絕緣子、架空導(dǎo)地線及塔形結(jié)構(gòu)在輸電線路覆冰跳閘中的影響作用

王欣偉，王 琪，李 杰

（國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

絕緣子、架空導(dǎo)地線及塔形結(jié)構(gòu)在輸電線路覆冰跳閘中的影響作用

王欣偉，王 琪，李 杰

（國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

通過對近5年來山西主網(wǎng)架空輸電線路覆冰跳閘報告的統(tǒng)計(jì)和分析，總結(jié)得出輸電線路覆冰跳閘的主要影響因素和規(guī)律，采取有針對性的技術(shù)管理防范措施，減少覆冰對輸電線路的危害。

絕緣子；架空導(dǎo)地線；塔形結(jié)構(gòu)；覆冰跳閘

0 引言

山西地處黃土高原，山脈丘陵縱橫，秋末春初季節(jié)寒暖流交匯頻繁，降水量較大，溫度常在0°C附近，較大的濕度和較低的氣溫是構(gòu)成覆冰的兩個基本條件，二者缺一不可，適宜的風(fēng)（不大于10 m/s）是加速覆冰的條件。除1986年在忻州的盤道梁一帶發(fā)生過一次大面積覆冰倒塔斷線的冰災(zāi)外，山西電網(wǎng)的主要冰害跳閘可分為兩類跳閘事故：一是輸電線路覆冰跳閘事故，二是輸電線路覆冰舞動跳閘。

1 絕緣子覆冰閃絡(luò)跳閘

a）絕緣子表面的冰棱、冰柱或混合型冰棱-冰柱形成的完全和不完全橋接閃絡(luò)。冰棱、冰柱是由冬雨或由冰、雪反復(fù)融化冷凝形成的。冰棱和冰柱的最大危害是將絕緣子的爬電距離縮短，降低了絕緣子的絕緣性能，最終形成閃絡(luò)。

b）絕緣子表面覆冰閃絡(luò)，雪?；蛩蝺鼋Y(jié)在絕緣子上形成冰殼，當(dāng)溫度升高時（上午10：00至下午16：00），融解在冰水中的污穢物，使絕緣子傘裙泄漏電流劇增，當(dāng)泄漏電流發(fā)展到一定程度，將導(dǎo)致絕緣子發(fā)生閃絡(luò)。此種冰閃屬于污閃，與絕緣子表面的鹽灰密的大小即污穢等級的高低有密切的聯(lián)系，污穢等級越低，閃絡(luò)概率也就越低。復(fù)合絕緣子和已噴涂防污閃涂料的絕緣子，由于冰凍形成的冰殼，使其復(fù)合材料的憎水性能起不到相應(yīng)的作用。因此，在覆冰條件下，絕緣子復(fù)合材料的防污閃作用大大地降低。

c）絕緣子迎風(fēng)側(cè)表面快速堆積臟雪或冰造成的絕緣子閃絡(luò)。當(dāng)大氣環(huán)境較臟時，下降的雪或冬雨就會將空氣中的污穢吸附，在風(fēng)的作用下，貼附在絕緣子的迎風(fēng)側(cè)，在一定時間內(nèi)堆積和凝結(jié)，形成三角錐狀，將絕緣子的各個傘群橋接，最終發(fā)生絕緣子閃絡(luò)。其特點(diǎn)為絕緣子表面的污穢等級不高，但在絕緣子表面堆積的雪和冰的鹽灰密值卻很大，此類冰閃也屬污閃，絕緣子迎風(fēng)側(cè)表面都有雪冰堆積，而背風(fēng)側(cè)則沒有冰雪。

d）設(shè)計(jì)配置不合理，造成絕緣子的覆冰閃絡(luò)。將輕冰區(qū)的設(shè)計(jì)配置放在中冰區(qū)，將中冰區(qū)的配置放在重冰區(qū)，是新建或擴(kuò)建線路在運(yùn)行中常遇到的問題。由于輸電線路范圍大，跨越廣，涉及方方面面的地理氣象環(huán)境，在線路初始設(shè)計(jì)時，不可避免地有設(shè)計(jì)漏洞，尤其是個別微氣象微地形區(qū)。如圖1、圖2所示，該線路防冰設(shè)計(jì)按輕冰區(qū)配置，實(shí)際覆冰達(dá)到中冰區(qū)等級，絕緣子采用了等徑雙傘，絕緣子傘間距結(jié)構(gòu)高度不大，未進(jìn)行插花設(shè)計(jì)，且部分過線塔采用了雙I串型式。

圖1 1 000 kV某線實(shí)際覆冰厚度高于防冰設(shè)計(jì)

圖2 1 000 kV某線左相雙I串紅外測溫圖

e） 以上是4種絕緣子覆冰跳閘的典型分類，在實(shí)際運(yùn)行情況下，有可能2種或3種類型同時發(fā)生，在進(jìn)行跳閘分析時，要多方面考慮，抓住主要因素，兼顧次要因素，采取有效的防冰措施進(jìn)行絕緣子防冰閃治理。

2 覆冰導(dǎo)地線閃絡(luò)跳閘

a）導(dǎo)地線脫冰跳躍放電故障。導(dǎo)線與地線間、導(dǎo)線與導(dǎo)線間脫冰跳躍，在不同期擺動狀態(tài)下，導(dǎo)致凈空距離不足，從而發(fā)生放電跳閘。此類跳閘特點(diǎn)是導(dǎo)地線覆冰量較大，霧凇、雨凇或混合凇嚴(yán)密地凍結(jié)在導(dǎo)地線上。由于導(dǎo)地線覆冰后，覆冰導(dǎo)地線截面較未覆冰導(dǎo)地線的截面加大，迎風(fēng)面加大，在風(fēng)的作用下更易擺動，擺動后的導(dǎo)線更易脫冰跳躍。導(dǎo)線擺動的幅度與導(dǎo)線覆冰量、導(dǎo)地線弧垂、桿塔擋距、導(dǎo)線型號及排列方式和風(fēng)速有密切的關(guān)聯(lián)。此外，在風(fēng)和重力作用下，覆裹在導(dǎo)地線上的凍結(jié)物呈現(xiàn)不規(guī)則的尖角狀，導(dǎo)線周圍的場強(qiáng)發(fā)生畸變，因此在凈空距離相同的情況下，覆冰導(dǎo)線更易發(fā)生放電跳閘。圖3、圖4所示為導(dǎo)線脫落的覆冰和故障跳閘點(diǎn)情況。

圖3 導(dǎo)線脫落的覆冰

圖4 某線176號—177號地線脫冰跳躍放電故障點(diǎn)

b）覆冰地線斷落引起的停運(yùn)故障。覆冰導(dǎo)線發(fā)生斷線的情況基本很少，一般情況下為地線斷落，特別是OPGW復(fù)合光纜地線。地線斷落的主要原因是不能承受覆冰重量而發(fā)生斷落。地線斷落對電網(wǎng)危害較大，會造成輸電線路的故障停運(yùn)。

c）地線覆冰后弧垂增大與導(dǎo)線發(fā)生放電。由于地線中無負(fù)荷電流，只有少量的感應(yīng)電流，因此地線溫度比導(dǎo)線溫度低，更易覆冰，且覆冰增長比導(dǎo)線快；另外地線截面比導(dǎo)線截面細(xì)，因此弧垂增大幅度會更大。當(dāng)發(fā)展到一定程度，地線和導(dǎo)線就會發(fā)生放電跳閘。圖5所示為導(dǎo)地線放電及放電灼燒造成的地線斷股情況。

圖5 某線242號大號側(cè)左地線及C（左）相導(dǎo)線導(dǎo)地線放電痕跡

3 緊湊型輸電線路覆冰舞動跳閘

山西線路覆冰舞動跳閘事故全部發(fā)生在微地形微氣象的山區(qū)，且全部為緊湊型輸電線路的3—4基塔之間，而地勢平坦開闊地區(qū)發(fā)生舞動跳閘的未有發(fā)生。由此可以判斷，山西線路舞動跳閘的綜合特征為緊湊型輸電線路在微地形微氣象區(qū)的覆冰舞動跳閘。通過對近5年的跳閘報告分析，輸電線路發(fā)生的覆冰舞動跳閘具有以下特點(diǎn)。

a）緊湊型和常規(guī)線路均觀測到覆冰舞動，緊湊型線路發(fā)生故障跳閘，常規(guī)線路舞動未引起跳閘。

b）發(fā)生覆冰舞動跳閘故障區(qū)段比較集中，故障擋距較大。

c）故障相別均為倒三角排列的下相與任一上相之間（B—A或B—C）發(fā)生短路。

d）覆冰舞動故障區(qū)域不是傳統(tǒng)習(xí)慣認(rèn)為的平坦、開闊易舞地帶，而是發(fā)生在山區(qū)。

e） 故障線路只有500 kV,高于500 kV或220 kV及以下線路，未發(fā)生過覆冰舞動跳閘。

綜上所述，緊湊型桿塔是造成500 kV線路覆冰跳閘的根本原因。

4 總結(jié)

a）對于設(shè)計(jì)部門，輸電線路覆冰設(shè)計(jì)應(yīng)遵循“滿足要求、留有裕度”的原則，盡可能地避開中、重冰區(qū)及橫跨埡口、風(fēng)道和河流水庫等容易覆冰地帶。無法避開時，應(yīng)深入現(xiàn)場調(diào)查，充分考慮各種不利因素，進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)，提高線路抗冰能力。

b）對于管理和運(yùn)維部門，應(yīng)加強(qiáng)對輸電線路覆冰區(qū)的調(diào)查，總結(jié)整理運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，利用現(xiàn)有的氣象站，進(jìn)一步收集資料，及時修訂覆冰區(qū)分布圖，總結(jié)防覆冰跳閘運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和防覆冰措施，提高輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。

c）針對絕緣子覆冰閃絡(luò)技術(shù)措施：應(yīng)圍繞隔斷冰柱、冰棱及防止融冰沿絕緣子表面形成通道采取措施，500 kV線路以插花為主，220 kV線路以“V”和倒“V”改造為主，重冰區(qū)耐張塔引流串進(jìn)行插花改造。

d）針對導(dǎo)地線覆冰閃絡(luò)技術(shù)措施：加強(qiáng)對中重冰區(qū)線路導(dǎo)地線弧垂的測量和校核；采用加強(qiáng)型抗冰導(dǎo)線（防覆冰高強(qiáng)耐熱合金導(dǎo)線和碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線）；采用預(yù)絞絲護(hù)線條保護(hù)導(dǎo)線以減輕或防止由于不平衡張力作用和脫冰跳躍振動損傷導(dǎo)線，必要時安裝隔冰環(huán)、防冰球；OPGW復(fù)合光纜應(yīng)采用全鋁包鋼層絞式光纜。

e）針對緊湊型桿塔的防覆冰舞動措施：結(jié)合線路實(shí)際情況，采用相間間隔棒、線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒及雙擺防舞器等多種輔助的防舞措施；通過采取輔助防舞措施很難解決線路固有問題的，應(yīng)采取常規(guī)塔形進(jìn)行線路改造。

The Effects of Insulator,Overhead Transm ission Lines and Tower Structure on Icing Trips of Transm ission Lines

WANG Xinwei，WANG Qi，LI Jie
（State Grid Shanxi Electric Power Research Institute of SEPC，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

Through statistically analyzing transmission line trips in recent5 years,some reasons and regularities about icing trip in ShanxiPowerGrid were obtained.Effectivemeasures should be taken to reduce line trips from the aspectof technicalmanagement.

insulator；over-head transmission lines；tower structure；icing trip

TM752.5

B

1671-0320（2015）02-0016-03

2015-01-20，

2015-02-03

王欣偉（1979），男，山西陽泉人，2009年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，碩士，工程師，從事外絕緣檢測和輸電專業(yè)工作；

王 琪（1976），男，山西太原人，1998年畢業(yè)于華北電力大學(xué)電氣技術(shù)專業(yè)，碩士，高級工程師，從事電力設(shè)備試驗(yàn)、輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修工作；

李 杰（1985），男，山西長治人，2013年畢業(yè)于北京科技大學(xué)控制科學(xué)與工程專業(yè)，博士，工程師，從事高電壓試驗(yàn)工作。