冰闪故障特点及改造成效分析论证——基于山西电网500 kV及以上输电线路

何鹏杰，梁灏

（国网山西省电力公司检修分公司，山西太原，030032）

冰闪故障特点及改造成效分析论证
——基于山西电网500 kV及以上输电线路

何鹏杰，梁灏

（国网山西省电力公司检修分公司，山西太原，030032）

山西电网主网输电线路近几年多次发生覆冰和融冰闪络故障，严重影响电网正常运行。对2009～2015年冰闪故障原因进行了统计分析，并提出了各自的针对性措施。经改造，冰闪故障跳闸率降低80%以上，成效显著，为提升山西省电网安全性和稳定性做出了较大贡献。相关措施在气候环境相似的地区也具有较大借鉴价值。

输电线路；冰闪故障；跳闸率；插花改造；倒V改造；防冰闪复合绝缘子；大盘径绝缘子

引言

冰闪故障严重影响电网安全运行[1-5]。2009年至今，国网山西检修公司运维输电线路共发生500 kV及以上输电线路冰闪故障24次，其中融冰闪络故障20次，覆冰（雪）闪络故障4次，涉及输电线路14条。特别是2010年2月12日10时至17时、3月1日12时至15时两个时间段，长治地区2站11条出线中的8条集中发生17次融冰闪络故障跳闸，严重影响了山西南部电网的安全运行。

1 冰闪故障原因统计分析

图1所示为受地区、气候等原因影响，发生24次冰闪故障的统计表。下面展开详细分析。

1.1 冰闪故障时的气象特点

如图1(a)所示，在24次故障中，有20次发生在下雪天气后融冰雪期，另有4次发生在低气温下区域性持续大雾、雨雪的气象条件。因此，在融冰雪气象条件下形成的绝缘子覆冰雪是发生冰闪的主要原因。

1.2 冰闪故障时间特点

如图1(b)所示，20次冰闪络故障均发生在2月至3月初的中午前后。山西全省此时正处于冬春交接时间段，平均气温为－7℃～5℃。一旦出现大范围降雪天气，极易发生凌晨覆冰、中午融冰。

图1 冰闪故障原因统计

4次覆冰（雪）闪络故障中有2次发生在3月中下旬，降雪天气减弱，降雨天气增多，但平均气温只有3℃左右，微气象区段铁塔极易遭受冻雨侵袭；还有2次发生在11月下旬，故障区域持续的大雪、大雾，导致V型绝缘子串雪凇及其表面冰凌的形成，在冰雪融化和低温大湿度条件下发生了沿面闪络。

1.3 冰闪故障杆塔地理位置特点

如图1(c)所示，24次冰闪络故障有19次发生在长治盆地内的潞城、屯留和长子等地。这些地区煤化工业发达，污秽较重（盐密值为0.231 mg/cm2，灰密值为1.10 mg/cm2，属于D级污秽区），西北东三面环山、南面开阔，大气污秽不易扩散。并且，地区处于华北富水区，雾多、湿度大，使绝缘子在覆冰融化时冰水电导率大大增加。

1.4 冰闪故障杆塔串形特点

如图1(d)所示，冰闪络共计发生24次，其中I串8次、II串14次，V串2次。发生在I串和II串的几率较大，占92%，其中双串绝缘子结构配置发生几率相对较高，约占67%，原因为该配置中的绝缘子串间电场分布相互影响，导致串间空气间隙电场畸变，其最低闪烙电压比单串低15%～20%；同时，故障绝缘子串复合（10次）、玻璃（10次）、瓷质（4次）绝缘子均有发生，说明绝缘子冰闪络是由冰凌桥接绝缘子串伞裙边缘引起的，与绝缘子本身的类型、材质无关。

一般地，V型绝缘子串一般不易发生冰闪，但2015年忻石线V串连续发生2次覆冰雪闪络故障，也充分证明绝缘子冰闪络是由于冰凌桥接绝缘子串伞裙边缘引起的，与绝缘子本身的类型、材质、串型无关。

1.5 冰闪故障杆塔塔形特点

如图1(e)所示，经统计分析，在24次故障跳闸中，除3次跳线绝缘子冰闪外，21次绝缘子冰闪全部发生在ZB塔的两边线绝缘子串。这是由于降雪时塔头上部大量积雪，同时绝缘子上表面以及导线挂点处均有积雪，形成了覆冰层。当气温回升后，塔头上部的积雪融化，顺着挂点斜材流向绝缘子串，使原冰柱逐渐延伸，将未覆冰的部分绝缘子短路。冰雪水混合物（表面水膜）导致覆冰绝缘子的闪络电压明显低于中相，引起绝缘子沿面闪络，造成故障跳闸。

2 防冰闪措施及成效分析

2.1 防冰闪措施

绝缘子串覆冰（融冰）闪络的主要原因是伞裙被冰凌桥接，致使有效爬距缩短，进而导致故障闪络。因此，采取措施阻隔冰凌桥接绝缘子可以提高覆冰（融冰）绝缘子的闪络电压，降低覆冰（融冰）的闪络几率。针对第1章山西电网冰闪故障的5个特点，防冰改造的重点是山西东南部的ZB塔的两边线绝缘子串及耐张塔引流串，具体改造措施为：

（1）I串绝缘子。玻璃（瓷）采用大盘径空气动力性绝缘子进行“3＋1”插花改造，同时保证盘径差不小于100 mm；复合绝缘子更换为特殊设计的防冰型复合绝缘子，阻隔冰凌桥接绝缘子；

（2）II串绝缘子。采用倒V改造，改善自洁性，阻止形成贯通水膜，重点解决双串间距过小、ZB塔塔形影响、电场相互影响导致冰闪电压较低的问题。但须注意大小号侧绝缘子串高差补偿；

（3）V串绝缘子。更换为特殊设计的防冰型复合绝缘子，阻隔冰凌桥接绝缘子；

（4）耐张塔引流串。玻璃（瓷）采用大盘径空气动力性绝缘子进行“3＋1”插花改造，同时保证盘径差不小于100 mm；复合绝缘子更换为特殊设计的防冰型复合绝缘子，并在横担侧加装大盘径空气动力性绝缘子，阻隔冰凌桥接绝缘子；

（5）玻璃（瓷）绝缘子。在防冰改造的同时，兼顾防污闪治理，全部喷涂PRTV涂料。

2.2 措施成效分析论证

经防冰改造，山西电网500 kV及以上输电线路冰闪故障跳闸率从2011年前的0.14次/(百千米·年)，降低到2015年的0.024次/(百千米·年)。

2.2.1 I串绝缘子插花改造

在I串瓷或玻璃悬垂绝缘子串上插花加装大盘径绝缘子（选择单片结构高度大的绝缘子，且保证绝缘子串冰闪耐受强度不小于70 kV/m），通过大绝缘子片隔断融冰水，使其形不成连续短接的冰凌。但从理论上说，当覆冰达到一定程度、绝缘子串被完全包覆以后，也会发生冰闪，但几率大幅度下降。

2.2.2 II串绝缘子倒V改造

将II串悬垂绝缘子串“倒V”布置，使绝缘子串倾斜，不仅能够增加绝缘子串的自洁性能，而且能够阻止形成贯通水膜，提高冰闪电压，具有良好的防冰效果。II串绝缘子自倒V改造后，均未发生冰凌桥接现象出现，但对导线线夹握着力有严格要求。

2.2.3 防冰闪复合绝缘子更换

复合绝缘子具有良好的憎水特性，使其防冰闪性能明显优于玻璃和瓷绝缘子。如采用大小伞花插、优化伞型结构的复合绝缘子，减少覆冰的桥接，适当地增加绝缘子的绝缘长度、提高绝缘子的冰闪电压。应注意尽量避免使用双伞型防污绝缘子，防止冰凌直接桥接，且这种措施改造简单、投资小。

2.2.4 大盘径绝缘子加装

与插花改造相似，隔断融冰水，使其形不成连续短接的冰凌。但理论上，当覆冰达到一定程度、绝缘子串被完全包覆以后，也会发生冰闪，但几率大幅度下降。

总之，山西电网输电线路在综合考虑各防冰闪措施的经济效能的同时，因地制宜，差异化采取插花改造、倒V改造、更换防冰闪复合绝缘子、加装大盘径绝缘子等措施，均有效提高了绝缘子串的冰闪电压，防冰改造成效显著，有效提高了特高压外送和山西东南部电网安全运行水平。

3 结束语

本文统计并分析了山西电网500 kV及以上输电线路冰闪故障的特点，提出并实施了插花改造、倒V改造、更换防冰闪复合绝缘子、加装大盘径绝缘子等针对性防冰改造措施。经过几年的挂网运行和现场监测，防冰改造后的杆塔绝缘子串在覆冰融化时，未形成贯通性的冰柱桥接，冰闪故障跳闸率降低了0.116次/(百千米·年)，防冰改造成效显著。

胡毅. 输电线路大范围冰害事故分析及对策[J]. 高电压技术,

[1]2005, 31(4): 14-15.胡毅. 输电线路运行故障的分析与防治[M]. 北京: 中国电力出

[2]版社, 2007.湖南省电力公司. 湖南省500 kV线路冰害分析报告[R]. 长沙:

[3]湖南省电力公司, 2005.蒋兴良, 易辉. 输电线路覆冰及防护[M]. 北京: 中国电力出版

[4]社, 2002.崔吉峰, 刘亚新. 输电线路绝缘子冰闪的成因分析和防范措施

[5][J]. 高电压技术, 2004, 30(5): 60-61.

Analysis and Evaluation on Characteristics of Icing Flashover Faults and its Transformation Effect——based on the Electric Transmission Line of ≥500 kV Power Grid in Shanxi Province

HE Peng-jie, LIANG Hao
(Maintenance Branch of State Grid Shanxi Electric Power Company, Taiyuan, Shanxi,030032, China)

In recent years, the main electric transmission line of Shanxi power grid has encountered flashover faults from icing and ice melting for many times, seriously affecting the normal operation of the power grid. The causes of icing flashover faults in the year 2009 ~ 2015 are analyzed statistically, and their respective measures are put forward. After the transformation, the trip rate from flashover faults reduces by more than 80%, which is remarkable, making great contributions to the safety and stability of the power grid in Shanxi province. Related countermeasures also have great reference values in the regions of similar climatic environment.

Electric Transmission Line; Icing Flashover Fault; Trip Rate; Floral Transformation; Inverted V Transformation; Anti Icing Flashover Composite Insulator; Large Plate Insulator

TM7

A

2095-8412 (2016) 06-1170-03

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.06.031

何鹏杰(1983-)，男，山西晋城人，2007年毕业湖北三峡大学输电线路工程专业，工程师。现从事输电线路技术管理工作。

E-mail: 332468594@qq.com

梁灏(1987-)，男，山西太原人，工程师。现从事技术监督管理工作。