输电线路因山火跳闸事故统计特性与识别分析

杨赫 徐溢卓 李宛阳

摘要：近年极端高温干旱氣候导致山火频繁发生，山火严重威胁到线路和电网的运行安全。为了提高输电线路在山火条件下运行维护与控制保护技术水平，结合220～500kV输电线路山火跳闸统计数据和火行为特性，分析输电线路因火跳闸规律和控制保护策略。

关键词：输电线路；山火；跳闸；特性；故障识别

本文以我国南方某省220～500kV输电线路因山火跳闸的统计数据为对象，结合山火的行为特性，分析了输电线路因山火跳闸特性，结合间隙在模拟山火条件下放电电流波形以及事故现场故障电流录波波形分析了输电线路在山火条件下放电电流的特性并探讨了基于山火条件下的预放电电流乖1故障电流识别山火跳闸故障的途径以及运行与控制方法，为输电线路在山火条件下的应急管理与控制保护提供参考。

一、山火事故多发的原因

西南地区是我国第二大林区，该地区是我国森林火灾频发地区，而云南省和贵州省等地区重大森林火灾则位居全国首位，这与当地的自然环境和社会政治经济等密切相关。而2009年和2010年输电线路因山火跳闸事故还与以下因素具有密切关系：一方面由于极端气候或异常的天气导致森林火灾频发；另一方面与线路走廊附近的植被管理缺少依据与规范有关。火灾多发与线路在山火条件下的绝缘性能薄弱共同导致了输电线路在山火条件下频繁发生跳闸事故。

二、输电线路山火跳闸重合闸特性

输电线路山火跳闸事故的重合闸成功率很低，并且低于雷电故障的重合闸成功率。重合闸是基于故障线路被跳开后，故障点的绝缘性能快速恢复，输电线路雷电跳闸后空气介质的绝缘性能随电弧熄灭而恢复，因而雷电故障重合闸的成功率高，而输电线路山火跳闸后，其温度和火焰高度等特性参数并不会发生明显减弱，因而线路的绝缘强度降低会持续一段时间。

三、输电线路山火故障识别与运行控制

输电线路因山火发生跳闸后，重合闸常常失败，即使重合闸成功后，因为山火燃烧还会持续一段时间，在此期间有可能发生多次跳闸和重合闸事件，对装置和系统带来较大的冲击。因而当输电线路附近发生山火时，巡视人员要及时对山火的情况进行监视并向调度人员汇报山火对线路绝缘的影响，以确定是否把线路退出运行或闭锁重合闸；待山火对线路绝缘没有威胁的情况下，及时恢复送电，减少停电时间，根据现有的统计数据表明9min后强送电都能成功。因而，若能根据故障跳闸行波的特点，识别跳闸事故是因为线路下方的山火导致，对于线路的控制与调度具有重要意义。

输电线路山火跳闸过程中故障电流与雷击和污闪放电具有明显的区别，表现为高阻性接地故障，因而根据故障电流的行波可以对山火故障进行识别。

输电线路在山火条件下的击穿机制与雷击、污闪和风偏有着本质的不同，表现为明显的热击穿特性。当火焰中出现大颗粒触发放电形成电弧，由于火焰中的炭黑和碱金属盐的热游离势很低，很容易形成高电导率的电弧，促进放电的发展，击穿电压发生剧烈下降。由于平均放电电压很低，根据对山火放电电流的测量，从放电起始到形成稳定电弧持续的时间一般在20ms以上，事故现场的故障电流波形也与该波形一致。因而输电线路山火故障电流的波形也是山火故障与其他故障不同的典型特性之一。

在山火接近输电线路的过程中因为火焰的高温和灰烬以及烟雾等颗粒的影响下会出现明显的预放电。测量火焰的电阻率9.09kΩ·m，但是在火焰间歇区，火焰电阻是稳定火焰区的100倍以上，因而在火焰以及颗粒接近导线的过程中会出现明显的预放电，随着预放电强度增加，间隙在火焰中的绝缘强度达到临界，就可能发展为稳定电弧阶段而发生击穿，如图3所示。根据500kV交流输电线路因火跳闸的事故现场数据，火焰完全包络导线，火焰高度16.7m，火焰底部半径在5m，火焰电阻为1.9kΩ，因而当火焰包络导线的过程中，可能出现152A左右的对地预放电电流，若不能形成稳定的电弧并不会导致线路跳闸，而线路在山火条件下的跳闸过程及电流录波也证实了这一。当输电线路下方出现山火时，在发生击穿前，预放电电流会持续很长一段时间。输电线路在山火下闪络的前期，由于火焰的烟雾与灰烬和高温等导致导线表面出现剧烈的电晕放电，文献对山火电晕放电的测量表明，其频谱特性较晴朗和雨天有明显的不同。根据文献试验表明，山火条件下的闪络是高温条件下的颗粒触发放电，因而在线路发生跳闸前存在明显的预放电电流，因而输电线路在山火条件下的预放电电流能为输电线路在山火条件下的故障识别提供一定依据。

综合以上分析，根据故障时电压和电流行波、气象条件干燥良好天气和预放电电流的特性能识别山火事故，结合山火的温度与时间特性，闭锁重合闸一段时间后，当山火通过线路走廊后再把线路投入运行。

四、结论

1.输电线路山火事故的统计数据分析表明，我国南方地区，每年的2月～3月期间是山火事故多发期。

2.输电线路因山火事故跳闸的重合闸成功率低，并且多次重合闸对电力设备和系统造成较大的冲击。

3.由于现有的输电线路重合闸没有考虑山火对线路绝缘的影响，山火导致线路停运的时间较长，220kV和500kV线路半个小时以上的停电事故分别占总停电事故的79%和64%。

4.220kV输电线路发生山火跳闸的位置在全线接近均匀分布，而500kV线路主要集中在杆塔附近和档距中间，因而对于500kV电压等级以上输电线路杆塔附近的区域是防山火的重点区域，而对于220kV及以下输电线路提升导线对地高度或加强线路走廊附近的植被控制是提高线路在山火条件下可靠性的有效措施。

基于山火故障时接地电弧动态电阻的动态特性以及故障前预放电电流以及电晕放电波形，可以识别山火跳闸故障，采取重合闸方式降低山火条件下重合闸失败给装置和系统带来的冲击。

参考文献：

[1]吴田，阮江军，胡毅等.500kV输电线路的山火击穿特性及机制研究[J].中国电机工程学报，2011，31（34）.

[2]吴田，胡毅，阮江军等.交流输电线路模型在山火条件下的击穿机理[J].高电压技术，2011，37（5）.