劉 宏，王志利，王天正（.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學研究院，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)定運行的重要影響因素。2015年，山西電網(wǎng)共經歷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，重新進行線路抗冰能力復核，并對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；復核計算；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)計結果，冰害造成的故障停運占比高達到32.6%，是除外力破壞之外導致線路故障停運的主要原因[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、江蘇電力設施毀損嚴重。其中，國網(wǎng)湖南、江西、浙江電力受災最為嚴重，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影響，而且?guī)砭薮蟮慕洕鷵p失。

目前，我國已基本形成以500 kV輸電線路為骨干網(wǎng)架的堅強電網(wǎng)。由于500 kV線路承擔了特高壓交、直流輸電功率的匯集、分散作用，對區(qū)域電網(wǎng)乃至特高壓電網(wǎng)至關重要。

1 線路覆冰故障特點

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

b）緊湊型線路V型絕緣子串覆冰閃絡在山西省尚屬首次。

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，較少在融冰時發(fā)生脫冰跳躍閃絡，應重點復核導地線覆冰接近距離；中南部線路氣溫高，融冰較快，覆冰較輕，較少發(fā)生覆冰導地線間接近后閃絡，應重點復核融冰時脫冰跳躍距離。

e）部分線路覆冰厚度超過設計標準，造成桿塔受損和地線斷線。

2 抗冰復核原則

經統(tǒng)計，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計技術規(guī)程》（DLT5440—2009） 第10.0.1規(guī)定：導線與導線（地線） 靜態(tài)接近距離不應小于操作過電壓間隙值，動態(tài)接近距離不應小于工頻電壓的間隙值，如表1所示。

表1 500 kV線路導線相間、導地線間最小間隙值 m

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

表2 緊湊型線路復核項目

同塔雙回路相間導線覆冰后弧垂一致，故不需復核導線相間覆冰接近閃絡距離。

表3 同塔雙回路復核項目

3 故障線路抗冰復核情況

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

3.1 導地線覆冰過載復核

3.1.1 復核線路及范圍

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

3.1.2 復核工況

原線路設計條件為V=30 m/s、C=10 mm、t=－5℃；復核條件為V=15 m/s、t=－5℃。

3.1.3 復核結果

經各故障線路覆冰區(qū)段進行復核，僅500 kV軒忻雙回線15號—25號導線、OPGW光纜過載能力不足，其余線路區(qū)段均滿足要求。

3.2 導地線覆冰距離復核

3.2.1 復核線路及范圍

500 kV忻石三回線故障區(qū)段途經地形由平丘變?yōu)樯絽^(qū)，平均海拔高度由800 m變?yōu)? 300 m。其中130號—143號導線跨越系舟山分水嶺，且地形分布較大山洪溝。經對故障原因、實際冰厚、線路走向、地形地貌、海拔高差等進行綜合分析，確定復核范圍123號—159號導線。

3.2.2 復核工況

覆冰距離復核工況：導線覆冰20 mm，地線覆冰25 mm，風速10 m/s。驗算導、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 復核結果

根據(jù)《重覆冰架空輸電線路設計技術規(guī)程》（DL/T 5440—2009） 第10.0.4條，靜態(tài)接近距離不應小于操作過電壓的間隙值2.7 m。根據(jù)線路故障巡視結果，現(xiàn)場沒有發(fā)現(xiàn)地線滑移的情況，故不考慮其影響[3]。經復核導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 導地線不平衡張力復核

3.3.1 復核線路及范圍

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。經對故障原因、實際冰厚、線路走向、地形地貌、海拔高差等進行綜合分析，確定復核范圍為7號—25號導線。

3.3.2 復核工況

依據(jù)《重覆冰架空輸電線路設計技術規(guī)程》（DL/T 5440—2009），對導地線斷線張力和不均勻覆冰縱向張力進行復核，復核工況導線覆冰25 mm，地線覆冰30 mm，脫冰率50%、75%。

3.3.3 復核結果

a）經對5EG-SZC2、5EG-SJC2兩種常用塔型在新舊規(guī)程設計條件下進行桿塔荷載校驗[4]，應力百分比接近1.5的桿件主要集中在直線塔、耐張塔橫擔主材等處。

b）經對導、地線（含OPGW）不均勻覆冰縱向張力進行驗算，按照脫冰率75%進行分析如下。導線不均勻覆冰縱向張力差：耐張塔相導線最小張力差84 760.8 N（13號、5EG-SJC1-30），最大張力差85 493.5 N（17號、5EG-SJC1-30）；直線塔相導線最小張力差3 503.3 N（18號、5EGSZC3-51），最大張力差69 236.2 N（23號、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、5EG-SJC1-30），最大張力差20 926.9 N（17號、5EG-SJC1-30）；直線塔OPGW最小張力差5 709.9 N（21號、5EG-SZC2-36），最大張力差20 491 N（23號、5EG-SZC4-51）。

3.4 脫冰跳躍復核

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—25號18擋。

3.4.2 復核工況

導線LGJ-400/35、覆冰15 mm、導線脫冰率50%，且下相導線脫冰，其他相導線和地線不脫冰。復核塔型為5EG-SZC4，塔結構尺寸，中下相導線垂直間距10.85 m、水平偏移1.7 m；導線采用4分裂，分裂間距為0.45 m。

3.4.3 復核結果

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

按照導線脫冰跳躍經驗計算公式[5]，組合導線參數(shù)和氣象條件，計算了脫冰擋距在200～1 200 m的跳躍幅值。經過排查，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，存在脫冰跳躍閃絡隱患。

3.5 緊湊型線路防舞動復核

3.5.1 復核線路及范圍

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

“新時代”催生“新任務”，在新時代背景下，為主動適應市場競爭，傳統(tǒng)專業(yè)在人才培養(yǎng)目標、核心課程設置、實驗實訓課程等方面必然有內在的“新要求”和改革內涵。為進一步說明專業(yè)綜合改革和發(fā)展內涵，本文以安徽財經大學財政學專業(yè)為例展開分析。

3.5.2 復核依據(jù)

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

3.5.3 復核結果

500 kV府忻二線需加裝相間間隔棒共計68擋、408支。

3.6 絕緣子冰（雪）閃復核

3.6.1 復核線路及范圍

500 kV忻石三回線124號—148號區(qū)段，與復核導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 復核依據(jù)

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

3.6.3 復核結果

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

4 線路抗冰改造措施

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

b）對重冰區(qū)已發(fā)生覆冰（雪）閃絡的V串復合絕緣子，采用防冰閃復合絕緣子進行改造；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或玻璃絕緣子，并遵循微氣象區(qū)域加強外絕緣抗冰設計原則。

c）對因架空地線、OPGW光纜嚴重覆冰引起弧垂下降，導致導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、提高地線金具強度和握著力等綜合措施進行改造。

d）對發(fā)生相間導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)塔位設計應盡量避免大小擋、大高差、大擋距，無法避免時，應減少耐張段長度或采取獨立耐張段。宜采用預絞絲護線條保護導線，以減少脫冰跳躍對導線造成損傷。

e）當重冰區(qū)直線塔兩側擋距比大于等于2.5倍，且擋距超過600 m時，經校驗不平衡張力不滿足時，采取大擋距側增加桿塔或更換加強型塔的方式進行改造。

d） 緊湊型線路應采取差異化防舞動改造措施。根據(jù)《緊湊型輸電線路反事故措施》 （國家電網(wǎng)運檢 [2012]1658號） 關于加裝線路相間間隔棒的規(guī)定，為增加緊湊型線路導線防舞動能力，可針對擋距為400 m至600 m之間的導線加裝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）對重冰區(qū)、舞動區(qū)、大擋距區(qū)段，直線塔單側高差角大于16°時，導地線懸垂線夾進行雙線夾改造；OPGW光纜金具應采用包箍外再加上U形鋼（或鋁合金）組成預交式懸垂線夾。

5 結論

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

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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)于華北電力大學電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，工程師，從事電網(wǎng)設備狀態(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，高級工程師，2016年畢業(yè)于武漢大學電氣工程及其自動化專業(yè)，從事高壓輸電線路運維管理工作；

王天正（1965），男，山西大同人，1988年畢業(yè)于太原理工大學高電壓專業(yè)，高級工程師，從事輸變電設備狀態(tài)評價和技術管理工作。