zé)任心強(qiáng)的群眾作為護(hù)線員，并對(duì)其進(jìn)行相關(guān)知識(shí)的培訓(xùn)。同時(shí)對(duì)其發(fā)現(xiàn)山火并及時(shí)通知相關(guān)責(zé)任人的行為進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，從而提高群眾護(hù)線員的積極性和責(zé)任心。

3）強(qiáng)化輸電線路通道管理。

建立輸電線路通道樹木臺(tái)帳，測(cè)量導(dǎo)線對(duì)樹、對(duì)地凈空，根據(jù)凈空對(duì)通道內(nèi)樹木進(jìn)行砍伐，特別是對(duì)松樹、杉樹、秸稈和超高樹木以及山坡處樹木的砍伐清理工作。對(duì)重點(diǎn)防火區(qū)段建立防火隔離帶。通過(guò)上述方法，降低火焰高度，從而降低了火焰溫度，減少火焰中的固體顆粒。

4）嚴(yán)格執(zhí)行輸電線路防山火預(yù)警機(jī)制，積極開展防山火特巡。

在山火易發(fā)月份，積極收集線路所經(jīng)縣市氣象資料，結(jié)合湖南重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供的山火預(yù)報(bào)報(bào)告以及江西風(fēng)俗習(xí)慣，對(duì)輸電線路開展防山火特巡，實(shí)現(xiàn)人防和技防相結(jié)合。對(duì)發(fā)現(xiàn)的山火，嚴(yán)格按照國(guó)家電網(wǎng)公司《輸電線路山火應(yīng)急處置工作指導(dǎo)意見》和本單位的《防山火應(yīng)急預(yù)案》進(jìn)行預(yù)警和處置。

5）安裝超視距山火探測(cè)預(yù)警裝置。

自然界中任何發(fā)熱的物體都會(huì)向四周產(chǎn)生紅外輻射，山火的溫度高達(dá)幾百度到上千度，遠(yuǎn)高于背景溫度，且產(chǎn)生大量3-5微米的紅外輻射。超視距山火探測(cè)預(yù)警裝置由前端山火分析儀、無(wú)線視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、風(fēng)電一體供電子系統(tǒng)組成，利用紅外雷達(dá)搜索掃描的工作原理和模式，用只接受3-5μm紅外輻射的探測(cè)器接收山火的紅外輻射，根據(jù)輻射特性識(shí)別山火。該裝置能全天候工作，能夠自動(dòng)搜索、發(fā)現(xiàn)、識(shí)別、定位線路附近半徑5 km內(nèi)的出現(xiàn)的突發(fā)山火（明火或暗火），并發(fā)出聲光報(bào)警或信息通知值班人員。通過(guò)安裝超視距山火探測(cè)預(yù)警裝置，大大提高了防山火工作的效率，節(jié)省了大量的人力物力。

6）定期分析總結(jié)防山火工作的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，滾動(dòng)修編山火易發(fā)區(qū)段。

每年在清明節(jié)后及年底進(jìn)行兩次防山火工作總結(jié)，滾動(dòng)修編山火易發(fā)區(qū)段，分析防山火工作中的不足，并制定改進(jìn)措施，從而不斷提高防山火工作水平。

3 制定分級(jí)管理策略

通過(guò)對(duì)江西500 kV輸電線路附近發(fā)生山火及山火跳閘故障的特性分析，得出以下結(jié)論：

1）輸電線路發(fā)生山火及山火跳閘的季節(jié)分布主要為12月至次年4月，其時(shí)段分布主要為13：00-22：00，在此期間，應(yīng)加強(qiáng)輸電線路防山火特巡。

2）山火跳閘的空間分布主要是山頂或山腰上的塔基附近及檔中央導(dǎo)線對(duì)地凈空較低處，防山火工作應(yīng)優(yōu)先清理上述區(qū)段的樹木，特別是通道內(nèi)的茅草等易燃的作物。

3）山火跳閘是火焰溫度、電導(dǎo)率、固體顆粒和氣候與地形相互作用的結(jié)果，制定防山火對(duì)策應(yīng)重點(diǎn)針對(duì)上述幾個(gè)因素。

[1]吳田，阮江軍，張?jiān)?，?輸電線路因山火跳閘事故統(tǒng)計(jì)特性與識(shí)別分析[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，Vol.40 No.10 May.16,2012.

[2]吳田，阮江軍，胡毅，等.500kV輸電線路的山火擊穿特性及機(jī)制研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),Vol.31 No.34 Dec.5,2011.

[3]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(jī)理[J].高電壓技術(shù),Vol.37 No.5 May.31,2011.

[4]王浩東.輸電線路山火跳閘原因分析及對(duì)策[J].廣西電力,2009（4）:43-45.