張 建

(國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司，浙江 寧波 315016)

寧波電網(wǎng)輸電線(xiàn)路冰災(zāi)故障分析和應(yīng)對(duì)

張 建

(國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司，浙江 寧波 315016)

防控、消除輸電線(xiàn)路冰災(zāi)，事關(guān)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)吸取近年來(lái)抗擊冰災(zāi)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，分析了冰災(zāi)故障的分類(lèi)和特點(diǎn)，提出了冰災(zāi)的應(yīng)對(duì)方式，并從運(yùn)行的角度提出了抗擊冰災(zāi)的應(yīng)對(duì)措施，為輸電線(xiàn)路冰雪天氣安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

輸電線(xiàn)路；冰災(zāi)故障；桿塔變形；絕緣子；覆冰

0 引言

2008年、2013年浙江電網(wǎng)分別經(jīng)歷了2次冰凍災(zāi)害，造成多條線(xiàn)路發(fā)生不同程度的倒塔、桿塔變形、導(dǎo)地線(xiàn)斷線(xiàn)(掉線(xiàn))、絕緣閃絡(luò)等事故，導(dǎo)致線(xiàn)路停運(yùn)，給主網(wǎng)可靠運(yùn)行帶來(lái)了很大的影響。2008年冰災(zāi)持續(xù)20多天，浙江省多個(gè)海拔較高的山區(qū)均發(fā)生線(xiàn)路冰災(zāi)事故；2013年冰災(zāi)只持續(xù)了5天，受損線(xiàn)路集中在寧波地區(qū)。

1 冰災(zāi)故障分類(lèi)

從已發(fā)生的故障狀況來(lái)看，冰災(zāi)故障主要是由覆冰導(dǎo)致輸電線(xiàn)路設(shè)備機(jī)械過(guò)荷載和電氣性能下降引起的，分為桿塔變形折損、導(dǎo)地線(xiàn)斷線(xiàn)、絕緣子覆冰閃絡(luò)、導(dǎo)地線(xiàn)距離不足、不均勻脫冰跳躍、導(dǎo)線(xiàn)覆冰舞動(dòng)等類(lèi)型，不同故障保護(hù)動(dòng)作情況也不相同(以下分析均以中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)線(xiàn)路重合閘裝置在運(yùn)為前提)。

1.1 桿塔變形折損故障

桿塔變形折損的主要原因?yàn)?由于受桿塔導(dǎo)地線(xiàn)、金具嚴(yán)重覆冰影響，垂直荷載急劇增加；另外，隨著導(dǎo)線(xiàn)覆冰厚度的增加，作用于桿塔的水平荷載也成倍增長(zhǎng)，當(dāng)作用于桿塔的綜合荷載超出桿塔的承受能力時(shí)，就會(huì)造成桿塔變形折損。此類(lèi)故障一般表現(xiàn)為單相接地故障，重合失敗，強(qiáng)送不成，特別容易發(fā)生在高海拔地區(qū)大檔距、大高差及風(fēng)口區(qū)域的桿塔。

1.2 導(dǎo)地線(xiàn)斷線(xiàn)故障

導(dǎo)地線(xiàn)覆冰后，承受的應(yīng)力增加，當(dāng)應(yīng)力超出導(dǎo)地線(xiàn)的機(jī)械強(qiáng)度時(shí)，發(fā)生斷線(xiàn)故障；或?qū)У鼐€(xiàn)覆冰后，在適宜的風(fēng)力激勵(lì)下容易在線(xiàn)夾出口附近發(fā)生高頻振動(dòng)，造成疲勞損傷斷線(xiàn)。對(duì)于導(dǎo)線(xiàn)垂直排列的線(xiàn)路，此類(lèi)故障一般表現(xiàn)為單相故障后引發(fā)相鄰相故障，重合失敗，強(qiáng)送不成。由于發(fā)生斷線(xiàn)故障的桿塔的周邊環(huán)境與桿塔變形折損故障類(lèi)似，因此當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)在不平衡張力和斷線(xiàn)沖擊荷載的作用下發(fā)生斷線(xiàn)故障時(shí)，往往會(huì)造成桿塔變形折損。

1.3 絕緣子覆冰閃絡(luò)故障

絕緣子串覆冰后，泄漏距離縮短，耐壓強(qiáng)度降低。在氣溫升高過(guò)程中覆冰緩慢融化，融冰水?dāng)y帶絕緣子表面的污穢物沿表面形成連續(xù)導(dǎo)電水膜，引起沿絕緣子表面的閃絡(luò)故障。此類(lèi)故障一般表現(xiàn)為單相接地故障，大多重合成功，在短時(shí)間三相均有發(fā)生，一般發(fā)生在氣溫升幅較高的時(shí)間段，多發(fā)于直線(xiàn)塔“I”型盤(pán)式絕緣子串。

1.4 導(dǎo)地線(xiàn)距離不足故障

受導(dǎo)線(xiàn)負(fù)荷電流作用，運(yùn)行中導(dǎo)線(xiàn)溫度比地線(xiàn)溫度高，地線(xiàn)覆冰厚度比導(dǎo)線(xiàn)大，地線(xiàn)弧垂，特別是OPGW(Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，光纖復(fù)合架空地線(xiàn))增量明顯大于導(dǎo)線(xiàn)，導(dǎo)致導(dǎo)地線(xiàn)之間的距離不足而引起放電。此類(lèi)故障為單相故障，重合失敗，強(qiáng)送情況與地線(xiàn)放電后脫冰程度相關(guān)，多發(fā)于大檔距線(xiàn)路。

1.5 不均勻脫冰跳躍故障

線(xiàn)路覆冰后，隨著氣溫的升高，導(dǎo)線(xiàn)上的覆冰開(kāi)始脫落。受導(dǎo)線(xiàn)實(shí)際脫冰不均勻性和隨機(jī)性的影響，在脫冰過(guò)程中導(dǎo)線(xiàn)容易發(fā)生跳躍，在導(dǎo)線(xiàn)垂直排列的線(xiàn)路中，較易發(fā)生相間距離不足放電故障。此類(lèi)故障一般為相間故障，重合情況與線(xiàn)路保護(hù)裝置設(shè)定有關(guān)(如多數(shù)220 kV線(xiàn)路設(shè)置為相間故障不重合)，大多強(qiáng)送成功。此類(lèi)故障多發(fā)生在冰災(zāi)后期的自然融冰階段，所有覆冰線(xiàn)路上都易發(fā)生，往往同一區(qū)域會(huì)有多條線(xiàn)路相繼發(fā)生。

1.6 導(dǎo)線(xiàn)覆冰舞動(dòng)故障

在導(dǎo)線(xiàn)輕微覆冰后，由于覆冰沿導(dǎo)地線(xiàn)分布的不規(guī)則性，在穩(wěn)定橫向風(fēng)力作用下，一般在風(fēng)速為4—25 m/s時(shí)，會(huì)產(chǎn)生頻率較低、幅度較大的振動(dòng)。由于各相間振動(dòng)存在不同步性，從而發(fā)生相間距離不足放電故障。此類(lèi)故障為相間故障，重合情況與線(xiàn)路保護(hù)裝置設(shè)定有關(guān)，大多強(qiáng)送成功。由于其故障點(diǎn)位于線(xiàn)路檔距中央導(dǎo)線(xiàn)上，故障查找難度較大。

2 冰災(zāi)故障應(yīng)對(duì)方式

輸電線(xiàn)路的雨雪冰凍災(zāi)害，主要由惡劣氣候影響導(dǎo)致。2008年和2013年發(fā)生雨雪冰凍災(zāi)害前，寧波平原地區(qū)都有明顯降雪，高海拔山區(qū)較平原地區(qū)積雪大，且雪后山區(qū)氣溫持續(xù)維持在0 ℃以下，空氣濕度高，有利于線(xiàn)路覆冰的生成。2013年冰災(zāi)發(fā)展極為快速，從開(kāi)始下雪到線(xiàn)路故障跳閘只隔了2天，這與該段時(shí)間線(xiàn)路故障區(qū)域內(nèi)風(fēng)速較大且風(fēng)向穩(wěn)定(與線(xiàn)路路徑夾角大于等于45°)及雨夾雪天氣有很大的關(guān)系。

線(xiàn)路冰災(zāi)是一個(gè)逐漸發(fā)展的過(guò)程，提高冰災(zāi)故障的預(yù)見(jiàn)性，形成預(yù)警、預(yù)防、預(yù)控機(jī)制，能有效減輕和避免冰災(zāi)對(duì)電網(wǎng)的影響。

為提高對(duì)線(xiàn)路雨雪冰凍災(zāi)害的反應(yīng)能力，線(xiàn)路運(yùn)維單位可在雨雪冰凍前期利用氣象信息、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、線(xiàn)路所處地理位置、線(xiàn)路海拔高度、冰區(qū)圖、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備等信息，綜合判斷線(xiàn)路運(yùn)行狀況。密切關(guān)注氣象部門(mén)提供的線(xiàn)路相關(guān)區(qū)域天氣狀況、降雨、降雪量等信息，利用在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置實(shí)測(cè)的溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)據(jù)分析線(xiàn)路覆冰生成條件，為雨雪冰凍預(yù)警和線(xiàn)路特殊巡視提供可靠的決策依據(jù)。目前，寧波電網(wǎng)已完成了所轄中、重冰區(qū)線(xiàn)路覆冰在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)裝置的布點(diǎn)安裝工作。該系統(tǒng)能實(shí)際反應(yīng)安裝桿塔絕緣子串拉力、傾斜角數(shù)據(jù)及圖像資料，可作為南方低能見(jiàn)度區(qū)域線(xiàn)路巡視的輔助手段。根據(jù)線(xiàn)路巡視結(jié)果，針對(duì)性地采用融冰裝置、除冰裝置、負(fù)荷調(diào)控等手段，減輕和消除線(xiàn)路覆冰，從而達(dá)到減災(zāi)目的。

線(xiàn)路發(fā)生冰災(zāi)故障跳閘后，技術(shù)部門(mén)應(yīng)組織分析故障測(cè)距信息、保護(hù)動(dòng)作情況、故障波形表現(xiàn)等，初步判斷故障原因及故障桿段，從而為縮小現(xiàn)場(chǎng)巡視范圍提供可靠技術(shù)支撐，使現(xiàn)場(chǎng)巡視更加具有針對(duì)性，提高故障巡視效率。在現(xiàn)場(chǎng)巡視過(guò)程中，應(yīng)注重現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)收集的準(zhǔn)確性，對(duì)各故障、受損位置(如放電點(diǎn)、導(dǎo)地線(xiàn)斷口、斷點(diǎn))等進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)采集，對(duì)脫落到地面較為完整的導(dǎo)地線(xiàn)覆冰長(zhǎng)度、直徑、重量進(jìn)行詳細(xì)記錄，為后續(xù)故障分析及觀冰數(shù)據(jù)積累提供直接依據(jù)。

線(xiàn)路故障搶修應(yīng)以盡快恢復(fù)線(xiàn)路運(yùn)行條件為目標(biāo)，按線(xiàn)路重要等級(jí)及故障修復(fù)的難易程度安排恢復(fù)，從而保證主網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。

3 抗冰措施

2008年全國(guó)發(fā)生大范圍電網(wǎng)冰災(zāi)故障后，國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司嚴(yán)格按照國(guó)家電網(wǎng)公司電網(wǎng)差異化規(guī)劃設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見(jiàn)進(jìn)行復(fù)校復(fù)核，對(duì)所有冰災(zāi)線(xiàn)路進(jìn)行了優(yōu)化補(bǔ)強(qiáng)。寧波電網(wǎng)已于2009年完成了全部冰災(zāi)線(xiàn)路的改造工作，通過(guò)局部增設(shè)加強(qiáng)型耐張塔、改造直線(xiàn)塔、更換導(dǎo)地線(xiàn)、更換金具等手段，達(dá)到整體線(xiàn)路優(yōu)化補(bǔ)強(qiáng)的目的，使運(yùn)行線(xiàn)路抗冰能力有了很大的提升。在2013年冰災(zāi)中，寧波電網(wǎng)未發(fā)生倒塔事故，但發(fā)生了斷線(xiàn)、橫擔(dān)折損等故障，說(shuō)明抗冰改造還是存在薄弱點(diǎn)，需進(jìn)一步改進(jìn)和完善線(xiàn)路抗冰措施，具體如下。

3.1 加強(qiáng)線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置布點(diǎn)安裝及運(yùn)維工作

線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置能有效監(jiān)測(cè)線(xiàn)路運(yùn)行的各種參數(shù)數(shù)據(jù)，分析線(xiàn)路覆冰情況，為抗冰工作提供可靠預(yù)警，因此提高在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的可靠性和完好率，是做好抗冰工作的重要前提之一。

3.2 合理配置融冰、除冰裝置

融冰、除冰是消除線(xiàn)路覆冰的最直接手段，電網(wǎng)管理單位應(yīng)對(duì)中、重冰區(qū)線(xiàn)路對(duì)應(yīng)的變電站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)融冰、除冰裝置的快速接入；配備移動(dòng)式線(xiàn)路融冰、除冰裝置，提高融冰、除冰手段的機(jī)動(dòng)靈活性。

3.3 桿塔局部補(bǔ)強(qiáng)

2008年冰災(zāi)以后，設(shè)計(jì)部門(mén)加強(qiáng)了桿塔強(qiáng)度的設(shè)計(jì)，但2013年冰災(zāi)中還是發(fā)生了桿塔橫擔(dān)折損現(xiàn)象。這說(shuō)明桿塔部分構(gòu)件仍存在強(qiáng)度不足問(wèn)題，需加強(qiáng)對(duì)桿塔橫擔(dān)的補(bǔ)強(qiáng)措施。

3.4 改善導(dǎo)地線(xiàn)配合設(shè)計(jì)

2013年冰災(zāi)中，因?yàn)榧芸盏鼐€(xiàn)，特別是OPGW光纜地線(xiàn)覆冰后弧垂增量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于導(dǎo)線(xiàn)弧垂增量，造成了線(xiàn)路停運(yùn)。改善導(dǎo)地線(xiàn)配合設(shè)計(jì)，能避免此類(lèi)故障的發(fā)生，如：提高地線(xiàn)支架強(qiáng)度和高度；適當(dāng)提高地線(xiàn)覆冰厚度的取值；改變OPGW選型原則；增大導(dǎo)地線(xiàn)間和相鄰導(dǎo)線(xiàn)間的水平位移等。另外，導(dǎo)地線(xiàn)覆冰后，現(xiàn)有防振設(shè)施的防振效果仍顯不足，建議改進(jìn)中、重冰區(qū)風(fēng)口區(qū)域的線(xiàn)路防振設(shè)計(jì)。

3.5 采用“V”型絕緣子串

“V”型絕緣子串能有效改善桿塔橫擔(dān)的受力情況，提高橫擔(dān)的受力能力。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，復(fù)合絕緣子的防覆冰閃絡(luò)性能明顯優(yōu)于盤(pán)式絕緣子，建議在中、重冰區(qū)直線(xiàn)塔采用“V”型復(fù)合絕緣子串。

3.6 特殊區(qū)域路徑改遷和優(yōu)化改造

對(duì)位于覆冰厚度20 mm及以上的重冰區(qū)線(xiàn)路，應(yīng)進(jìn)行路徑改道，盡量降低線(xiàn)路的平均海拔，以降低覆冰厚度。路徑受限制地區(qū)，重要線(xiàn)路應(yīng)按重冰區(qū)線(xiàn)路設(shè)計(jì)。一般線(xiàn)路可通過(guò)耐張段塔的合理布置，以有效減少導(dǎo)地線(xiàn)覆冰時(shí)直線(xiàn)塔不平衡張力的產(chǎn)生條件，或因地制宜布置加強(qiáng)的直線(xiàn)塔。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)輸電線(xiàn)路冰災(zāi)故障類(lèi)型的分析和應(yīng)對(duì)方式的論述，及對(duì)抗冰工作提出的建設(shè)性整改措施，為冬季電網(wǎng)運(yùn)行管理和抗冰改造提供參考。特別是針對(duì)不同類(lèi)型故障，分析了故障發(fā)展的特點(diǎn)，提出了應(yīng)對(duì)方式，對(duì)后期快速開(kāi)展故障搶修、恢復(fù)電網(wǎng)運(yùn)行和制定永久性修復(fù)方案具有指導(dǎo)作用。

1 國(guó)家能源局．DL/T 741—2010架空輸電線(xiàn)路運(yùn)行規(guī)程[S].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

2 張 衡．以風(fēng)險(xiǎn)管理思路指導(dǎo)抗冰保電[J].電力安全技術(shù)，2011，13(6)：19-21.

2016-05-04；

2016-10-20。

張 建(1982—)，男，工程師，主要從事高壓架空輸電線(xiàn)路運(yùn)行檢修工作，email：53475694@qq.com。