超高压输电线路典型故障分析及防范措施

张明旭，康淑丰，梁利辉

(国网河北省电力公司检修分公司，石家庄 050071)

超高压输电线路典型故障分析及防范措施

张明旭，康淑丰，梁利辉

(国网河北省电力公司检修分公司，石家庄 050071)

针对超高压输电线路故障频发，影响电网稳定运行的问题，从故障类型、区域、跳闸月份和跳闸重合等方面对河北省南部电网上半年超高压输电线路故障情况进行分析，认为该地区上半年输电线路的典型故障是覆冰、外力破坏和雷击跳闸，结合这3种典型故障的危害、特点和产生原因，提出针对性的防范措施。

超高压输电线路；覆冰；外力破坏；雷击

随着河北省南部经济社会发展，极端恶劣天气增多，外力破坏、冰闪、舞动故障已经成为威胁超高压输电线路安全运行的主要因素。河北省南部电网(简称“河北南网”)2010年大范围覆冰舞动对线路稳定运行影响巨大，线路停运时间长、设备受损严重，且在短时间内仅有一回线路向山东电网供电，供电可靠性大幅降低；2012年一起吊车碰线故障致使跨区电网重要线路停运1.12 h，减供负荷131.8万kWh，线路跳闸故障是威胁超高压电网安全运行及供电可靠性的主要元凶，必须高度重视。为提高超高压输电线路的安全运行水平，加强应对各类故障的能力，对近年来河北南网输电线路故障情况进行统计分析，制定防控措施。

1 故障情况统计

对河北南网2008-2012年1-6月输电线路故障分别按类型、区域、跳闸月份、跳闸重合情况进行统计，统计情况见表1-4。

表1 输电线路故障类型统计

表2 输电线路故障区域统计

表3 输电线路故障月份统计

2008-2012年1-6月共发生线路故障跳闸56次，故障类型占前3位的分别是覆冰(舞动、冰闪)、外力破坏和雷击故障。

从故障区域统计分析看，2008-2012年1-6月故障数量，集中的地区为HD，占67.9%，SJZ占16.1%，这2个地区经济较发达，多数故障发生在东西走向的LuXI、II线，XinLI、II线。

表4 输电线路故障跳闸重合成功情况统计

从故障月份统计分析来看，2008-2012年1-6月输电线路故障多发生在2月、3月和6月，分别占总跳闸数的41.1%、17.9%、17.9%。

从故障跳闸重合情况统计分析来看，2008-2012年1-6月输电线路故障中，雷击、鸟害故障重合成功率较高，均为100%,而外力破坏、风偏、覆冰舞动、冰闪重合成功率较低，分别为8.3%、14.3%、50%和37.5%。

2 输电线路故障特点

河北南网2008-2012年1-6月超高压输电线路故障主要以覆冰舞动、冰闪，外力破坏以及雷击等故障类型为主，风偏及其他故障略少。舞动+冰闪，外力破坏以及雷击占跳闸总次数的42.9%、21.4%、17.8%，且覆冰故障主要发生在2月，外力破坏故障多发生在3月，雷害故障多发生在6月，故障发生的类型均与恶劣天气，密集的保护区内施工和耕作有密切关系，具有较明显的季节特点。

HD、SJZ 2个地区线路故障较多，分别占1-6月输电线路故障的67.9%、16.1%。2个地区输电线路较为集中，是王曲神木、府谷送出的主要通道，经济发达，上半年外力破坏故障多发生在SJZ地区，另外线路经过山区、丘陵，地形复杂，微气候、恶劣天气较多，上半年HD地区舞动、风偏、冰闪等故障多发，线路故障与所处地域关系突出。

3 典型故障分析

3.1 线路覆冰舞动

覆冰造成的线路跳闸故障主要为导地线覆冰舞动造成相间闪络故障和绝缘子串覆冰桥接，在融冰时造成单相故障，覆冰情况见图1。受极端恶劣天气影响，河北南网超高压电网在2010年冬季发生大范围的覆冰闪络故障。

图1 线路覆冰情况

3.1.1 特点

a. 导地线、绝缘子覆冰多发生于1、2月，此时河北省南部正处于冬季，雾霾天气、极端恶劣天气较多，昼夜温差较大，导地线、绝缘子覆冰雪情况时有发生，在满足条件时易发生覆冰舞动和冰闪故障。

b. 线路舞动故障多发生在平原和同塔双回线路，在2010年发生的舞动故障中，全部5回线路均处于平原东西走向的线路中，且均为同塔双回线路。

c. 绝缘子覆冰闪络多发生在山区，受山区气温变化影响，悬垂合成绝缘子迎风面覆冰雪后在反复融化、冰冻情况下桥接，在融冰时易发生闪络故障。

d. 线路舞动故障危害较大，在2010年线路舞动故障中，均造成线路停运，其中DongH双线抢修2天，XinL双线抢修5天。造成铁塔横担断裂、落地，绝缘子脱落，破损，引流线断裂，螺栓松动、脱落等，严重影响线路安全。

e. 线路舞动及冰闪多发生于1、2月，正是冬季极端恶劣天气较多时节，气温、雨雪以及稳定的风速、风向，激发导地线舞动条件，同时在悬垂绝缘子覆冰情况下，容易发生融冰闪络。

3.1.2 危害

2010年冬季，河北南网500 kV输电线路发生的舞动故障，舞动时间长，一般在18～26 h，最大舞动幅值在10 m以上，大幅度的舞动导致导线与导线之间、导线与地线之间绝缘间隙不满足要求，从而引起闪络跳闸。此外由于舞动过程中，导线张力明显增大，造成线路受损严重，在五回线路舞动中，引发了线路横担断裂落地，导地线光缆断股，引流线断裂，绝缘子损坏、脱落，金具断裂，螺栓松动、脱落等不同程度的危害，严重影响线路安全运行。

3.1.3 成因分析

输电线路舞动的发生与线路覆冰、风的激励以及线路的结构参数有直接关系。偏心覆冰改变导线截面，改变空气动力特性，产生负阻尼效应，积累能量，激发舞动；风速和风向影响导线覆冰的形状，在风与导线夹角较大情况下，增大了导线舞动的可能；另外在相同的条件下分裂导线更容易发生舞动。2010年冬季，500 kV线路舞动跳闸故障都发生于平原，且为东西走向，是典型的线路覆冰舞动现象，其发生条件、舞动表现形式、造成的后果等都与以往的舞动情况一致。

绝缘子上附着的冰雪含有大量的电解质，增大了冰水的电导率，2010年冬季，在0 ℃左右的气温变化中，绝缘子上的积雪融化后，在滴落过程中又结冰形成冰柱，冰柱的延长使绝缘子伞裙被冰凌桥接，形成冰桥。随着气温升高，当线路绝缘子上的冰柱开始融化并形成水帘滴落，导致绝缘子串裙边之间形成闪络通道，在融冰过程中，覆冰表面的冰水溶解污秽中的电解质，形成高电导率的融冰水膜，造成绝缘子绝缘性能降低，表面泄漏电流增大，并最终形成贯穿性闪络通道，造成线路故障跳闸。

3.2 外力破坏

3.2.1 发生月份及类型分析(见表5、表6)

表5 外力破坏故障发生月份情况统计

从外力破坏故障发生的月份来看，3月最多，4月次之，分别占上半年外力破坏跳闸故障的41.5%和25%。

表6 输电线路外力破坏类型统计

从外力破坏类型看，风刮异物是造成线路外力破坏故障的主要因素。其中风刮异物造成的线路跳闸占75%，吊车碰线造成的线路跳闸占16.7%。

3.2.2 故障特点

a. 3、4月正值春季，农闲季节，大风天气较多，放风筝、施工作业密集，蔬菜大棚搭建以及地膜覆盖较频繁，极易发生异物上线、吊车碰线等外力破坏跳闸故障。

b. 随着河北省南部经济社会发展，城镇范围扩大，线路保护区不断遭到基础设施建设的占用，致使外力破坏故障多发生在城郊、开发区附近线路，且呈逐年上升趋势。

c. 输电线路外力破坏故障多为风刮异物和吊车碰线造成，且外力破坏故障重合成功率较低，往往致使线路停运，对线路安全运行危害较大。

d. 输电线路外力破坏跳闸防控难度较大，异物跳闸多为在保护区外很远的塑料布、导电绳索在瞬时大风作用下搭挂到导线造成，对保护区范围内或附近村庄进行宣传教育作用不明显，而吊车碰线造成的跳闸多为流动吊车所致，防控难度极大。

3.2.3 故障原因分析

河北南网超高压输电线路遍布六地市，所经区域范围较广，随着河北省南部经济社会发展，政府加大招商引资力度，部分厂矿企业，在线路保护区附近进行大规模的施工作业，新(扩)建道路、铁路及相关基础设施改造日益增多；当地群众为加快经济作物生长，在线路保护区内的蔬菜大棚、地膜逐年增多，严重危及电力设施安全。

3.3 雷击跳闸故障

3.3.1 发生月份及地形分析(见表7、表8)

表7 雷击跳闸故障发生月份情况统计 次

从雷击跳闸故障发生月份来看，上半年雷击故障均集中在6月。

表8 雷击跳闸故障发生地形情况统计

从地形分析，雷击故障大多发生在位于山区的线路杆塔上，占全部雷击跳闸的60%。

3.3.2 故障特点

a. 线路雷击故障与落雷密度关系密切，而上半年雷击故障全部发生于6月，这与气候特点和6月落雷次数最多有直接关系。

b. 输电线路遭受雷击，与所处地形有直接关系，但不能以线路铁塔所在位置的高低作为判断铁塔是否会遭受雷击的判断依据，河北南网500 kV线路雷击故障比较分散，但从统计来看，主要集中在山顶和山坡，占到故障总数的60%。

c. 从断路器保护动作情况来看，雷击故障重合成功率较高，而在上半年10次雷击跳闸中，线路全部重合成功。

d. 绕击雷过电压是雷电绕过避雷线直接击中导线出现的雷过电压，与雷电流幅值、线路防雷保护角等因素有关，主要发生在单回线路两边相和双回路塔的中相，雷电流幅值主要集中在20～60kA，在上半年的雷击跳闸中均为绕击所致。3.3.3 故障原因分析

在历年输电线路故障跳闸统计中，雷击跳闸故障均占第10位。主要原因为输电线路暴露于大自然中，途径高山大岭、空旷田野，而大部分雷害集中在山区和平原空旷地带，山区雷电活动频繁、平原空旷易遭受雷击。另外土壤电阻率高、线路耐雷水平低、防雷效果差也是输电线路雷击故障发生不可避免的原因。

4 防控措施及建议

a. 每年上半年要加强重要输电通道的运维管理，根据总结分析结果，制定月度重点巡视项目，对易覆冰区、舞动区、外力破坏多发区加强特巡和观测，总结经验，制定针对性的防控措施。

b. 加强线路防舞动、防冰闪治理工作，积累覆冰区域运维资料，对发生舞动、冰闪故障的线路区段，采取加装回转式间隔棒、相间间隔棒、更换为倒V串绝缘子或插花式防冰型绝缘子等防舞动、防冰闪改造差异化措施，加大防舞、防冰等技防研究，有效提高线路抵御恶劣天气能力，降低绝缘子表面积覆冰雪水平。

c. 加强线路防风偏治理及研究工作，对运行线路要按照新的设计规范校核线路风偏摇摆角，提高风压不均匀系数至0.75，风速按实际导线高度校验，对校验不满足要求的直线塔采取加装重锤措施，耐张塔采取调整引流弧垂，加装跳线绝缘子等措施进行治理，提高线路防风偏能力。

d. 加大线路防外力破坏工作力度，在3、4月要加大线路的巡视密度，做好城乡结合，郊区等线路所处地膜大棚等异物区、通道内施工区域、铁塔围挡区域的统计，加强护电宣传工作。发动属地人员，缩短巡视周期，对发生的异常、潜在的风险及时防控。

e. 线路防雷击故障方面，通过雷电定位系统积累线路所经区域落雷情况，掌握雷击与雷电流强度、地形及线路结构的关系。加强接地装置的检查和维护，及时完成接地电阻测试和接地体检查工作，尤其是处于山区的铁塔，对不符合要求的铁塔接地在每年5月底前完成治理。

5 结束语

统计分析近年河北南网1-6月超高压输电线路故障类型和特点，从统计分析中查找故障发生的规律和典型故障的原因，提出线路在上半年月度运行维护的重点和要求，制定针对性的差异化运维措施，为下一步改善线路运行环境，减少跳闸故障对电网的影响提供参考。

本文责任编辑：王洪娟

Primary Fault Analysis and Control Measures on EHV Transmission Lines

Based on the fault rate of EHV power transmission line to influence the stable operation of power grids,and fault statistics data according to the type,area,tripping month and auto-reclosing in the first half of southern Hebei province extra-high voltage power grid,it is concluded that the ice situation,external damage and lightning stroke is the typical fault.Through analysis and reaserch of the three kinds of typical fault,this paper proposes some correspondingmeasures to prevent.

EHV power transmission line;ice accretion;external damage;lightning stroke

2013-06-28

张明旭(1977-)，男，工程师，主要从事输电线路运维管理工作。

TM726.1

B

1001-9898(2014)01-0037-03