輸電線路運行故障的分析與防治

陳 健

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司 南通供電分公司，江蘇 南通 226000）

1 輸電線路常見故障類型分析

1.1 閃電雷擊故障

在電網(wǎng)中，閃電雷擊故障是影響最大、危害最大的一種。由于輸電線路均在野外，因此夏季雷雨天氣時極易發(fā)生閃電雷擊故障。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，我國每年發(fā)生的輸電線路故障超過10起，其中最多的一年甚至達到了200多起。而且當有較大的雷電事故造成線路不穩(wěn)定、跳閘等故障時，還有可能引發(fā)火災[1]。

1.2 覆冰故障

覆冰故障也是影響輸電線路安全運行的關(guān)鍵因素。近年來，隨著冰凍災害頻繁發(fā)生，輸電線路覆冰跳閘的事件日益增多，覆冰故障極易引起電線桿負荷超限、電線覆冰舞動、脫冰跳躍等，使電線桿因承受不住負荷而變形、折斷，電線絕緣損壞，嚴重威脅著我國北方地區(qū)的冬季供電和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。

1.3 風偏放電

風偏放電是影響電網(wǎng)安全運行的重要原因之一。近幾年來，因大風造成的風偏放電所造成的輸電線路短路事故日益增加，嚴重危及了輸電線路的正常運營。在大風影響下，輸電線路會出現(xiàn)搖擺，從而導致線路短路或跳閘，主要集中在海岸及大風地區(qū)[2]。

2 輸電線路常見故障原因分析

2.1 閃電雷擊故障原因分析

無論是從天氣還是從環(huán)境上來說，都有可能發(fā)生電擊事故，因為每個線路所處的位置都有著不同的雷電循環(huán)。尤其是我國山區(qū)、丘陵地帶，往往會出現(xiàn)閃電和雷擊。在地理和環(huán)境方面，我國一些地區(qū)的土壤電阻率較高，因此在接地后，會由于電阻大而極易出現(xiàn)反跳。另外，山區(qū)的坡度會使山區(qū)線路上產(chǎn)生很大的電弧，增加了閃電雷擊故障的發(fā)生概率，從而引起短路。

2.2 覆冰故障原因分析

（1）倒塔。倒塔是由于線路上結(jié)冰，負載超出設計極限，從而導致電線桿無法承載負載而發(fā)生變形、坍塌。

（2）導線擺動。當冰層覆蓋時，電線因重力而產(chǎn)生一定的變形。隨著氣溫升高導致線路上的冰塊掉落，線路會隨之搖晃。冰面越厚，弧線越大，線路搖晃幅度越大。

2.3 風偏放電原因分析

風偏故障有以下原因：一是線路所在地區(qū)強風天氣造成的故障，局部強風會對輸電線路造成局部影響，導線在風的作用下會產(chǎn)生一定的晃動和位移；二是因強風造成的空隙放電電壓降低，在大風和暴雨天氣，強風可使暴雨沿著風向形成不連續(xù)的水線。這種情況下，如果水線的位置與閃絡路徑相同，那么孔隙放電的電壓就會降低。

3 輸電線路常見故障防治措施

3.1 閃電雷擊故障防治措施

要想讓雷電失效的可能性降到最低，就要做好最基本的防護措施。首先，要系統(tǒng)地分析各個區(qū)域的雷電分布狀況和雷電強度，以便了解雷電的強度與地形、線路結(jié)構(gòu)的關(guān)系，找出雷電與線路短路的內(nèi)在聯(lián)系。依據(jù)已繪出的電網(wǎng)雷區(qū)分布圖，提出一套實用的綜合防雷方案。

當前輸電線路的防雷措施包括設置避雷線、橫向避雷針、線路避雷器，減少桿塔的接地電阻以及使用多個避雷針系統(tǒng)[3]。

3.2 覆冰故障防治措施

為了解決輸電線路的結(jié)冰問題，提出了一種在輸電線路上進行防冰的方案，同時要兼顧實際的有效除冰方法。

（1）在進行防冰設計時，應考慮線路所在地區(qū)的特殊情況，分析其覆冰區(qū)和覆蓋層的厚度，以防止發(fā)生嚴重的冰凍，并盡可能選取覆蓋面積較小的地區(qū)。

（2）目前在輸電線路上采用的除冰方法有熱融冰法、機械破冰法以及自然除冰法。熱融冰法包括潮流分布、短路電流、鐵磁線路等；機械破冰法重點利用輸電線路導線的力學效應損毀覆冰的力學平衡，使其落下；自然除冰則在導線上加裝阻雪環(huán)，使覆冰自行脫落。具體要根據(jù)實際情況選擇最優(yōu)的除冰方法。

3.3 風偏放電防治措施

為了更好地防止和控制風偏放電，需要與地方氣象部門緊密配合，在不同地區(qū)進行風向監(jiān)測，并將風向和風速都考慮在內(nèi)。根據(jù)不同地區(qū)的不同工況，確定合理的風向設計標準，進行相應的參數(shù)優(yōu)化。在強風天氣時，可以采用“V”型結(jié)構(gòu)，以降低由于風偏導致的放電故障發(fā)生概率。同時，在鐵塔面向?qū)Ь€時，要盡量避免在鐵塔上安裝其他導電突起物，以降低可能發(fā)生的放電事故[4]。

3.4 建立健全的運維管理制度

輸電線路的運行條件十分復雜，造成線路故障的因素多種多樣，為此要建立完善的電網(wǎng)運營管理制度，明確輸電線路的維修職責，對線路進行合理的劃分和分區(qū)，將運營責任落實到每個員工身上。同時，在實際操作中要注重采用先進的管理思想和方法，并在實踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗，找出其中的規(guī)律并加以改進，確保電網(wǎng)運行的安全、穩(wěn)定。

3.5 防范自然環(huán)境的影響

在實際工程中，要嚴格控制施工質(zhì)量，采用混凝土加固基礎(chǔ)，加強其品質(zhì)，提高抗風性。為增強電網(wǎng)的抗雷能力，應將其作為一項重要工作，積極開展各項相關(guān)工作。本文的研究內(nèi)容包括以下3個方面。

（1）架空接地。采用架空接地線的設置，既能增強電線的抗雷能力，又能有效進行避雷。也就是說，塔中的閃電可以被控制，從而降低塔頂?shù)碾妱?。在電力系統(tǒng)中，對電力系統(tǒng)的接地避雷線進行防護，可減少電力系統(tǒng)的超負荷，而架空線的設置對感應過電壓的幅度進行了有效控制。

（2）采用無串聯(lián)間隙的避雷器。目前的電力系統(tǒng)中，采用避雷器對電網(wǎng)進行防護，但防護距離太窄。氧化鋅避雷器（Metal Oxide Arrester，MOA）無串聯(lián)間隙，可以對線路進行有效的監(jiān)控，防止線路出現(xiàn)電弧事故。但是該裝置在使用過程中極易老化，且線路數(shù)目龐大，難以進行有效的控制。

（3）采用電流限制裝置。該線路的過電壓保護能保證斷路器在不跳閘的前提下實現(xiàn)電弧的熄滅，并有效降低電擊跳閘的概率，降低絕緣子的損壞[5]。

3.6 加強日常巡查

日常工作中應加強對輸電線路的日常巡視，及時發(fā)現(xiàn)并解決問題。在實際工作中，應制定一套詳盡的巡檢制度，明確巡檢范圍和頻率，并配備專職的巡檢人員，對經(jīng)常出現(xiàn)的事故進行監(jiān)控，以降低故障的發(fā)生率，確保電網(wǎng)的安全，減少因設備及線路老化而造成的電力系統(tǒng)故障。在具體運行和管理方面，電網(wǎng)公司要重視設備線路的日常維護；在具體實施過程中，應及時更換和維修老化的設備。此外，在夏季雷電災害和春季山地火災多發(fā)的季節(jié)，電網(wǎng)公司應加強設備和線路的檢修與巡查，減少因巡檢和維修不當造成的安全事故。通過建立公眾服務平臺，設立投訴電話，有效解決電力問題，提高服務水平。

3.7 建立運檢管理系統(tǒng)和信息庫

各級電網(wǎng)公司應成立專業(yè)的管理機構(gòu)，加強對電網(wǎng)的監(jiān)控，并充分利用信息技術(shù)在電網(wǎng)運行過程中起到的關(guān)鍵作用。通過對輸電線路的正常運行狀況進行分析，能夠正確判斷線路的故障，掌握其運行狀況，并嚴格按計劃進行維修；分析、整理已有數(shù)據(jù)，制定相應的對策；在易發(fā)生故障的區(qū)域，應設立重點觀測目標，充分搜集資料，以供發(fā)生意外時參考以前的情況，選擇維護方式；建立專用的設備數(shù)據(jù)存檔，增設新設備，從多個方面建立健全的檔案，以便及時發(fā)現(xiàn)和維護，減輕員工的工作負擔[6]。

3.8 對輸電設備進行管理

輸電系統(tǒng)是影響電力系統(tǒng)安全運行的重要環(huán)節(jié)，對其進行有效的管理是十分必要的。定期對輸電設備進行檢修，根據(jù)檢修發(fā)現(xiàn)的問題采取相應的維護措施，并及時處理。為保障電力系統(tǒng)的正常工作，需要對系統(tǒng)中的突發(fā)故障進行維修。

3.9 加強操作票確認制度的執(zhí)行

從輸電線路倒線故障、人員誤操作等幾個方面對輸電線路短路、斷路故障進行了分析，并指出在實際應用中應加強操作票的校驗，以避免各種誤操作、倒線等故障，確保輸電線路的安全與穩(wěn)定。此外，在實行運營票時，要充分利用信息技術(shù)，開發(fā)App軟件，以保證網(wǎng)絡運行的安全。這種方法能夠有效提高操作工人的電控準確度，降低因操作失誤造成的安全事故，同時能有效使用軟件進行校驗，提高作業(yè)效率。

3.10 應用智能電力監(jiān)管技術(shù)

智能技術(shù)的快速發(fā)展使它得到了廣泛應用。對輸電系統(tǒng)的運行控制方式進行了分析，提出了利用智能監(jiān)控技術(shù)對其進行監(jiān)控的可行性。在具體實現(xiàn)中，對線路故障現(xiàn)象、設備運行異?，F(xiàn)象進行預警，并在監(jiān)控系統(tǒng)中設置智能監(jiān)控軟件，以解決故障現(xiàn)象。通過這種方式，可以有效提高電力系統(tǒng)的運行水平，降低各種線路、設備發(fā)生故障的概率。

3.11 信息數(shù)據(jù)庫的建立

隨著電力市場對電力系統(tǒng)的要求日益增加，必須對現(xiàn)有的電力系統(tǒng)進行改造，以提高其運行效率。輸電網(wǎng)絡中的附屬設施數(shù)量眾多，因此其維修和管理工作非常復雜。為便于對線路和設備的檢查與管理，采用數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)設備的數(shù)據(jù)存儲。當輸電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，維修人員參照資料庫能更精確地辨識出故障，使維修工作更加有針對性。同時，對數(shù)據(jù)進行對比，能快速地發(fā)現(xiàn)線路的安全隱患，并采取相應的防范措施，保證線路安全可靠。

3.12 網(wǎng)絡技術(shù)的更新

隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，電網(wǎng)的運行控制是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。在電力系統(tǒng)日益增多的情況下，傳統(tǒng)的技術(shù)手段很難確保其正常運行，為此必須大力引入網(wǎng)絡技術(shù)，尤其是利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。通過本系統(tǒng)可以實現(xiàn)對系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的優(yōu)化，簡化了操作控制流程，提高了作業(yè)品質(zhì)，降低了運檢費用。在利用互聯(lián)網(wǎng)進行智慧管理的同時利用新的技術(shù)，如無線數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)挖掘、自動化定位技術(shù)等，從而更好地檢測出安全隱患，達到防范和解決問題的目的。

4 高壓輸電線路故障快速診斷

4.1 根據(jù)保護測距預測出故障桿號的區(qū)段

由于任何保護的正、負、零序阻抗都是在工作頻率下進行的，因此它的好壞直接關(guān)系到保護動作的精度。盡管故障點的孤點阻抗會對保護的精度造成一定的影響，但目前供電公司并沒有嚴格的規(guī)定，所以只能根據(jù)電網(wǎng)的運行情況來判斷。一般在給定距離時，可根據(jù)有關(guān)的線路圖來確定相應的標號。為了充分考慮到距離，根據(jù)經(jīng)驗，可以用計算出的桿數(shù)在安全的重點巡邏期間向兩邊延伸5～10 km。

4.2 根據(jù)設備的缺陷臺賬對故障桿號區(qū)段做出預測

當輸電線路發(fā)生故障時，則需要檢查故障發(fā)生前巡查該路段時存在的問題，依據(jù)設備的缺陷臺賬對故障進行預測。夏季線路處于高負荷運行狀態(tài)下，對此需要加強對線路交跨區(qū)域的檢查力度，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患并進行排除。

4.3 按照設備的特殊區(qū)域?qū)⒐收蠗U號區(qū)段做出預測

由于線路所處的地理位置不同，且造成的脫閘事故往往在惡劣的氣候條件下發(fā)生，因而對其所受到的環(huán)境影響也各不相同。在雷雨天氣，特別是雨天，線路很容易發(fā)生故障。因此，首先要確定導線在雷擊區(qū)中，在沒有雨水和狂風的情況下，如果線路發(fā)生了故障，就需要對沿線的樹木、特殊的桿塔以及大樓進行檢測。

4.4 接地故障的檢測

對某些具有高電流和長期運行的接地故障，發(fā)生重合閘的概率很低。此類故障一般表現(xiàn)為：一是微氣候區(qū)的大部分線路在強風天氣時會影響到塔身或鄰近建筑物的某些部位；二是在大風、暴雨等惡劣氣候條件下，具有較高接地電阻的直線塔與大跨距重疊的可能性。

5 結(jié) 論

輸電線路是電力系統(tǒng)中的一個重要部分，其重要性不容忽視。由于受地理、環(huán)境以及人為等多種因素的影響，在電網(wǎng)的運行中，各種失效都不可避免，如何根據(jù)故障的不同進行有效的防范和處理，是電力系統(tǒng)維護工作的一個重要問題。對電網(wǎng)進行了分析，得出了雷擊、覆冰、風偏放電等人為原因造成的電網(wǎng)失效。為了保證輸電線路安全、可靠且科學的運行，輸電線路維護人員應采取多種防范措施，以減少故障發(fā)生的可能性，保證電力系統(tǒng)的安全運行。