山西電網(wǎng)500 kV架空輸電線路抗冰能力復(fù)核及防治措施研究

劉 宏，王志利，王天正（.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 03000；.國網(wǎng)山西省電力公司，山西 太原 03000）

山西電網(wǎng)500 kV架空輸電線路抗冰能力復(fù)核及防治措施研究

劉 宏1，王志利2，王天正1
（1.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001；2.國網(wǎng)山西省電力公司，山西 太原 030001）

輸電線路覆冰故障一直是困擾電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要影響因素。2015年，山西電網(wǎng)共經(jīng)歷3次大面積冰凍雨雪天氣，造成500 kV輸電線路跳閘數(shù)10條次，導(dǎo)致部分電廠外送通道中斷。為全面梳理電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)，以山西電網(wǎng)覆冰故障線路為分析樣本，重新進(jìn)行線路抗冰能力復(fù)核，并對(duì)不滿足要求的線路提出改造措施，極大地提高了電網(wǎng)整體抗冰能力。

輸電線路；覆冰；復(fù)核計(jì)算；改造措施

0 引言

輸電線路覆冰故障一直是困擾電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要影響因素，由于冰害跳閘重合成功率較低，根據(jù)國家電網(wǎng)公司2008年—2015年統(tǒng)計(jì)結(jié)果，冰害造成的故障停運(yùn)占比高達(dá)到32.6%，是除外力破壞之外導(dǎo)致線路故障停運(yùn)的主要原因[1]。例如，2008年初，我國南方地區(qū)出現(xiàn)50年一遇的大范圍持續(xù)低溫雨雪冰凍天氣。華中地區(qū)的國網(wǎng)湖南、江西、湖北、河南、四川、重慶電力，華東地區(qū)的國網(wǎng)浙江、福建、安徽、江蘇電力設(shè)施毀損嚴(yán)重。其中，國網(wǎng)湖南、江西、浙江電力受災(zāi)最為嚴(yán)重，造成大面積倒桿（塔） 斷線，局部電網(wǎng)遭到毀滅性破壞。500 kV線路倒塔506基，受損桿塔142基，斷線799處，不僅造成惡劣的社會(huì)影響，而且?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟(jì)損失。

目前，我國已基本形成以500 kV輸電線路為骨干網(wǎng)架的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)。由于500 kV線路承擔(dān)了特高壓交、直流輸電功率的匯集、分散作用，對(duì)區(qū)域電網(wǎng)乃至特高壓電網(wǎng)至關(guān)重要。

1 線路覆冰故障特點(diǎn)

a）山西電網(wǎng)500 kV輸電線路冰災(zāi)故障主要是覆冰舞動(dòng)、導(dǎo)地線覆冰閃絡(luò)（地線斷股斷線）、絕緣子覆冰（雪）閃絡(luò)、脫冰跳躍閃絡(luò)等4種類型。

b）緊湊型線路V型絕緣子串覆冰閃絡(luò)在山西省尚屬首次。

c）緊湊型線路和同塔雙回輸電線路線間距離偏小，不滿足中重冰區(qū)線路脫冰跳躍、導(dǎo)地線覆冰后凈空距離的要求。

d） 山西北部線路易覆冰期溫度－10～－5℃，南部線路易覆冰期溫度－5～2℃；北部線路氣溫低，融冰緩慢，覆冰較重，較少在融冰時(shí)發(fā)生脫冰跳躍閃絡(luò)，應(yīng)重點(diǎn)復(fù)核導(dǎo)地線覆冰接近距離；中南部線路氣溫高，融冰較快，覆冰較輕，較少發(fā)生覆冰導(dǎo)地線間接近后閃絡(luò)，應(yīng)重點(diǎn)復(fù)核融冰時(shí)脫冰跳躍距離。

e）部分線路覆冰厚度超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，造成桿塔受損和地線斷線。

2 抗冰復(fù)核原則

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，國網(wǎng)山西省電力公司500 kV線路發(fā)生故障線路的塔型為緊湊型單回路和常規(guī)型雙回路。根據(jù)《重覆冰架空輸電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DLT5440—2009） 第10.0.1規(guī)定：導(dǎo)線與導(dǎo)線（地線） 靜態(tài)接近距離不應(yīng)小于操作過電壓間隙值，動(dòng)態(tài)接近距離不應(yīng)小于工頻電壓的間隙值，如表1所示。

表1 500 kV線路導(dǎo)線相間、導(dǎo)地線間最小間隙值 m

緊湊型線路上下相導(dǎo)線覆冰后弧垂、相間導(dǎo)線風(fēng)偏方向一致，上下相導(dǎo)線間凈空距離基本不變（約6.7 m），不需復(fù)核覆冰接近閃絡(luò)距離[2]。

表2 緊湊型線路復(fù)核項(xiàng)目

同塔雙回路相間導(dǎo)線覆冰后弧垂一致，故不需復(fù)核導(dǎo)線相間覆冰接近閃絡(luò)距離。

表3 同塔雙回路復(fù)核項(xiàng)目

3 故障線路抗冰復(fù)核情況

目前，500 kV線路作為山西電網(wǎng)的主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮著重要作用。本文針對(duì)2015年所發(fā)生的多起500 kV輸電線路覆冰故障，從導(dǎo)地線覆冰過載、覆冰距離不足、不平衡張力差過大、脫冰跳躍引發(fā)閃絡(luò)、緊湊型線路舞動(dòng)和絕緣子冰閃等6個(gè)方面對(duì)重要故障線路進(jìn)行逐一計(jì)算分析，從而找出現(xiàn)有線路薄弱環(huán)節(jié)。

3.1 導(dǎo)地線覆冰過載復(fù)核

3.1.1 復(fù)核線路及范圍

500 kV軒忻雙回線、左潞雙回線、忻石三回線、府忻二線導(dǎo)地線及光纖復(fù)合架空地線OPGW（optical fiber composite overhead ground wire）。

3.1.2 復(fù)核工況

原線路設(shè)計(jì)條件為V=30 m/s、C=10 mm、t=－5℃；復(fù)核條件為V=15 m/s、t=－5℃。

3.1.3 復(fù)核結(jié)果

經(jīng)各故障線路覆冰區(qū)段進(jìn)行復(fù)核，僅500 kV軒忻雙回線15號(hào)—25號(hào)導(dǎo)線、OPGW光纜過載能力不足，其余線路區(qū)段均滿足要求。

3.2 導(dǎo)地線覆冰距離復(fù)核

3.2.1 復(fù)核線路及范圍

500 kV忻石三回線故障區(qū)段途經(jīng)地形由平丘變?yōu)樯絽^(qū)，平均海拔高度由800 m變?yōu)? 300 m。其中130號(hào)—143號(hào)導(dǎo)線跨越系舟山分水嶺，且地形分布較大山洪溝。經(jīng)對(duì)故障原因、實(shí)際冰厚、線路走向、地形地貌、海拔高差等進(jìn)行綜合分析，確定復(fù)核范圍123號(hào)—159號(hào)導(dǎo)線。

3.2.2 復(fù)核工況

覆冰距離復(fù)核工況：導(dǎo)線覆冰20 mm，地線覆冰25 mm，風(fēng)速10 m/s。驗(yàn)算導(dǎo)、地線覆冰后的凈空距離，找出不滿足操作過電壓間隙值的擋距作為改造區(qū)段。

3.2.3 復(fù)核結(jié)果

根據(jù)《重覆冰架空輸電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5440—2009） 第10.0.4條，靜態(tài)接近距離不應(yīng)小于操作過電壓的間隙值2.7 m。根據(jù)線路故障巡視結(jié)果，現(xiàn)場沒有發(fā)現(xiàn)地線滑移的情況，故不考慮其影響[3]。經(jīng)復(fù)核導(dǎo)地線覆冰后距離不滿足要求的平均擋距為730 m，共有45擋距不滿足要求。

3.3 導(dǎo)地線不平衡張力復(fù)核

3.3.1 復(fù)核線路及范圍

500 kV軒忻雙回線故障區(qū)段處于軒崗云中山連續(xù)上山區(qū)段，地形分布于大山洪溝，起伏較大，大部分塔基為孤山梁，順線路方向地形陡峭，線路海拔高度由1 300 m變?yōu)? 923 m。經(jīng)對(duì)故障原因、實(shí)際冰厚、線路走向、地形地貌、海拔高差等進(jìn)行綜合分析，確定復(fù)核范圍為7號(hào)—25號(hào)導(dǎo)線。

3.3.2 復(fù)核工況

依據(jù)《重覆冰架空輸電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5440—2009），對(duì)導(dǎo)地線斷線張力和不均勻覆冰縱向張力進(jìn)行復(fù)核，復(fù)核工況導(dǎo)線覆冰25 mm，地線覆冰30 mm，脫冰率50%、75%。

3.3.3 復(fù)核結(jié)果

a）經(jīng)對(duì)5EG-SZC2、5EG-SJC2兩種常用塔型在新舊規(guī)程設(shè)計(jì)條件下進(jìn)行桿塔荷載校驗(yàn)[4]，應(yīng)力百分比接近1.5的桿件主要集中在直線塔、耐張塔橫擔(dān)主材等處。

b）經(jīng)對(duì)導(dǎo)、地線（含OPGW）不均勻覆冰縱向張力進(jìn)行驗(yàn)算，按照脫冰率75%進(jìn)行分析如下。導(dǎo)線不均勻覆冰縱向張力差：耐張塔相導(dǎo)線最小張力差84 760.8 N（13號(hào)、5EG-SJC1-30），最大張力差85 493.5 N（17號(hào)、5EG-SJC1-30）；直線塔相導(dǎo)線最小張力差3 503.3 N（18號(hào)、5EGSZC3-51），最大張力差69 236.2 N（23號(hào)、5EGSZC4-51）。

OPGW光纜不均勻覆冰縱向張力差：耐張塔OPGW最小張力差20 720 N（13號(hào)、5EG-SJC1-30），最大張力差20 926.9 N（17號(hào)、5EG-SJC1-30）；直線塔OPGW最小張力差5 709.9 N（21號(hào)、5EG-SZC2-36），最大張力差20 491 N（23號(hào)、5EG-SZC4-51）。

3.4 脫冰跳躍復(fù)核

500 kV左潞雙回線全線197擋；500 kV軒忻雙回線易覆冰區(qū)7號(hào)—25號(hào)18擋。

3.4.2 復(fù)核工況

導(dǎo)線LGJ-400/35、覆冰15 mm、導(dǎo)線脫冰率50%，且下相導(dǎo)線脫冰，其他相導(dǎo)線和地線不脫冰。復(fù)核塔型為5EG-SZC4，塔結(jié)構(gòu)尺寸，中下相導(dǎo)線垂直間距10.85 m、水平偏移1.7 m；導(dǎo)線采用4分裂，分裂間距為0.45 m。

3.4.3 復(fù)核結(jié)果

根據(jù)《110～750 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50545—2010），對(duì)導(dǎo)線與地線、不同相導(dǎo)線間的最小間隙在工頻過電壓和操作過電壓下分別進(jìn)行修正。修正后導(dǎo)線相間的工頻電壓空氣間隙值不小于2.4 m，考慮子導(dǎo)線分裂間距間隙取值3 m。

按照導(dǎo)線脫冰跳躍經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式[5]，組合導(dǎo)線參數(shù)和氣象條件，計(jì)算了脫冰擋距在200～1 200 m的跳躍幅值。經(jīng)過排查，左潞雙回線共有42擋、軒忻雙回線覆冰區(qū)共有5擋超過550 m，存在脫冰跳躍閃絡(luò)隱患。

3.5 緊湊型線路防舞動(dòng)復(fù)核

3.5.1 復(fù)核線路及范圍

500 kV府忻二線易舞區(qū)212號(hào)—391號(hào)（檔距400～600 m）區(qū)段。

“新時(shí)代”催生“新任務(wù)”，在新時(shí)代背景下，為主動(dòng)適應(yīng)市場競爭，傳統(tǒng)專業(yè)在人才培養(yǎng)目標(biāo)、核心課程設(shè)置、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程等方面必然有內(nèi)在的“新要求”和改革內(nèi)涵。為進(jìn)一步說明專業(yè)綜合改革和發(fā)展內(nèi)涵，本文以安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)財(cái)政學(xué)專業(yè)為例展開分析。

3.5.2 復(fù)核依據(jù)

500 kV府忻二線東西走向，與冬季導(dǎo)風(fēng)向較小。投運(yùn)以來共發(fā)生覆冰舞動(dòng)跳閘2次。已對(duì)超過600 m擋距安裝相間間隔棒333支，600 m及以下?lián)蹙辔床扇》牢鑴?dòng)措施。本次府忻二線故障擋距496 m，故對(duì)府忻二線400～600 m擋距相間間隔棒安裝情況進(jìn)行排查。

3.5.3 復(fù)核結(jié)果

500 kV府忻二線需加裝相間間隔棒共計(jì)68擋、408支。

3.6 絕緣子冰（雪）閃復(fù)核

3.6.1 復(fù)核線路及范圍

500 kV忻石三回線124號(hào)—148號(hào)區(qū)段，與復(fù)核導(dǎo)地線覆冰后距離線路范圍一致，均位于忻州系舟山瓦扎坪區(qū)段。

3.6.2 復(fù)核依據(jù)

冰災(zāi)故障桿塔附近的污穢水平基本保持在正常水平，污穢等級(jí)大多為c，d級(jí)，并沒有出現(xiàn)大幅度提升，導(dǎo)致500 kV輸電線路故障的主要原因是橋接度嚴(yán)重的覆冰融化。

3.6.3 復(fù)核結(jié)果

500 kV忻石三回線需對(duì)53基、232串普通復(fù)合絕緣子（大傘徑160 mm）更換為防冰閃復(fù)合絕緣子（大傘徑300 mm）。

4 線路抗冰改造措施

a）對(duì)覆冰倒塔斷線或覆冰嚴(yán)重的故障段，以觀冰數(shù)據(jù)為依據(jù)，按照冰區(qū)圖分界點(diǎn)上限值進(jìn)行改造。如果現(xiàn)場觀冰數(shù)據(jù)嚴(yán)重超過冰區(qū)圖上限值，建議重新修訂冰區(qū)圖，再進(jìn)行抗冰改造設(shè)計(jì)。

b）對(duì)重冰區(qū)已發(fā)生覆冰（雪）閃絡(luò)的V串復(fù)合絕緣子，采用防冰閃復(fù)合絕緣子進(jìn)行改造；重冰區(qū)與重污區(qū)疊加區(qū)域線路外絕緣配置宜采用合成化瓷質(zhì)或玻璃絕緣子，并遵循微氣象區(qū)域加強(qiáng)外絕緣抗冰設(shè)計(jì)原則。

c）對(duì)因架空地線、OPGW光纜嚴(yán)重覆冰引起弧垂下降，導(dǎo)致導(dǎo)地線凈空距離不足跳閘的區(qū)段，采取緊湊改常規(guī)、增加地線支架水平偏移、提高地線金具強(qiáng)度和握著力等綜合措施進(jìn)行改造。

d）對(duì)發(fā)生相間導(dǎo)線脫冰跳躍的故障段，采取雙回路改單回路、局部縮小擋距、安裝相間隔棒等方式改造。重冰區(qū)塔位設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免大小擋、大高差、大擋距，無法避免時(shí)，應(yīng)減少耐張段長度或采取獨(dú)立耐張段。宜采用預(yù)絞絲護(hù)線條保護(hù)導(dǎo)線，以減少脫冰跳躍對(duì)導(dǎo)線造成損傷。

e）當(dāng)重冰區(qū)直線塔兩側(cè)擋距比大于等于2.5倍，且擋距超過600 m時(shí)，經(jīng)校驗(yàn)不平衡張力不滿足時(shí)，采取大擋距側(cè)增加桿塔或更換加強(qiáng)型塔的方式進(jìn)行改造。

d） 緊湊型線路應(yīng)采取差異化防舞動(dòng)改造措施。根據(jù)《緊湊型輸電線路反事故措施》 （國家電網(wǎng)運(yùn)檢 [2012]1658號(hào)） 關(guān)于加裝線路相間間隔棒的規(guī)定，為增加緊湊型線路導(dǎo)線防舞動(dòng)能力，可針對(duì)擋距為400 m至600 m之間的導(dǎo)線加裝2組6支相間間隔棒（分別在1/3L和2/3L處），如圖1所示。

圖1 緊湊型線路相間間隔棒安裝位置示意圖

f）對(duì)重冰區(qū)、舞動(dòng)區(qū)、大擋距區(qū)段，直線塔單側(cè)高差角大于16°時(shí)，導(dǎo)地線懸垂線夾進(jìn)行雙線夾改造；OPGW光纜金具應(yīng)采用包箍外再加上U形鋼（或鋁合金）組成預(yù)交式懸垂線夾。

5 結(jié)論

2015 年山西電網(wǎng)遭受的3次大面積冰凍雨雪天氣，導(dǎo)地線覆冰過載復(fù)核、導(dǎo)地線覆冰距離復(fù)核、導(dǎo)地線不平衡張力復(fù)核、脫冰跳躍復(fù)核、緊湊型線路防舞動(dòng)復(fù)核以及絕緣子冰（雪） 閃復(fù)核等6個(gè)方面對(duì)重要故障線路進(jìn)行重新抗冰計(jì)算，對(duì)不滿足抗冰能力的線路區(qū)段提出相應(yīng)的改造措施，能極大提高線路本體抗冰能力。涉及的抗冰復(fù)核方法可為中重冰區(qū)線路設(shè)計(jì)和線路覆冰故障分析提供有力的參考依據(jù)。

[1]王建城，蘇盛，盛小勇，等.輸電線路多年一遇極值覆冰估計(jì)方法適用性分析 [J].電網(wǎng)技術(shù)，2015(09)：260-266.

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[3]姚陳果，張磊，李成祥，等.基于力學(xué)分析和弧垂測量的導(dǎo)線覆冰厚度測量方法 [J].高電壓技術(shù)，2013(05)：185-190.

[4]陽林，郝艷捧，黎衛(wèi)國，等.架空輸電線路在線監(jiān)測覆冰力學(xué)計(jì)算模型 [J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010(19)：100-105.

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Anti-icing Capability Check and Control Measures of 500 kV Overhead Transmission Lines in Shanxi Power Grid

LIU Hong1,WANG Zhili2,WANG Tianzheng1
（1.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute of SEPC,Taiyuan,Shanxi030001,China; 2.State Grid Shanxi Electric Power Corporation,Taiyuan,Shanxi030001,China）

Icing fault of transmission lines is an important factor that affects the safe and stable operation of power grid.Shanxi power grid experienced large area freezing and snowfor three times in 2015,resulting in dozens of 500 kV transmission line tripping and some power plant delivery channel interruption.In viewof this problem,this paper reviews and puts forward the improvement measures for the checking of anti-ice capacity of the fault lines,which can greatly improve the overall level of anti-ice capacity of power grid.

transmission line;icing;checking calculation;transformation measures

TM752+.5

A

1671-0320（2017）03-0014-04

2016-12-11，

2017-04-13

劉 宏（1987），男，山西呂梁人，2012年畢業(yè)于華北電力大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，工程師，從事電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)信息管理和在線監(jiān)測系統(tǒng)研究工作；

王志利（1982），男，山西大同人，高級(jí)工程師，2016年畢業(yè)于武漢大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，從事高壓輸電線路運(yùn)維管理工作；

王天正（1965），男，山西大同人，1988年畢業(yè)于太原理工大學(xué)高電壓專業(yè)，高級(jí)工程師，從事輸變電設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)和技術(shù)管理工作。