山西电网500 kV架空输电线路抗冰能力复核及防治措施研究

刘 宏，王志利，王天正（.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 03000；.国网山西省电力公司，山西 太原 03000）

山西电网500 kV架空输电线路抗冰能力复核及防治措施研究

刘 宏1，王志利2，王天正1
（1.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001；2.国网山西省电力公司，山西 太原 030001）

输电线路覆冰故障一直是困扰电网安全稳定运行的重要影响因素。2015年，山西电网共经历3次大面积冰冻雨雪天气，造成500 kV输电线路跳闸数10条次，导致部分电厂外送通道中断。为全面梳理电网薄弱环节，以山西电网覆冰故障线路为分析样本，重新进行线路抗冰能力复核，并对不满足要求的线路提出改造措施，极大地提高了电网整体抗冰能力。

输电线路；覆冰；复核计算；改造措施

0 引言

输电线路覆冰故障一直是困扰电网安全稳定运行的重要影响因素，由于冰害跳闸重合成功率较低，根据国家电网公司2008年—2015年统计结果，冰害造成的故障停运占比高达到32.6%，是除外力破坏之外导致线路故障停运的主要原因[1]。例如，2008年初，我国南方地区出现50年一遇的大范围持续低温雨雪冰冻天气。华中地区的国网湖南、江西、湖北、河南、四川、重庆电力，华东地区的国网浙江、福建、安徽、江苏电力设施毁损严重。其中，国网湖南、江西、浙江电力受灾最为严重，造成大面积倒杆（塔） 断线，局部电网遭到毁灭性破坏。500 kV线路倒塔506基，受损杆塔142基，断线799处，不仅造成恶劣的社会影响，而且带来巨大的经济损失。

目前，我国已基本形成以500 kV输电线路为骨干网架的坚强电网。由于500 kV线路承担了特高压交、直流输电功率的汇集、分散作用，对区域电网乃至特高压电网至关重要。

1 线路覆冰故障特点

a）山西电网500 kV输电线路冰灾故障主要是覆冰舞动、导地线覆冰闪络（地线断股断线）、绝缘子覆冰（雪）闪络、脱冰跳跃闪络等4种类型。

b）紧凑型线路V型绝缘子串覆冰闪络在山西省尚属首次。

c）紧凑型线路和同塔双回输电线路线间距离偏小，不满足中重冰区线路脱冰跳跃、导地线覆冰后净空距离的要求。

d） 山西北部线路易覆冰期温度－10～－5℃，南部线路易覆冰期温度－5～2℃；北部线路气温低，融冰缓慢，覆冰较重，较少在融冰时发生脱冰跳跃闪络，应重点复核导地线覆冰接近距离；中南部线路气温高，融冰较快，覆冰较轻，较少发生覆冰导地线间接近后闪络，应重点复核融冰时脱冰跳跃距离。

e）部分线路覆冰厚度超过设计标准，造成杆塔受损和地线断线。

2 抗冰复核原则

经统计，国网山西省电力公司500 kV线路发生故障线路的塔型为紧凑型单回路和常规型双回路。根据《重覆冰架空输电线路设计技术规程》（DLT5440—2009） 第10.0.1规定：导线与导线（地线） 静态接近距离不应小于操作过电压间隙值，动态接近距离不应小于工频电压的间隙值，如表1所示。

表1 500 kV线路导线相间、导地线间最小间隙值 m

紧凑型线路上下相导线覆冰后弧垂、相间导线风偏方向一致，上下相导线间净空距离基本不变（约6.7 m），不需复核覆冰接近闪络距离[2]。

表2 紧凑型线路复核项目

同塔双回路相间导线覆冰后弧垂一致，故不需复核导线相间覆冰接近闪络距离。

表3 同塔双回路复核项目

3 故障线路抗冰复核情况

目前，500 kV线路作为山西电网的主网架结构，对电网安全稳定运行发挥着重要作用。本文针对2015年所发生的多起500 kV输电线路覆冰故障，从导地线覆冰过载、覆冰距离不足、不平衡张力差过大、脱冰跳跃引发闪络、紧凑型线路舞动和绝缘子冰闪等6个方面对重要故障线路进行逐一计算分析，从而找出现有线路薄弱环节。

3.1 导地线覆冰过载复核

3.1.1 复核线路及范围

500 kV轩忻双回线、左潞双回线、忻石三回线、府忻二线导地线及光纤复合架空地线OPGW（optical fiber composite overhead ground wire）。

3.1.2 复核工况

原线路设计条件为V=30 m/s、C=10 mm、t=－5℃；复核条件为V=15 m/s、t=－5℃。

3.1.3 复核结果

经各故障线路覆冰区段进行复核，仅500 kV轩忻双回线15号—25号导线、OPGW光缆过载能力不足，其余线路区段均满足要求。

3.2 导地线覆冰距离复核

3.2.1 复核线路及范围

500 kV忻石三回线故障区段途经地形由平丘变为山区，平均海拔高度由800 m变为1 300 m。其中130号—143号导线跨越系舟山分水岭，且地形分布较大山洪沟。经对故障原因、实际冰厚、线路走向、地形地貌、海拔高差等进行综合分析，确定复核范围123号—159号导线。

3.2.2 复核工况

覆冰距离复核工况：导线覆冰20 mm，地线覆冰25 mm，风速10 m/s。验算导、地线覆冰后的净空距离，找出不满足操作过电压间隙值的挡距作为改造区段。

3.2.3 复核结果

根据《重覆冰架空输电线路设计技术规程》（DL/T 5440—2009） 第10.0.4条，静态接近距离不应小于操作过电压的间隙值2.7 m。根据线路故障巡视结果，现场没有发现地线滑移的情况，故不考虑其影响[3]。经复核导地线覆冰后距离不满足要求的平均挡距为730 m，共有45挡距不满足要求。

3.3 导地线不平衡张力复核

3.3.1 复核线路及范围

500 kV轩忻双回线故障区段处于轩岗云中山连续上山区段，地形分布于大山洪沟，起伏较大，大部分塔基为孤山梁，顺线路方向地形陡峭，线路海拔高度由1 300 m变为1 923 m。经对故障原因、实际冰厚、线路走向、地形地貌、海拔高差等进行综合分析，确定复核范围为7号—25号导线。

3.3.2 复核工况

依据《重覆冰架空输电线路设计技术规程》（DL/T 5440—2009），对导地线断线张力和不均匀覆冰纵向张力进行复核，复核工况导线覆冰25 mm，地线覆冰30 mm，脱冰率50%、75%。

3.3.3 复核结果

a）经对5EG-SZC2、5EG-SJC2两种常用塔型在新旧规程设计条件下进行杆塔荷载校验[4]，应力百分比接近1.5的杆件主要集中在直线塔、耐张塔横担主材等处。

b）经对导、地线（含OPGW）不均匀覆冰纵向张力进行验算，按照脱冰率75%进行分析如下。导线不均匀覆冰纵向张力差：耐张塔相导线最小张力差84 760.8 N（13号、5EG-SJC1-30），最大张力差85 493.5 N（17号、5EG-SJC1-30）；直线塔相导线最小张力差3 503.3 N（18号、5EGSZC3-51），最大张力差69 236.2 N（23号、5EGSZC4-51）。

OPGW光缆不均匀覆冰纵向张力差：耐张塔OPGW最小张力差20 720 N（13号、5EG-SJC1-30），最大张力差20 926.9 N（17号、5EG-SJC1-30）；直线塔OPGW最小张力差5 709.9 N（21号、5EG-SZC2-36），最大张力差20 491 N（23号、5EG-SZC4-51）。

3.4 脱冰跳跃复核

500 kV左潞双回线全线197挡；500 kV轩忻双回线易覆冰区7号—25号18挡。

3.4.2 复核工况

导线LGJ-400/35、覆冰15 mm、导线脱冰率50%，且下相导线脱冰，其他相导线和地线不脱冰。复核塔型为5EG-SZC4，塔结构尺寸，中下相导线垂直间距10.85 m、水平偏移1.7 m；导线采用4分裂，分裂间距为0.45 m。

3.4.3 复核结果

根据《110～750 kV架空输电线路设计规范》（GB 50545—2010），对导线与地线、不同相导线间的最小间隙在工频过电压和操作过电压下分别进行修正。修正后导线相间的工频电压空气间隙值不小于2.4 m，考虑子导线分裂间距间隙取值3 m。

按照导线脱冰跳跃经验计算公式[5]，组合导线参数和气象条件，计算了脱冰挡距在200～1 200 m的跳跃幅值。经过排查，左潞双回线共有42挡、轩忻双回线覆冰区共有5挡超过550 m，存在脱冰跳跃闪络隐患。

3.5 紧凑型线路防舞动复核

3.5.1 复核线路及范围

500 kV府忻二线易舞区212号—391号（档距400～600 m）区段。

“新时代”催生“新任务”，在新时代背景下，为主动适应市场竞争，传统专业在人才培养目标、核心课程设置、实验实训课程等方面必然有内在的“新要求”和改革内涵。为进一步说明专业综合改革和发展内涵，本文以安徽财经大学财政学专业为例展开分析。

3.5.2 复核依据

500 kV府忻二线东西走向，与冬季导风向较小。投运以来共发生覆冰舞动跳闸2次。已对超过600 m挡距安装相间间隔棒333支，600 m及以下挡距未采取防舞动措施。本次府忻二线故障挡距496 m，故对府忻二线400～600 m挡距相间间隔棒安装情况进行排查。

3.5.3 复核结果

500 kV府忻二线需加装相间间隔棒共计68挡、408支。

3.6 绝缘子冰（雪）闪复核

3.6.1 复核线路及范围

500 kV忻石三回线124号—148号区段，与复核导地线覆冰后距离线路范围一致，均位于忻州系舟山瓦扎坪区段。

3.6.2 复核依据

冰灾故障杆塔附近的污秽水平基本保持在正常水平，污秽等级大多为c，d级，并没有出现大幅度提升，导致500 kV输电线路故障的主要原因是桥接度严重的覆冰融化。

3.6.3 复核结果

500 kV忻石三回线需对53基、232串普通复合绝缘子（大伞径160 mm）更换为防冰闪复合绝缘子（大伞径300 mm）。

4 线路抗冰改造措施

a）对覆冰倒塔断线或覆冰严重的故障段，以观冰数据为依据，按照冰区图分界点上限值进行改造。如果现场观冰数据严重超过冰区图上限值，建议重新修订冰区图，再进行抗冰改造设计。

b）对重冰区已发生覆冰（雪）闪络的V串复合绝缘子，采用防冰闪复合绝缘子进行改造；重冰区与重污区叠加区域线路外绝缘配置宜采用合成化瓷质或玻璃绝缘子，并遵循微气象区域加强外绝缘抗冰设计原则。

c）对因架空地线、OPGW光缆严重覆冰引起弧垂下降，导致导地线净空距离不足跳闸的区段，采取紧凑改常规、增加地线支架水平偏移、提高地线金具强度和握着力等综合措施进行改造。

d）对发生相间导线脱冰跳跃的故障段，采取双回路改单回路、局部缩小挡距、安装相间隔棒等方式改造。重冰区塔位设计应尽量避免大小挡、大高差、大挡距，无法避免时，应减少耐张段长度或采取独立耐张段。宜采用预绞丝护线条保护导线，以减少脱冰跳跃对导线造成损伤。

e）当重冰区直线塔两侧挡距比大于等于2.5倍，且挡距超过600 m时，经校验不平衡张力不满足时，采取大挡距侧增加杆塔或更换加强型塔的方式进行改造。

d） 紧凑型线路应采取差异化防舞动改造措施。根据《紧凑型输电线路反事故措施》 （国家电网运检 [2012]1658号） 关于加装线路相间间隔棒的规定，为增加紧凑型线路导线防舞动能力，可针对挡距为400 m至600 m之间的导线加装2组6支相间间隔棒（分别在1/3L和2/3L处），如图1所示。

图1 紧凑型线路相间间隔棒安装位置示意图

f）对重冰区、舞动区、大挡距区段，直线塔单侧高差角大于16°时，导地线悬垂线夹进行双线夹改造；OPGW光缆金具应采用包箍外再加上U形钢（或铝合金）组成预交式悬垂线夹。

5 结论

2015 年山西电网遭受的3次大面积冰冻雨雪天气，导地线覆冰过载复核、导地线覆冰距离复核、导地线不平衡张力复核、脱冰跳跃复核、紧凑型线路防舞动复核以及绝缘子冰（雪） 闪复核等6个方面对重要故障线路进行重新抗冰计算，对不满足抗冰能力的线路区段提出相应的改造措施，能极大提高线路本体抗冰能力。涉及的抗冰复核方法可为中重冰区线路设计和线路覆冰故障分析提供有力的参考依据。

[1]王建城，苏盛，盛小勇，等.输电线路多年一遇极值覆冰估计方法适用性分析 [J].电网技术，2015(09)：260-266.

[2]J.V.C.Vargas,A.Bejan,A.Doborvicescu.The melting ofan ice shell on a heated horizontal cylinder.Transaction of the ASEM [J].Journal of heat Transfer，2012(06)：125-129.

[3]姚陈果，张磊，李成祥，等.基于力学分析和弧垂测量的导线覆冰厚度测量方法 [J].高电压技术，2013(05)：185-190.

[4]阳林，郝艳捧，黎卫国，等.架空输电线路在线监测覆冰力学计算模型 [J].中国电机工程学报，2010(19)：100-105.

[5]蒋兴良，常恒，胡建林，等.输电线路综合荷载等值覆冰厚度预测与试验研究 [J].中国电机工程学报，2013(10)：206-212.

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

刘 宏（1987），男，山西吕梁人，2012年毕业于华北电力大学电力系统及其自动化专业，工程师，从事电网设备状态信息管理和在线监测系统研究工作；

王志利（1982），男，山西大同人，高级工程师，2016年毕业于武汉大学电气工程及其自动化专业，从事高压输电线路运维管理工作；

王天正（1965），男，山西大同人，1988年毕业于太原理工大学高电压专业，高级工程师，从事输变电设备状态评价和技术管理工作。