宁波电网输电线路冰灾故障分析和应对

2017-04-13张建

电力安全技术 2017年4期

关键词：断线杆塔绝缘子

张建

(国网浙江省电力公司宁波供电公司，浙江宁波 315016)

宁波电网输电线路冰灾故障分析和应对

张建

(国网浙江省电力公司宁波供电公司，浙江宁波 315016)

防控、消除输电线路冰灾，事关电网的安全稳定运行。通过吸取近年来抗击冰灾的经验教训，分析了冰灾故障的分类和特点，提出了冰灾的应对方式，并从运行的角度提出了抗击冰灾的应对措施，为输电线路冰雪天气安全稳定运行提供保障。

输电线路；冰灾故障；杆塔变形；绝缘子；覆冰

0 引言

2008年、2013年浙江电网分别经历了2次冰冻灾害，造成多条线路发生不同程度的倒塔、杆塔变形、导地线断线(掉线)、绝缘闪络等事故，导致线路停运，给主网可靠运行带来了很大的影响。2008年冰灾持续20多天，浙江省多个海拔较高的山区均发生线路冰灾事故；2013年冰灾只持续了5天，受损线路集中在宁波地区。

1 冰灾故障分类

从已发生的故障状况来看，冰灾故障主要是由覆冰导致输电线路设备机械过荷载和电气性能下降引起的，分为杆塔变形折损、导地线断线、绝缘子覆冰闪络、导地线距离不足、不均匀脱冰跳跃、导线覆冰舞动等类型，不同故障保护动作情况也不相同(以下分析均以中性点直接接地系统线路重合闸装置在运为前提)。

1.1 杆塔变形折损故障

杆塔变形折损的主要原因为:由于受杆塔导地线、金具严重覆冰影响，垂直荷载急剧增加；另外，随着导线覆冰厚度的增加，作用于杆塔的水平荷载也成倍增长，当作用于杆塔的综合荷载超出杆塔的承受能力时，就会造成杆塔变形折损。此类故障一般表现为单相接地故障，重合失败，强送不成，特别容易发生在高海拔地区大档距、大高差及风口区域的杆塔。

1.2 导地线断线故障

导地线覆冰后，承受的应力增加，当应力超出导地线的机械强度时，发生断线故障；或导地线覆冰后，在适宜的风力激励下容易在线夹出口附近发生高频振动，造成疲劳损伤断线。对于导线垂直排列的线路，此类故障一般表现为单相故障后引发相邻相故障，重合失败，强送不成。由于发生断线故障的杆塔的周边环境与杆塔变形折损故障类似，因此当导线在不平衡张力和断线冲击荷载的作用下发生断线故障时，往往会造成杆塔变形折损。

1.3 绝缘子覆冰闪络故障

绝缘子串覆冰后，泄漏距离缩短，耐压强度降低。在气温升高过程中覆冰缓慢融化，融冰水携带绝缘子表面的污秽物沿表面形成连续导电水膜，引起沿绝缘子表面的闪络故障。此类故障一般表现为单相接地故障，大多重合成功，在短时间三相均有发生，一般发生在气温升幅较高的时间段，多发于直线塔“I”型盘式绝缘子串。

1.4 导地线距离不足故障

受导线负荷电流作用，运行中导线温度比地线温度高，地线覆冰厚度比导线大，地线弧垂，特别是OPGW(Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，光纤复合架空地线)增量明显大于导线，导致导地线之间的距离不足而引起放电。此类故障为单相故障，重合失败，强送情况与地线放电后脱冰程度相关，多发于大档距线路。

1.5 不均匀脱冰跳跃故障

线路覆冰后，随着气温的升高，导线上的覆冰开始脱落。受导线实际脱冰不均匀性和随机性的影响，在脱冰过程中导线容易发生跳跃，在导线垂直排列的线路中，较易发生相间距离不足放电故障。此类故障一般为相间故障，重合情况与线路保护装置设定有关(如多数220 kV线路设置为相间故障不重合)，大多强送成功。此类故障多发生在冰灾后期的自然融冰阶段，所有覆冰线路上都易发生，往往同一区域会有多条线路相继发生。

1.6 导线覆冰舞动故障

在导线轻微覆冰后，由于覆冰沿导地线分布的不规则性，在稳定横向风力作用下，一般在风速为4—25 m/s时，会产生频率较低、幅度较大的振动。由于各相间振动存在不同步性，从而发生相间距离不足放电故障。此类故障为相间故障，重合情况与线路保护装置设定有关，大多强送成功。由于其故障点位于线路档距中央导线上，故障查找难度较大。

2 冰灾故障应对方式

输电线路的雨雪冰冻灾害，主要由恶劣气候影响导致。2008年和2013年发生雨雪冰冻灾害前，宁波平原地区都有明显降雪，高海拔山区较平原地区积雪大，且雪后山区气温持续维持在0 ℃以下，空气湿度高，有利于线路覆冰的生成。2013年冰灾发展极为快速，从开始下雪到线路故障跳闸只隔了2天，这与该段时间线路故障区域内风速较大且风向稳定(与线路路径夹角大于等于45°)及雨夹雪天气有很大的关系。

线路冰灾是一个逐渐发展的过程，提高冰灾故障的预见性，形成预警、预防、预控机制，能有效减轻和避免冰灾对电网的影响。

为提高对线路雨雪冰冻灾害的反应能力，线路运维单位可在雨雪冰冻前期利用气象信息、运行经验、线路所处地理位置、线路海拔高度、冰区图、在线监测设备等信息，综合判断线路运行状况。密切关注气象部门提供的线路相关区域天气状况、降雨、降雪量等信息，利用在线监测装置实测的温度、湿度、风速、风向数据分析线路覆冰生成条件，为雨雪冰冻预警和线路特殊巡视提供可靠的决策依据。目前，宁波电网已完成了所辖中、重冰区线路覆冰在线监测系统装置的布点安装工作。该系统能实际反应安装杆塔绝缘子串拉力、倾斜角数据及图像资料，可作为南方低能见度区域线路巡视的辅助手段。根据线路巡视结果，针对性地采用融冰装置、除冰装置、负荷调控等手段，减轻和消除线路覆冰，从而达到减灾目的。

线路发生冰灾故障跳闸后，技术部门应组织分析故障测距信息、保护动作情况、故障波形表现等，初步判断故障原因及故障杆段，从而为缩小现场巡视范围提供可靠技术支撑，使现场巡视更加具有针对性，提高故障巡视效率。在现场巡视过程中，应注重现场数据收集的准确性，对各故障、受损位置(如放电点、导地线断口、断点)等进行图像数据采集，对脱落到地面较为完整的导地线覆冰长度、直径、重量进行详细记录，为后续故障分析及观冰数据积累提供直接依据。

线路故障抢修应以尽快恢复线路运行条件为目标，按线路重要等级及故障修复的难易程度安排恢复，从而保证主网的稳定性和可靠性。

3 抗冰措施

2008年全国发生大范围电网冰灾故障后，国网浙江省电力公司严格按照国家电网公司电网差异化规划设计指导意见进行复校复核，对所有冰灾线路进行了优化补强。宁波电网已于2009年完成了全部冰灾线路的改造工作，通过局部增设加强型耐张塔、改造直线塔、更换导地线、更换金具等手段，达到整体线路优化补强的目的，使运行线路抗冰能力有了很大的提升。在2013年冰灾中，宁波电网未发生倒塔事故，但发生了断线、横担折损等故障，说明抗冰改造还是存在薄弱点，需进一步改进和完善线路抗冰措施，具体如下。

3.1 加强线路在线监测装置布点安装及运维工作

线路在线监测装置能有效监测线路运行的各种参数数据，分析线路覆冰情况，为抗冰工作提供可靠预警，因此提高在线监测装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、除冰装置

融冰、除冰是消除线路覆冰的最直接手段，电网管理单位应对中、重冰区线路对应的变电站内设备进行改造，实现融冰、除冰装置的快速接入；配备移动式线路融冰、除冰装置，提高融冰、除冰手段的机动灵活性。

3.3 杆塔局部补强

2008年冰灾以后，设计部门加强了杆塔强度的设计，但2013年冰灾中还是发生了杆塔横担折损现象。这说明杆塔部分构件仍存在强度不足问题，需加强对杆塔横担的补强措施。

3.4 改善导地线配合设计

2013年冰灾中，因为架空地线，特别是OPGW光缆地线覆冰后弧垂增量远远大于导线弧垂增量，造成了线路停运。改善导地线配合设计，能避免此类故障的发生，如：提高地线支架强度和高度；适当提高地线覆冰厚度的取值；改变OPGW选型原则；增大导地线间和相邻导线间的水平位移等。另外，导地线覆冰后，现有防振设施的防振效果仍显不足，建议改进中、重冰区风口区域的线路防振设计。

3.5 采用“V”型绝缘子串

“V”型绝缘子串能有效改善杆塔横担的受力情况，提高横担的受力能力。运行经验证明，复合绝缘子的防覆冰闪络性能明显优于盘式绝缘子，建议在中、重冰区直线塔采用“V”型复合绝缘子串。

3.6 特殊区域路径改迁和优化改造

对位于覆冰厚度20 mm及以上的重冰区线路，应进行路径改道，尽量降低线路的平均海拔，以降低覆冰厚度。路径受限制地区，重要线路应按重冰区线路设计。一般线路可通过耐张段塔的合理布置，以有效减少导地线覆冰时直线塔不平衡张力的产生条件，或因地制宜布置加强的直线塔。