500千伏巴青1线、巴青2线因导线积雪和覆冰的脱落造成故障跳闸的分析

李波平

摘 要： 本文对导线积雪、覆冰、脱落造成故障及跳闸线路的基本情况进行了分析，并给出了应对措施。

关键词： 导线积雪 覆冰 故障分析

一、500千伏巴青1线基本情况及舞动地段基本情况

1.巴青1线基本情况。500千伏巴青1线起于500千伏巴林变电站，止于500千伏青山变电站，线路亘长172.161公里，全线为单回路，共有杆塔396基，直线塔均为紧凑型塔，导线采用六分裂，子导线型号为LGJ-300/40钢芯铝绞线，三相导线采用两上一下呈三角形排列，相间中心点距离约为7米，净距离为6.25米。六分裂导线子导线距离为375mm。地线型号：线路前进左侧为LBGJ-150-40AC铝包钢绞线、GJ-80镀锌钢绞线；右侧为24芯OPGW光缆。绝缘子：悬垂串为FXBW-500/210、FXBW-500/300、FXBW-500/300A、FXBW-500/100合成绝缘子，耐张串为FC300/195玻璃绝缘子，出口耐张绝缘子型号为XWP2-160。设计气象条件为：最低气温-40℃、平均气温-5℃、最大风速34m/s、导线覆冰厚度10mm、地线覆冰厚度15mm。塔头最小空气间隙值：相对相5.2米；相对地3.7米。

2.舞动地段基本情况。区段：385#～396#塔之间，其中384#～394#为一个耐张段，长度为3994米；394#～396#为一个耐张段，长度为562米；该区段最大档距562米（387#～388#）。地形：山坡上（由元宝山地区的平地向哈拉布图丘陵过渡的山坡上）。

二、500千伏巴青2线基本情况及舞动地段基本情况

1.巴青2线基本情况。500千伏巴青1线起于500千伏巴林变电站，止于500千伏青山变电站，线路亘长172.099公里，全线为单回路，共有杆塔401基，直线塔均为紧凑型塔，导线采用六分裂，子导线型号为LGJ-300/40钢芯铝绞线，三相导线采用两上一下呈三角形排列，相间中心点距离约为7米，净距离为6.25米（相对相最小间距为5.2米）。六分裂导线子导线距离为375mm。地线型号：线路前进左侧为LBGJ-150-40AC铝包钢绞线、GJ-80镀锌钢绞线；右侧为24芯OPGW光缆。绝缘子：悬垂串为FXBW-500/210、FXBW-500/300、FXBW-500/300A、FXBW-500/100合成绝缘子，耐张串为FC300/195玻璃绝缘子，出口耐张绝缘子型号为XWP2-160.设计气象条件为：最低气温-40℃、平均气温-5℃、最大风速34m/s、导线覆冰厚度10mm、地线覆冰厚度15mm。塔头最小空气间隙值：相对相5.2米；相对地3.7米。

2.舞动地段基本情况。区段：385#～396#塔之间，其中384#～394#为一个耐张段，长度为3994米；394#～396#为一个耐张段，长度为562米；该区段最大档距562米（387#～388#）。地形：山坡上。

三、故障发生情况

赤峰地区普降大雪，造成电力线路积雪和覆冰。2012年11月04日00时43分，500千伏巴青1号两侧双套纵联保护动作，BC相故障重合闸闭锁未动作，故障测距为距离青山站1.85公里，01时51分强送成功，01时56分再次跳闸，保护动作情况相同，02时37分强送不成功。现场巡线查明：500千伏青山变电站附近导线剧烈舞动；巴青2线175号导线引流线舞动严重；巴青2线间距398号约100米发现相间火光，并伴随爆炸声，397#～398#挡间导线舞动十分剧烈。此时500千伏巴青2线线路两侧两套纵联保护动作，线路两侧开关跳闸。巴青1、2线已分别跳闸2次，于是决定分组对巴青2线397#～398#重点地段进行实时监测，派人进行24小时看守。截至13时，巴青1、2线强送后又相继发生跳闸，于是暂不对500千伏巴青1、2线进行强送。11月5日，故障段导线舞动减弱，巴青2线于11时30分送电成功。

四、11月4日500千伏巴青1线、巴青2线故障跳闸统计及原因

4日00：43：500千伏。巴青#1线线路两侧两套纵联保护动作，线路两侧开关跳闸，故障测距青山变1.85km。01：51强送成功。4日01：56：500千伏。巴青#1线线路两侧两套纵联保护动作，线路两侧开关跳闸，02：37强送不成功。4日07：21：500千伏。巴青#2线线路两侧两套纵联保护动作，线路两侧开关跳闸，故障测距青山变1.4km。07：58强送成功。4日09：32：500千伏。巴青#2线线路两侧两套纵联保护动作，线路两侧开关跳闸，11：45强送成功。4日12：05：500千伏。巴青#2线线路两侧两套纵联保护动作，线路两侧开关跳闸。4日12：34：青山变500千伏。巴青#1线强送成功。12：38青山变侧两套纵联保护动作，开关跳闸。

五、故障原因分析

为了便于分析，假定在A、B两点间（档距为L）悬挂如下图中实线所表示的弛度为f的导线。当导线上有积雪和覆冰而使导线弛度从f增大到f+△f■，并形成图中点画线的形状。

假如积雪和覆冰慢慢地脱落，导线就应当平稳地恢复到原来的位置。但是如果积雪和覆冰突然大量脱落，导线就会在积雪和覆冰作用下向上冲击，而弛度将以f+△f■，越过f减少到f-△f■（即图中的虚线位置）。由于导线的位能与其弹性能量将交替变换，使导线振动若干次后逐渐衰减稳定于弛度为f的位置（即图中实线，导线原来的位置）。

积雪和覆冰的突然大量脱落，将使导线产生振动：一是导线始终承受拉力，只要无风，导线就只能在与地面垂直的一平面内上下振动，因导线积雪和覆冰不同期脱落，造成上下导线相间短路。二是当导线振动到f-△f■的过程中，如果发生无拉力状态，则导线中间将变得非常柔软，虽然无风导线也将产生上下左右的不规则运行，即发生舞动，而这种状态非常容易发生因混线而引起相间短路事故。

那么究竟在什么条件下导线会发生无拉力状态呢？为此我们做如下具体分析：首先假定L■为导线原来实际长度（此时导线弛度为f），L■为导线跳动到弛度为f-△f■时的导线实际长度。导线从弛度f-△f■变到弛度f时，其导线长度变化应为L■—L■。另外，导线长度的变化只是根据拉力变化而引起的弹性伸缩，设在导线在未覆冰时的张力为T，另导线的弹性系数为E，截面积为S。那么将出现以下三种情况：

1.当弛度为f-△f■时，导线张力恰好为0，则L■-L■=■

2.当弛度为f-△f■时，导线有一张力T′，则L■-L■=■<■

3.当弛度为f-△f■时，导线张力小于零，则L■-L■>■

这样我们就得出了导线拉力状态的鉴别式：L■-L■？茼■

考虑到L2≈L为简化分析把上式写成：L■-L■？茼■ （1）

另根据导线长度计算公式可得：L■=L[1+■（■）■]L■=L[1+■（■）■]

则L■-L■=■（2f·△f■-△f■■）（2）

忽略△f■■将（2）式代入（1）式则得到：■？茼■

即■？茼1（3）

又T=σ·S=■（4）

f=■，则f■=■ （5）

将（4）、（5）式代入（3）式，得出实用的导线拉力状态判别式：

D=■×■？茼1

即D<1时，在导线由弛度f+△f■变到f-△f■的跳跃过程中，导线不出现无拉力状态。D=1时，导线跳跃到弛度恰为f-△f■时为无拉力状态，导线可能发生舞动。D>1时，则导线在跳跃中还未达到弛度为f-△f■时就变为无拉力状态，无风时导线也将发生舞动。

六、防御措施

1.线路施工时，要保持各相导线弛度一致，特别是垂直、三角排列的导线。

2.线路与其他线路交叉跨越时，应严格掌握跨越处的垂直距离，防止下排线路导线因积雪和覆冰突然脱落向上弹跳或发生舞动时造成上排线路或接地跳闸。

3.全文所分析的前提均为无风状态，但如果积雪、覆冰或突然脱落时有风，则导线更易发生舞动，其后果将更加严重。

4.设计、施工质量是直接影响线路安全运行的一个重要方面，优化设计加强施工管理是保证线路安全运行的基础。