绝缘子、架空导地线及塔形结构在输电线路覆冰跳闸中的影响作用

王欣伟，王 琪，李 杰

（国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

绝缘子、架空导地线及塔形结构在输电线路覆冰跳闸中的影响作用

王欣伟，王 琪，李 杰

（国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

通过对近5年来山西主网架空输电线路覆冰跳闸报告的统计和分析，总结得出输电线路覆冰跳闸的主要影响因素和规律，采取有针对性的技术管理防范措施，减少覆冰对输电线路的危害。

绝缘子；架空导地线；塔形结构；覆冰跳闸

0 引言

山西地处黄土高原，山脉丘陵纵横，秋末春初季节寒暖流交汇频繁，降水量较大，温度常在0°C附近，较大的湿度和较低的气温是构成覆冰的两个基本条件，二者缺一不可，适宜的风（不大于10 m/s）是加速覆冰的条件。除1986年在忻州的盘道梁一带发生过一次大面积覆冰倒塔断线的冰灾外，山西电网的主要冰害跳闸可分为两类跳闸事故：一是输电线路覆冰跳闸事故，二是输电线路覆冰舞动跳闸。

1 绝缘子覆冰闪络跳闸

a）绝缘子表面的冰棱、冰柱或混合型冰棱-冰柱形成的完全和不完全桥接闪络。冰棱、冰柱是由冬雨或由冰、雪反复融化冷凝形成的。冰棱和冰柱的最大危害是将绝缘子的爬电距离缩短，降低了绝缘子的绝缘性能，最终形成闪络。

b）绝缘子表面覆冰闪络，雪粒或水滴冻结在绝缘子上形成冰壳，当温度升高时（上午10：00至下午16：00），融解在冰水中的污秽物，使绝缘子伞裙泄漏电流剧增，当泄漏电流发展到一定程度，将导致绝缘子发生闪络。此种冰闪属于污闪，与绝缘子表面的盐灰密的大小即污秽等级的高低有密切的联系，污秽等级越低，闪络概率也就越低。复合绝缘子和已喷涂防污闪涂料的绝缘子，由于冰冻形成的冰壳，使其复合材料的憎水性能起不到相应的作用。因此，在覆冰条件下，绝缘子复合材料的防污闪作用大大地降低。

c）绝缘子迎风侧表面快速堆积脏雪或冰造成的绝缘子闪络。当大气环境较脏时，下降的雪或冬雨就会将空气中的污秽吸附，在风的作用下，贴附在绝缘子的迎风侧，在一定时间内堆积和凝结，形成三角锥状，将绝缘子的各个伞群桥接，最终发生绝缘子闪络。其特点为绝缘子表面的污秽等级不高，但在绝缘子表面堆积的雪和冰的盐灰密值却很大，此类冰闪也属污闪，绝缘子迎风侧表面都有雪冰堆积，而背风侧则没有冰雪。

d）设计配置不合理，造成绝缘子的覆冰闪络。将轻冰区的设计配置放在中冰区，将中冰区的配置放在重冰区，是新建或扩建线路在运行中常遇到的问题。由于输电线路范围大，跨越广，涉及方方面面的地理气象环境，在线路初始设计时，不可避免地有设计漏洞，尤其是个别微气象微地形区。如图1、图2所示，该线路防冰设计按轻冰区配置，实际覆冰达到中冰区等级，绝缘子采用了等径双伞，绝缘子伞间距结构高度不大，未进行插花设计，且部分过线塔采用了双I串型式。

图1 1 000 kV某线实际覆冰厚度高于防冰设计

图2 1 000 kV某线左相双I串红外测温图

e） 以上是4种绝缘子覆冰跳闸的典型分类，在实际运行情况下，有可能2种或3种类型同时发生，在进行跳闸分析时，要多方面考虑，抓住主要因素，兼顾次要因素，采取有效的防冰措施进行绝缘子防冰闪治理。

2 覆冰导地线闪络跳闸

a）导地线脱冰跳跃放电故障。导线与地线间、导线与导线间脱冰跳跃，在不同期摆动状态下，导致净空距离不足，从而发生放电跳闸。此类跳闸特点是导地线覆冰量较大，雾凇、雨凇或混合凇严密地冻结在导地线上。由于导地线覆冰后，覆冰导地线截面较未覆冰导地线的截面加大，迎风面加大，在风的作用下更易摆动，摆动后的导线更易脱冰跳跃。导线摆动的幅度与导线覆冰量、导地线弧垂、杆塔挡距、导线型号及排列方式和风速有密切的关联。此外，在风和重力作用下，覆裹在导地线上的冻结物呈现不规则的尖角状，导线周围的场强发生畸变，因此在净空距离相同的情况下，覆冰导线更易发生放电跳闸。图3、图4所示为导线脱落的覆冰和故障跳闸点情况。

图3 导线脱落的覆冰

图4 某线176号—177号地线脱冰跳跃放电故障点

b）覆冰地线断落引起的停运故障。覆冰导线发生断线的情况基本很少，一般情况下为地线断落，特别是OPGW复合光缆地线。地线断落的主要原因是不能承受覆冰重量而发生断落。地线断落对电网危害较大，会造成输电线路的故障停运。

c）地线覆冰后弧垂增大与导线发生放电。由于地线中无负荷电流，只有少量的感应电流，因此地线温度比导线温度低，更易覆冰，且覆冰增长比导线快；另外地线截面比导线截面细，因此弧垂增大幅度会更大。当发展到一定程度，地线和导线就会发生放电跳闸。图5所示为导地线放电及放电灼烧造成的地线断股情况。

图5 某线242号大号侧左地线及C（左）相导线导地线放电痕迹

3 紧凑型输电线路覆冰舞动跳闸

山西线路覆冰舞动跳闸事故全部发生在微地形微气象的山区，且全部为紧凑型输电线路的3—4基塔之间，而地势平坦开阔地区发生舞动跳闸的未有发生。由此可以判断，山西线路舞动跳闸的综合特征为紧凑型输电线路在微地形微气象区的覆冰舞动跳闸。通过对近5年的跳闸报告分析，输电线路发生的覆冰舞动跳闸具有以下特点。

a）紧凑型和常规线路均观测到覆冰舞动，紧凑型线路发生故障跳闸，常规线路舞动未引起跳闸。

b）发生覆冰舞动跳闸故障区段比较集中，故障挡距较大。

c）故障相别均为倒三角排列的下相与任一上相之间（B—A或B—C）发生短路。

d）覆冰舞动故障区域不是传统习惯认为的平坦、开阔易舞地带，而是发生在山区。

e） 故障线路只有500 kV,高于500 kV或220 kV及以下线路，未发生过覆冰舞动跳闸。

综上所述，紧凑型杆塔是造成500 kV线路覆冰跳闸的根本原因。

4 总结

a）对于设计部门，输电线路覆冰设计应遵循“满足要求、留有裕度”的原则，尽可能地避开中、重冰区及横跨垭口、风道和河流水库等容易覆冰地带。无法避开时，应深入现场调查，充分考虑各种不利因素，进行差异化设计，提高线路抗冰能力。

b）对于管理和运维部门，应加强对输电线路覆冰区的调查，总结整理运行经验，利用现有的气象站，进一步收集资料，及时修订覆冰区分布图，总结防覆冰跳闸运行经验和防覆冰措施，提高输电线路的安全稳定运行水平。

c）针对绝缘子覆冰闪络技术措施：应围绕隔断冰柱、冰棱及防止融冰沿绝缘子表面形成通道采取措施，500 kV线路以插花为主，220 kV线路以“V”和倒“V”改造为主，重冰区耐张塔引流串进行插花改造。

d）针对导地线覆冰闪络技术措施：加强对中重冰区线路导地线弧垂的测量和校核；采用加强型抗冰导线（防覆冰高强耐热合金导线和碳纤维复合芯导线）；采用预绞丝护线条保护导线以减轻或防止由于不平衡张力作用和脱冰跳跃振动损伤导线，必要时安装隔冰环、防冰球；OPGW复合光缆应采用全铝包钢层绞式光缆。

e）针对紧凑型杆塔的防覆冰舞动措施：结合线路实际情况，采用相间间隔棒、线夹回转式间隔棒及双摆防舞器等多种辅助的防舞措施；通过采取辅助防舞措施很难解决线路固有问题的，应采取常规塔形进行线路改造。

The Effects of Insulator,Overhead Transm ission Lines and Tower Structure on Icing Trips of Transm ission Lines

WANG Xinwei，WANG Qi，LI Jie
（State Grid Shanxi Electric Power Research Institute of SEPC，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

Through statistically analyzing transmission line trips in recent5 years,some reasons and regularities about icing trip in ShanxiPowerGrid were obtained.Effectivemeasures should be taken to reduce line trips from the aspectof technicalmanagement.

insulator；over-head transmission lines；tower structure；icing trip

TM752.5

B

1671-0320（2015）02-0016-03

2015-01-20，

2015-02-03

王欣伟（1979），男，山西阳泉人，2009年毕业于太原理工大学电力系统及其自动化专业，硕士，工程师，从事外绝缘检测和输电专业工作；

王 琪（1976），男，山西太原人，1998年毕业于华北电力大学电气技术专业，硕士，高级工程师，从事电力设备试验、输变电设备状态检修工作；

李 杰（1985），男，山西长治人，2013年毕业于北京科技大学控制科学与工程专业，博士，工程师，从事高电压试验工作。