500 kV紧凑型输电线路跳闸故障分析

王建伟，王志利，赵亚宁

（1.国网山西省电力公司检修公司，山西 太原 030032；2.国网山西省电力公司，山西 太原 030001；3.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

500 kV紧凑型输电线路跳闸故障分析

王建伟1，王志利2，赵亚宁3

（1.国网山西省电力公司检修公司，山西 太原 030032；2.国网山西省电力公司，山西 太原 030001；3.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

指出500 kV紧凑型输电线路导线与塔窗的空气间隙小，相导线之间的间隙小，若通道环境较为恶劣，尤其是易引发导线不同期摆动的区段，则跳闸率和停运率明显上升。针对500 kV紧凑型输电线路在运行中出现的不同类型跳闸故障，从塔型结构及线路的设计、运行和反措的角度分析总结，以期达到少跳闸、少停电的目的。

500 kV紧凑型输电线路；跳闸分析；塔型结构

0 引言

500 kV紧凑型输电线路以输送自然功率大、波阻抗小、有效抑制不平衡电流、节省输电走廊和杆塔塔材等优点，在我国东北、华北和华中等部分地区得到较为广泛的使用。在实际运行中，与常规塔型线路相比，紧凑型输电线路在部分区段出现了跳闸率高、故障停运时间长等故障，值得专业人员去分析和研究。

1 500 kV紧凑型输电线路导线与塔身间距

500 kV紧凑型和常规型500 kV(单回和双回)的直线塔型结构示意图如图1所示。紧凑型输电线路三相导线全部在塔窗之内，单回常规线路有一相在塔窗之内，双回线路导线分列两侧。3种杆塔塔窗（或塔身）与导线之间的空气间隙距离都有所不同。通过不同类型500 kV杆塔设计[1]推导计算：紧凑型杆塔与左右两边相导线空气间隙距离最小，不大于500 kV复合绝缘子的结构高度（4 030 mm或4 450 mm），其空气间隙距离约为3 830~4 250 mm；单回常规塔型次之，左右两边相与塔窗间隙约为5 050~6 000 mm；双回常规塔型最大，大于5 300 mm。根据500 kV线路杆塔带电作业间隙控制知，紧凑型线路约为4 m，常规线路间隙一般在5 m以上，可应证以上推导和计算。

图1 500 kV输电线路不同塔型塔头结构图

2 500 kV紧凑型输电线路导线相相间距

500 kV紧凑型输电线路和常规500 kV线路(单回和双回)的导线排列方式各有所不同。紧凑型为倒等边三角排列，常规单回为水平排列、双回为垂直排列。具体情况见示意图2。500 kV紧凑型相相间距为7 700 mm，大尺寸塔头为9 118 mm；500 kV常规型（单回）最小相相间距为9 800mm，大尺寸塔头为12 300 mm；500 kV常规型（双回）最小相相间距大于12 000 mm。

图2 导线排列方式

3 500 kV紧凑型输电线路跳闸分析

500 kV紧凑型直线杆塔塔头尺寸较小，使其导线与塔身、导线与导线空气间隙小于常规塔型。若线路运行通道较为恶劣，则紧凑型直线杆塔的运行安全裕度将大大小于常规型直线杆塔，以下是较为典型的紧凑型直线杆塔跳闸，具体分析如下。

3.1 雷击

2008年—2012年，山西电网500 kV紧凑型输电线路雷击跳闸最为频繁（根据《2008年—2015年山西电网500 kV及以上输电线路跳闸分析报告》统计），500 kV紧凑型输电线路雷击跳闸6线13次，12次发生在直线塔，1次为耐张塔外角侧引流串雷击放电，具体情况见表1。跳闸的原因一方面为处于山区的大档距杆塔，其地线保护角叠加杆塔地面倾角的影响（屏蔽耦合作用减弱）而造成的雷击；另一方面的重要的原因是紧凑直线塔的导线与塔窗空气间隙小，耐雷水平先天不足导致的雷击放电。常规型杆塔的雷击放电通道是绝缘子串，而紧凑直线塔的放电通道为绝缘子串和塔窗空气间隙，如图3所示为紧凑型线路不同的5次雷击跳闸放电通道的示意图。

3.2 鸟害

2010年—2013年，山西电网500 kV输电线路共发生鸟粪闪络8次，其中5次跳闸发生在紧凑型线路（根据《2008年—2015年山西电网500 kV及以上输电线路跳闸分析报告》统计），具体情况见表2。5次跳闸固然与运行单位未能掌握所辖区域鸟类活动、防鸟刺安装数量不够和覆盖范围及高度不满足要求等有关，但是紧凑型导线与塔身空气间隙小且绝缘子悬挂为型V串（相同鸟粪拉丝长度下，V串比I串短接绝缘爬电长度更长），是导致鸟粪闪络的重要原因。

表1 2008年—2012年500 kV紧凑型线路雷击故障情况统计

图3 500 kV紧凑型线路5次雷击跳闸放电通道

表2 2010年—2013年500 kV线路鸟害故障情况统计

3.3 导线不同期摆动

2010年—2014年，山西电网500 kV紧凑型输电线路共发生风偏跳闸9次、覆冰舞动跳闸17次（根据《2008年—2015年山西电网500 kV及以上输电线路跳闸分析报告》统计）。虽然风偏和覆冰舞动形成机理略有差异，但其共同的特点是紧凑型杆塔导线的不同期摆动，其故障相别均为倒三角排列导线的下相与任一上相之间（L2—L1 或L2—L3）的相间短路，故障区段比较集中，故障档距偏大（风偏故障杆塔最小档距684 m、最大档距1 350 m；舞动故障杆塔最小档距562 m，最大档距1 001 m）。运维人员在线路巡视中发现，500 kV常规型线路导线不同期摆动的频率和幅度并不低于紧凑型线路，但常规型线路发生跳闸的概率却远低于紧凑型线路。由此推断，紧凑型线路在导线不同期摆动中更易发生跳闸，其最根本的原因为紧凑型线路导线相相间距小，在大档距条件下，导线摆动幅度大，上下相导线易放电。

4 反事故措施

针对雷击和鸟害跳闸，故障杆塔可加装避雷器（连续3基）和鸟刺（铺满横担），即可有效降低雷击和鸟害的跳闸率。

针对导线的不同期摆动产生的风偏和覆冰舞动跳闸，措施如下：安装相间间隔棒，见图4；加装失谐摆、抑制扭振型防舞器、双摆防舞器、整体式偏心重锤等。以上防范措施为简要的概述，具体实施时，还要多方面考虑线路的实际情况，如舞动和风区等级、地形、气象、跨越情况、档距大小、连接金具强度、杆塔防松、投资费用等。

图4 构成封闭和半封闭三角形的相间间隔棒安装示意图

5 结束语

在输电通道部分区段内，500 kV紧凑型输电线路之所以比常规型线路跳闸比率高，是因为其杆塔设计的两个短板，一是导线与塔窗的空气间隙小，二是相相导线之间的间隙小。若输电通道环境较好，则紧凑型输电线路的优点是显而易见的；若通道环境较为恶劣，尤其是易引发导线不同期摆动的区段，则紧凑型输电线的跳闸率和停运率则会明显上升。

a）线路设计单位不宜在大风区、易舞动区以及易造成导线不同期摆动的微气象微地形区，采用紧凑型输电线路设计；采用紧凑型线路设计的区段，应避免大档距情况的出现，提高运行安全裕度。

b） 运维单位应积累和总结500 kV紧凑型输电线路运维经验，跳闸事故多发和频发区段应及时将紧凑型杆塔改造为常规型杆塔，减小运维压力，避免反复多次的投资改造。

Analysis on the Trip Fault of 500 kV Com pact Transm ission Lines

WANG Jianwei1,WANG Zhili2,ZHAO Yaning3

（1.State Grid ShanxiM aintenance Company of SEPC,Taiyuan,Shanxi 030032,China; 2.State Grid Shanxi Electric Power Corporation,Taiyuan,Shanxi 030001,China; 3.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute of SEPC,Taiyuan,Shanxi 030001,China)

It is pointed out that theairgap between conductorand towerwindow of500 kV compact transmission line is smallaswell as thegap between phase conductors.If the channelenvironment is rather bad,especially in the sectionwhere asynchronous swing usually occurs,the trip rate and outage ratewillbe obviously higher.According to different typesof tripping faults in 500 kV compact transmission lines,the design of tower structures,the operation of transmission linesand countermeasure are analyzed and summarized so as to achieve the goalof less trippingand lesspower failure.

500 kV compact transmission lines；trip analysis；towerstructures

TM723

A

1671-0320（2016）06-0005-03

2016-09-10，

2016-10-17

王建伟（1985），男，山西太原人，2007年毕业于太原理工大学电力系统及其自动化专业，工程师，从事输变电检修工作；

王志利（1983），男，山西大同人，2007年毕业于山西大学工程学院电力系统及其自动化专业，工程师，从事输电线路运维管理工作；

赵亚宁（1987），男，山西阳泉人，2013年毕业于西安交通大学高电压专业，硕士，工程师，从事高电压及外绝缘检测工作。