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(wǎng)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(dǎo)率的電子和離子、燃燒產(chǎn)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(jié)合線路運維日常工作經(jīng)驗，提出從線路走廊規(guī)劃、線路運維、檢測、應(yīng)急等方面進行輸電線路防山火的措施，做到最大限度地預(yù)防山火、及時發(fā)現(xiàn)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(zāi)事故，從空氣高溫、高導(dǎo)電性電子和離子、燃燒產(chǎn)生的灰分三個方面探討了輸電線路火災(zāi)跳閘火災(zāi)的機理，分析了輸電線路火災(zāi)跳閘火災(zāi)的特點。根據(jù)線路運行的日常工作經(jīng)驗，提出了線路走廊規(guī)劃、線路運行、監(jiān)控、應(yīng)急響應(yīng)等輸電線路火災(zāi)的預(yù)防措施，從而最大限度地防止山火的發(fā)生，及時發(fā)現(xiàn)山火，減少山火對線路安全運行的影響。根據(jù)氣體密度與壓力、溫度的關(guān)系可知，氣體密度隨壓力、溫度的降低而減小，從而導(dǎo)致間隙內(nèi)絕緣強度的降低。氣壓主要與高度有關(guān)，氣壓基本上隨高度的增加呈線性下降。當山區(qū)附近發(fā)生山火時，可在短時間內(nèi)大大提高空氣溫度，特別是火區(qū)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(chǎn)生負離子，抑制氣體放電過程，導(dǎo)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(chǎn)生，引發(fā)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(guān)，流動是氣隙放電的主要過程。根據(jù)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?；鹧嫒紵^程中，可見光和紫外線輻射反映了電子的激發(fā)。燃燒過程中產(chǎn)生的電子和離子使火焰具有弱等離子體性質(zhì)。在電場的作用下，火焰容易被擊穿和放電。在1000～1100℃范圍內(nèi)，燃燒的植被、金屬、氣體等會發(fā)生碰撞電離、光電離、化學(xué)電離和熱電離，產(chǎn)生大量的電子、離子、有機碳、元素碳和鉀離子等物質(zhì)和粒子[1]。由于導(dǎo)體與地極之間的電荷增加到一定程度，產(chǎn)生了強烈的電場畸變、復(fù)生，大量的電荷產(chǎn)生光子，從而導(dǎo)致光自由，在局部強場中發(fā)展為衍生電子雪崩，衍生電子雪崩與主要發(fā)展為電子雪崩的電子束交會，形成高導(dǎo)電性和低場強的負導(dǎo)通道，最終導(dǎo)致線路跳線。

（3）山火中大量的細顆粒和火山灰觸發(fā)了回路放電機制。在氣體、液體和固體絕緣介質(zhì)中引入介電常數(shù)和電導(dǎo)率不同的粒子，會嚴重影響整體絕緣性能。當線路附近發(fā)生火災(zāi)時，由于空氣中含有導(dǎo)電粒子或灰，經(jīng)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(qū)域移動，當靠近高壓電極時觸發(fā)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(chǎn)生擊穿現(xiàn)象。由于山火中含有導(dǎo)電顆粒，高壓線附近的絕緣氣體容易觸發(fā)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?；饒銎鸹饡r，由于火場溫度高，煤煙濃度持續(xù)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(dǎo)致輸電線路跳閘后，自動重合閘裝置若在短時間內(nèi)動作，將產(chǎn)生高于正常工作電壓的工作過電壓，而此時空氣介質(zhì)的絕緣強度尚未恢復(fù)，將再次被擊穿。此外，若因絕緣子受山火污穢影響而發(fā)生閃絡(luò)跳閘，則因污穢閃絡(luò)持續(xù)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(fā)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(dǎo)線的間隙或絕緣子串發(fā)生，而是沿著距離較遠的火線通道發(fā)生。

3 預(yù)防措施

（1）線路通道規(guī)劃方面。在工程設(shè)計的早期階段，應(yīng)提高山地防火水平。隨著電力設(shè)施的持續(xù)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(qū)域。地區(qū)的一場野火可能會觸發(fā)多條線路被絆倒。由于多條輸電線路同時跳閘對電網(wǎng)的穩(wěn)定性有很大的影響，所以在新線路的設(shè)計中，應(yīng)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(zāi)。

（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(fā)生山火的地區(qū)和季節(jié)（如清明），要對線路沿線群眾進行《電力法》《電力設(shè)施保護條例》等法律法規(guī)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(fā)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(yīng)及時處理，防止因樹木離線路距離不夠而引發(fā)山火。三是做好線路防火險記錄，及時更新?；鹎橐装l(fā)時期，如每年清明節(jié)和大掃除期間，重點監(jiān)測火情危險點，增加特巡次數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)線路上的火情。四是發(fā)揮群防群治的作用和優(yōu)勢。

（3）線路防山火檢測方面。建立監(jiān)測體系，及早發(fā)現(xiàn)山火，并運用專用設(shè)備和技術(shù)對山火發(fā)展趨勢進行預(yù)判預(yù)警，為選擇運行對策提供技術(shù)依據(jù)。例如，可以利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)實時監(jiān)測線路周邊的植被和自然環(huán)境；也可以在鐵塔上安裝在線監(jiān)測裝置，對線路環(huán)境進行實時監(jiān)測；另外，在山火易發(fā)、多發(fā)季節(jié)，可以利用無人機等設(shè)備及時監(jiān)控線路附近的山火情況，快速提供現(xiàn)場情況，確保短時間內(nèi)做出科學(xué)決策。

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

4 結(jié)束語

通過綜合分析，得出山火引起線路跳閘的原因和結(jié)果存在明顯的復(fù)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(tǒng)，對山火進行實時檢測，能快速提供現(xiàn)場信息，但由于這項技術(shù)受通信、供電方式限制，在輸電線路桿塔上的應(yīng)用效果不明顯。今后，將進一步探索山火檢測和預(yù)警系統(tǒng)。