基于实际统计数据的输电线路防灾设计研究
2017-12-19中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司程远林
中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司 徐 鹏 程远林
基于实际统计数据的输电线路防灾设计研究
中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司 徐 鹏 程远林
输电线路是电能实现远距离输送的一个重要环节，它的安全稳定运行直接影响着电能的传送质量。然而，输电线路长期暴露在野外，线路灾害直接危害输电线路的运行。因此在输电线路设计中，防灾措施成为重要的组成部分。本文针对各种线路灾害，总结了一些防灾措施，对提高输电线路的安全运行起到积极作用。
输电线路；线路灾害
引言
输电线路受到外部环境变化，雷击、外力破坏、冰灾、鸟害、风偏闪络、舞动、污闪、地质灾害等自然灾害的影响，发生各种故障。
本文通过对湖南省电网2010-2014年线路灾害情况进行统计，分析湖南电网的线路灾害分布情况及灾害原因，针对线路灾害的特点，以及影响因素进行专门研究，提出在输电线路设计中各种防灾措施。
1.湖南电网灾害情况调查
1.1 湖南电网灾害分布情况
2010-2014年，国网湖南电力共计发生110千伏及以上架空输电线路故障1111次，详见图1.2-1。
图1.2-1 2010-2014年国网湖南电力110kV及以上架空输电线路故障统计图
表1.3-1 国网湖南电力220kV线路规划设计原因故障逐年统计表
1.2 架空输电线路灾害原因分析
国网湖南电力220千伏线路架空输电线路共计发生378次由规划设计原因导致的故障，其中雷击187次，占总体故障数量的49.47%；外力破坏123次，占总体故障数量的32.54%；鸟害27次，占总体故障数量的7.14%；冰害21次，占总体故障数量的5.56%；风偏闪络13次，占总体故障数量的3.44%；树竹放电4次，占总体故障数量的1.06%；污闪2次，占总体故障数量的0.53%；自然灾害1次，占总体故障数量的0.26%。见表1.3-1。
通过对五年中220千伏架空输电线路由规划设计原因引起的线路故障分析，湖南电网灾害主要由雷击、外力破坏、鸟害、冰害构成，在设计阶段如何避免此类灾害的发生对电网的安全运行具有重要的意义。
2.灾害成因及应对措施
2.1 防雷击
2.1.1 雷击对输电线路的危害
输电线路在受到雷击以后，会造成线路跳闸，绝缘子击穿、炸裂和灼伤，导地线断股甚至断线等严重事故。
图3.1-1 反击引起的闪络
图3.1-2 绕击引起的闪络
2.1.2 影响因素
雷击输电线路主要有：雷电活动强烈、地形条件、线路杆塔形式、土壤电阻率、防雷保护角、绝缘子片数、导地线型号
2.1.3 设计措施
对于线路防雷工作，应按照“层层设防，突出重点，因地制宜，兼顾财力”的原则进行，防止雷电波的侵入，提高线路的耐雷水平，避免或减少线路绝缘发生闪络，从根本上降低雷击跳闸率。
1)优化路径
在路经选择上，避开峡谷、水库、突兀山顶等易遭受雷击的不利地形。
2)降低接地电阻
在山区等土阻率较高的地段，可以通过换土、降阻剂、接地模块、离子接地极、铜覆钢接地体等方式有效降低接地电阻，提高线路的反击耐雷水平。
3)架设耦合地线
在导线下方或者地中敷设耦合地线能提高线路的反击耐雷水平，从而减少线路的反击跳闸率。
4)安装线路避雷器
线路型避雷器联连接于绝缘子串两端，是为了限制线路雷电过电压，提高线路耐雷水平，是降低雷击跳闸率专门设计的一种悬挂安装于输电杆塔上的装置。
5)可控避雷针
可控放电避雷针由针头、接地引下线、接地装置构成一套保护系统。有效避免被保护对象的雷击。
6)防绕击避雷针
通过在架空地线上合理装设防绕击避雷针，相当于将地线外移，有利于改善避雷线保护角。同时采用独特的阻尼式防振环结构，重量轻，对地线(或OPGW光缆)的振动具有良好的阻尼抑制作用，还能使OPGW光缆免遭雷击断股。
2.2 防外力破坏
2.2.1 外力破坏对输电线路的影响
从湖南电网故障统计可知，外力破坏占26.19%是湖南电网的主要灾害。外力破坏主要包含山火、人为破坏(吊车碰撞等)、异物短路等。
2.2.2 影响因素
1)生态环境改善、林区面积显著增加，山区线路不可避免长距离跨越林区。
2)湖南农村地区流行土葬，线路难以避免需跨越坟区，每年清明时节的祭祀活动期间是山火的易发季节。
3)局部线路接近人员密集区，设施偷盗、恶意破坏以及线路附近的不文明施工容易造成线路的外力破坏故障。
2.2.3 设计措施
1)选线时尽量避开外力破坏易发区域如素菜大鹏区域、坟区、密集林区，避免不了时对大鹏等采用加固措施并适当提高线路对地距离。
2)安装输电线路防山火监测装置，实现现场监测数据和视频实时采集，确保及时发现、定位突发山火。
3)实行通道属地化联防管理，强化管控外力破坏隐患造成的故障，降低线路运行风险。
4)依托高科技手段，实时监控外力破坏隐患
利用输电线路通道在线监测系统，以移动式现场监控单元为主体，以集中式数据监控中心为平台，实现对多个站点的通道状况进行远程视频监视、现场语音告警等功能，达到对辖区内线路重要外部隐患点实时监控的目的，有力地保障了输电线路在日益恶劣的外部环境下的安全运行。
2.3 防冰灾
2.3.1 覆冰对输电线路的危害
输电线路覆冰和积雪常会引起线路的跳闸、断线、倒杆、导线舞动、绝缘子闪络和通信中断等事故。
图3.3-1 覆冰倒塔
图3.3-2 线路间隔棒损坏
2.3.2 影响因素
影响导线覆冰的因素有很多，主要有气象条件、地形及地理条件、海拔高程、凝结高度、导线悬挂高度、导线直径、导线扭转性能、风速风向、水滴直径、电场强度及负荷电流等。
2.3.3 设计措施
电网冰害整体解决方案是指综合考虑“抗、防、融、除”等技术措施，系统应对电网冰害的综合解决方案。“抗”指通过提高强度设计，提升抵御覆冰载荷的能力，包括提高结构设计等级、采用新型抗冰材料、冰区划分和覆冰区电网规划设计等；“防”指使用抑制覆冰生成及生长的技术、消除或降低冰害影响，包括冰情监测和预警、冰灾后输变电设备状态评估和恢复等方法；“融”指通过提供附加热能等手段将覆冰融化，达到消除冰害的目的；“除”指利用机械手段，去除覆冰的技术。线路防冰设计措施如下：
1)优化路径
路经选择时尽量避开覆冰严重区域。
2)合理布置塔位
合理布置塔位，减少大档距、大小档、大高差的情况，减少线路不平衡张力，提高线路运行安全可靠性。
3)缩短耐张段长度
缩短耐张段长度可有效控制事故范围，缩短抢修时间。
4)加强杆塔强度
在不均匀覆冰工况下，同时考虑导地线不平衡张力的荷载组合，增大杆塔的纵向抗冰能力。
5)采用V串或倒V串防冰闪
绝缘子串防冰闪措施主要有两种：V串(或倒V串)悬挂形式和空气动力型绝缘子插花形式。
2.4 防鸟害
2.4.1 鸟害对输电线路的危害
1)鸟类在筑巢的过程中，筑巢物可能会落在横担与导线之间，或者落在绝缘子串使绝缘子短接。从而引起线路跳闸。
2)大体型鸟类排泄的稀粪会造成导线对横担放电、绝缘子闪络等，称为鸟粪闪络。
3)由于某些鸟类啄食复合绝缘子，降低了复合绝缘子的安全性，极易被击穿，发生闪络事故。
2.4.2 影响因素
1)由于低矮树木不宜筑巢，因此有足够的高度、具有高稳性的线路杆塔就成为鸟类筑巢的最佳选择了。
2)随着经济的不断发展，用电量的增加，电网建设逐年扩大。线路设备增加可以说外围环境变化的因素促使鸟类更多地依赖在具有足够高度和高稳定的杆塔上。
2.4.3 设计措施
1)防鸟刺
这种装置能有效地防止体形较大的鸟类在悬垂串横担位置停留歇息，能长期经受野外雨、雪、霜、尘的侵蚀，具有长期的驱鸟效果。
2)声光驱鸟器
通过外界风力驱动风叶转动，安装在叶片上的反光镜及哨子发出声响并变化光束，从而将鸟群吓跑。但伴随驱鸟器在野外长期的裸露．将会遭受自然界雨、雪、霜、尘的不断侵蚀，其反光、哨声和转动功能就会不断下降，随之驱鸟功能也会下降。
3)防鸟拉线
这种措施是利用铁丝或钢绞线在直线杆塔横担上，通过地线支架作为固定点．打成“V”或“X”形状拉线，以阻止鸟类在横担中部停留，从而达到防鸟害效果。但铁丝锈蚀段落，极易造成线路接地跳闸，具有较大安全运行风险。
4)安装防鸟挡板
该装置挡板安装在绝缘子上面，当鸟类在横担上排便时，鸟粪落在挡板上，避免绝缘子串受到污秽。从运用经验看该方法效果明显，能够有效避免绝缘子串鸟粪堆积造成污闪事故。
3.结束语
1）本文通过数据统计，分析了湖南电网线路灾害的主要构成。
2）介绍了各种线路灾害对电网产生的危害，以及分析了灾害的影响因素。
3）针对湖南电网主要的线路灾害，提出了在线路设计阶段的防灾措施。
[1]GB 50545-2010 110kV～750kV架空输电线路设计规范.
[2]张殿生.电力工程高压送电线路设计手册(第二版)[M].中国电力出版社,2002.
徐鹏（1978—），男，汉，湖南长沙人，工学硕士，工程师，从事高压线路设计。
