架空线下树木增长对安全的影响

万教智，刘金虎，赵理勇，张 军

（国网湖北省电力有限公司神农架供电公司，湖北神农架 442400）

1 故障分类及影响因素

1.1 树闪故障的类别

当架空输电线路与树木之间的空隙，因线下及两侧树木过度生长而减小，甚至小于安全距离时，便会出现“树闪”现象。根据引起的原因，树闪故障大致可分为3种。

（1）在恶劣天气影响下，如暴风，雷雨天气等，架空线路中的树木容易发生折断，飘浮到杆塔或导线上，短接绝缘子串，引发闪络故障跳闸。在线路实际运行中，这种情况的发生概率极小。

（2）在大风情况下，线路导线和树木都发生风偏摇摆，摆幅较大且电力走廊外的树木树冠生长接近走廊的时候，线路就可能与电力走廊外的树木之间发生树闪故障。这种情况是由于树木距线路边线的距离不足，树木及导线风偏引起导线与树木的净空距离小于闪络距离，引起线路跳闸。这种跳闸一般为瞬时性故障，自动重合闸重合成功的概率较高，对系统安全运行的冲击较小。这种情况主要是通过加大线路走廊植物的处理力度，扩大两边线外树木的砍伐的宽度。

（3）在大停电中经常遇到的树闪故障，是线路过热导线弧垂增大而接近树木导致的，如图1所示。

在外界环境和线路输送电能等因素的影响下，会使数电线路温度升高，线路易被拉伸，使弧垂度增加，垂度由f1增加到f2。如果架空线路下的植被没有定期进行修剪，使高度达到H时，且植被与输电线路之间的距离不超过d时，导线对植物发生闪络放电，这种树闪故障的条件见式（1）。

图1 树闪故障原理

这种类型的树闪故障一般重合成功的概率较小，最容易诱发大面积停电事故。在架空线路正常工作的情况下，维护人员很难留意架空线路下是否会发生树闪故障，再加上树闪故障引发的跳闸现象属于高阻接地故障，在排除行波故障测距装置外，使用一般故障测距距离具有较大的误差，短时间内难以排查故障点。负责调度运行的维护人员，通常会采用强送电达到恢复故障线路运行的目的，这样会使线路短暂的恢复运行，但是会使导线输出电能过多产生大量热能，增加导线弧垂与树木发生树闪再次跳闸。如果此时再有故障线路的负荷转移到正常运行的线路上，就很有可能导致本来处于正常运作的线路负荷工作，使弧垂度增加，线路过于接近树木，就会增加树闪故障的发生概率，引发连锁效应造成大规模的停电事故。如在21世纪初发生的美加大停电事故，最终通过调查发现，造成停电的罪魁祸首是架空线路发生树闪故障所引起的。但是奇怪的是发生树闪故障中的线路并没有超过额定功率，这就反应出引发树闪故障的主要原因还是树木过高与架空线发生接触所致，所以需要对高架线下高杆植物进行高度管理。树闪故障具有较大的危害性，本文对此类故障的主要研究目的是最大限度的降低其危害性。

1.2 对树闪故障的主要影响因素的剖析

造成上述最后一类树闪发生的主要原因是，植物高度与输电线路下垂度所导致的，在架空线路正常工作的情况下，可将线路的弧垂表达为式（2）。

式中f——垂度

i——线电流

θ——线路所处的环境温度

v——风速

g——一个简单的函数关系

式（2）能够计算出最高环境温度、额定载荷或过载和无风等临界条件下的最大垂度。从式（2）可以确定，如果导线的跨距保持不变，主要决定弧垂变化的因素主要是线路电流和线路运行环境的温度以及风速等。

2 风险因素

2.1 输电线路弧垂

弧垂作为影响架空线路能否稳定运行的重要影响因素之一，如果输电线路弧垂度过大，使线路与周围的建筑、植物等物体距离过小，则会导致短路跳闸和风偏放电等故障。如阳光照射、环境温度、导线应力等很多因素都在一定程度上影响弧垂程度。而其中导线应力对弧垂具有重要的影响，在进行架空线路施工的过程中，对导线的初始应力已经确定，所以在进行运算推导的过程中，只需要考虑导线的环境、符合等可能改变导线应力的因素。

2.2 树生长

随着时间推移，输电线路走廊内植被与导线的距离会因树木的生长而变化，当输电线路走廊内植被与导线的距离小于安全距离时，极有可能造成树闪故障，使输电线路的稳定运行收到一定的影响。Chapman-Richards曲线是描述模拟树高生长的著名模型，表达式为式（3）。

式中H（t）——树高

t——树龄

a，b，c——待定常数，主要反映对特定树种和地点环境

林业研究表明，树高不仅与树龄有关，而且与气象因子密切相关，尤其是降雨对树木生长的影响最大。在不同区域中的气象因子、树种都有一定的影响。因此，基于Chapman Richards模型，考虑到适合于相应区域的气象因子的影响，能够更加准确的确定树高。通过现有林业研究以及植物管理情况给出的资料，需要考虑3个因素。

（1）架空走廊下的植物通常不是定期修剪，而是直接砍伐。架空线路下的树木普遍是在采伐周期之后的幼苗，不需要考虑修剪对树高的影响。

（2）找出廊道中的优势树种，深入研究树木。

（3）降雨量和温度等环境因素对树高的影响。

通过上文的分析不难看出，树高能够表示为气象因子和时间序列趋势项随机项两部分的叠加。其中时间序列趋势项由公式（3）表示，可将气象因子表达为式（4）。

式中m——树龄

Hcm——第m年树高气象生长量

c0——常数项

pcm-1——上年总降雨量

j——生长期中的月序号

n——生长期月数

pmj——第m年生长期内第j月的降雨量

α0，αj——偏回归系数

由于降雨对树高生长具有一定的延后影响，通过式（4）也可以体现出降雨量上一年对树高的影响。

由公式（3）和（4）得出，第 t年的树高 H（t）为式（5）。

式中的偏回归系数可借助回归分析的方法进行估计。

4 高架线下树木增长解决方案

4.1 根源控制

架空线路下树木屏障是采用砍伐无法根本解决的隐患，所以需要在线路选择方面从根本上杜绝后患，积极的与当地政府机构进行联系，做好电力安全的宣传教育工作，避免在输电通道内种植过高的植物。

4.2 提高树障隐患数据的准确性。

为提高树障隐患数据的准确性，将监测分为短期精监测与长期粗监测：短期精监测将在生长季节（每年2—6月）定期对架空线路下植物生长情况进行测定，并确定优势树种，同步利用小型气候站对降雨量、空气温度、空气湿度、光照强度、土壤温度、土壤湿度、蒸发量等气象因子进行全天候现场监测，进而将获取的树木生长数据和气候因子数据代入式（5），通过回归拟合分析树木短期生长模型；长期粗监测将通过树木胸径与树木生长关系的模型拟合，推断树木年龄，结合当地气象数据，同样拟合分析式（5）的各参数。以短期与长期相结合，精监测与粗监测相配合，完善架空线路走廊管理方案，并且有效减少管理架空线路走廊管理的经费。

5 结论

架空线路是电力系统的重要组成部分，担负着远距离输电的任务。高架线路大多位于山区和丘陵地区，环境极其复杂。由于通道内树木的过度生长，经常发生导线跳闸，严重影响线路的安全运行。通过对架空线与高杆树木之间的关系进行分析，确定主要影响因素，针对主要因素提出一系列的管理措施，以确保架空线路能够安全稳定的运行。