跨区电网直流线路运行维护管理

1、跨区电网直流线路运行维护管理跨区电网直流线路运行维护管理 2009年8月 陕西西安 一、直流输电的优点和特性 直流输电应用于电力系统已有半个世纪。与交流输电相 比，高压直流输电输送容量大，距离远，传输损耗低，节约 占地走廊。目前世界上已投入运行余个直流输电工程， 在远距离大容量输电、海底电缆和地下电缆输电以及电力系 统非同步联网工程中得到广泛应用。 截至2008年底，跨区电网投运的500kV直流输电线路有 葛南，龙政，江城，宜华，天(生桥)-广(东)，贵(州)-广(东) 一二回等7个超高压直流输电工程和灵宝直流背靠背工程。 输送容量大。现在世界上已建成多项500kV送电 3000MW的超高压直

2、流输电工程。 送电距离远。世界上已有输送距离达1700km的高压直 流输电工程。我国的葛南（葛洲坝-上海南桥）直流输电工 程输送距离为1052km，天广（天生桥-广东）、三常（三峡- 常州）、三广（三峡-广东）、贵广（贵州-广东）等直流输 电工程输送距离都接近1000km。 输送功率的大小和方向可以快速控制和调节。 直流输电的接入不会增加原有电力系统的短路电流容量， 也不受系统稳定极限的限制。 直流输电可以充分利用线路走廊资源，其线路走廊宽度 约为交流输电线路的一半，且送电容量大，单位走廊宽度的送 电功率约为交流的4倍。如直流500kV线路走廊宽度约为30m， 送电容量达3000MW；而交流5

3、00kV线路走廊宽度为55m，送 电容量却只有1000MW。 与交流线路不同，直流单极运行的任一极线路可以利 用另一极线路导线(一端接地或不接地)作为回路，简称金属 回路，也可以利用大地或海水作为回路，简称大地回路。 直流输电线路的一个极发生故障时，另一个极能继续 运行，并通过发挥过负荷能力，可保持输送功率或减少输送 功率的损失。 直流系统本身配有调制功能，可以根据系统的要求 做出反应，对机电振荡产生阻尼，阻尼低频振荡，提高电力 系统暂态稳定水平。 能够通过换流站配置的无功功率控制进行系统的交流 电压调节。 在输送功率和输送距离相同的条件下，直流输电架空 线路的造价要比交流输电线路低约20%3

4、0%。 大电网之间通过直流输电互联（如背靠背方式），2 个电网之间不会互相干扰和影响，必要时可以迅速进行功率 交换。如背靠背直流工程灵宝直流输电工程。 二、直流输电线路的典型性特征 直流输电线路与交流输电线路相比，在机械结构的设计 和计算方面，并没有显著差别。但在电气方面，则具有许多 不同的特点，主要有以下三个方面的特征： 1. 电腐蚀效应。直流输电以大地或海水作回路时，会引 起沿途金属构件的腐蚀，需要防护措施 。特别是接地引下线 及地网易锈蚀，据统计地网运行5年后锈蚀20-30%，因此接 地装置防腐是直流线路运行管理工作的重点。 2.吸尘效应。在直流电压下，空气中的带电微粒会受到 恒定方向电

5、场力的作用被吸附到绝缘子表面，这就是直流的 “静电吸尘效应”。由于它的作用，在相同环境条件下，直 流绝缘子表面积污量可比交流电压下的大一倍以上。随着污 秽量的不断增加，绝缘水平随之下降，在一定天气条件下就 容易发生绝缘子的污秽闪络。因此，由于直流输电线路的这 种技术特性，与交流输电线路相比，其外绝缘特性更趋复杂， 由此引起的污秽放电比交流的更为严重，直流线路的防污工 作对于提高运行水平非常重要。 3.直流无过零问题。相比于交流系统，在直流系统中行 波保护具有更明显的优越性。首先，在交流系统中，如果在 电压过零时刻（初相角为0）发生故障，则故障线路上没 有故障行波出现，保护存在动作死区；直流系统

6、中不存在电 压相角，则无此限制。其次，交流系统中电压、电流行波的 传输受母线结构变化的影响，并且需要区分故障点传播的行 波和各母线的反射波以及透射波，难度较大；由于直流线路 结构简单，也不存在上述问题。 三、直流线路故障原因分析及采取的措施直流线路故障原因分析及采取的措施 （一）直流线路跳闸统计（一）直流线路跳闸统计 20032008年，葛南、龙政、江城和宜华直流输 电线路共发生178次跳闸，其中再启动不成功引起直 流单极闭锁的有32次。近年来，直流线路年跳闸率 在0.4次/百公里年左右，非停率在0.040.09次/ 百公里年之间。跳闸率和非停率较500kV交流线路 偏高。 （二）直流线路跳闸

7、原因统计（二）直流线路跳闸原因统计 20032008年，跨区电网直流线路共发生178次故障跳闸， 主要原因为雷击、覆冰、污闪、风偏、外破、鸟害六类。其 中雷击所引起得线路跳闸的比重最大，为52次，占总跳闸数 的29.21%；覆冰跳闸49次，占27.53%；污闪跳闸44次，占 24.72%；风偏故障跳闸14次，占7.87%；外破8次，占4.49%； 鸟害故障跳闸5次，占2.81%；不明原因4次，占2.25%；金具 断裂2次，占1.12%。因此，加强跨区直流线路在防污、防雷、 防冰、防风及防鸟（简称“五防”）等方面的治理运用，对 降低故障率，切实提高500kV跨区直流线路的安全可用率显 得尤其重要

8、。 表1 直流线路跳闸原因饼侵分图 1、雷击闪络故障、雷击闪络故障 近几年来雷害问题日益突出，20032008年500kV跨区 电网直流线路共发生52次雷击跳闸，占总跳闸次数的29.71% （为各类跳闸原因之首）。分析认为，雷害的问题主要有如下 特点： a、直流正极性侧线路易遭受绕雷击。造成绕击线路跳闸 的雷电流多为负极性雷，直流正极性线路由于其引雷效应，较 负极性线路更易遭受绕击雷造成线路跳闸。 （三）直流线路故障原因分析及采取的措施（三）直流线路故障原因分析及采取的措施 b、雷电绕击是500kV线路发生雷击跳闸的主要原因。从雷 电定位系统测量数据统计显示，导致跳闸的绝大部分的雷击电 流强度

9、不大，一般在30千安以下；山区雷害较多，山区受地理 环境的影响（海拔高、土壤电阻率普遍较大，降低接地电阻难 度大），易发生雷电绕击导线。 c、反击雷仍然存在。仍存在部分雷电流幅值超标情况。如 07年4月份龙政线（湖北段）610杆塔雷击故障雷电流幅值为 331kA，远超过设计的耐雷水平，防雷电反击问题也不容忽视。 d、近年来雷暴活动逐渐频繁。近期运行情况表明湖北段线 路故障大部分发生在宜昌三峡出线的山区，雷电活动较以前频 繁；江城线广东段每年的雷暴日均要超出设计的60个雷暴日， 雷电活动频繁。 采取的防范措施：采取的防范措施： 一是利用雷电定位系统，对线路雷电活动进行统计与分析， 并根据实际运行

10、情况，制定防雷治理区段（或雷电活动频繁区 域）。对雷电活动频繁区域线路，缩短接地电阻的检测周期， 发现接地电阻超标的杆塔，立即改造。 二是加大地网改造力度、降低杆塔的接地电阻。坚持做好 杆塔接地电阻测量和维护工作，加大对老线路地网更换改造力 度，对山区线路接地爬坡进行改造，通过重新加固接地爬坡， 回填土壤降低线路接地电阻，保证在每年的雷雨季节前接地电 阻值符合运行规程要求。 三是山区多雷区安装防绕击避雷针和可控避雷针，提高线 路的防雷效果。 四是从源头开始抓起，在设计上提高线路的耐雷水平。如 降低山区杆塔的接地电阻，采用负保护角提高防绕击雷的能力。 通过多年的滚动治理，取得了明显的效果。 2、

11、绝缘子污秽闪络故障 随着葛南线、龙政线、江城线和宜华线的先后投运，绝缘 子污秽闪络屡有发生。尤其以2005年发生的次数最多，高达22 次，且时间段多集中在冬春季节（11月底至2月份）。经统计分 析直流绝缘子发生污闪的主要原因有三： 一是由于直流线路吸附效应积污强，同时直流瓷质和玻璃 绝缘子自洁性能较低（特别是耐张水平串四联绝缘子下串积污 严重，且多串相应污闪概率较大），较长时间持续干旱（或冬 旱）无雨突遇低温浓雾恶劣气候易引起污闪。 二是随着工业化的高速发展，污染程度逐步严重。 三是设计绝缘配置裕度偏低，不能满足相应的污区等级。 采取的主要措施：采取的主要措施： 一是做好绝缘子盐密度、灰密度测

12、量等污区统计分析工作， 及时更新污区分布图，用于指导输电线路调爬改造项目和重点 清扫等工作的实施和开展。 二是积极开展绝缘子检测工作，对不合格绝缘子及时进 行更换。 三是坚持做好输电线路年度设备定期清扫工作。对污秽 严重地段缩短清扫周期或动态掌握设备停电时机，有针对性地 进行逢停必扫。 四是制定滚动计划，有计划、有重点、有步骤地提高线 路的绝缘水平。2000年-2007年，先后分3次实施完成了葛南线、 龙政线、江城线和宜华线全线合成化改造。包括更换合成绝缘 子和瓷绝缘子加片调爬，涂刷PRTV涂料。 3、覆冰舞动、超载、闪络故障 2008年初因罕见冰灾所引起的输电线路覆冰闪络15次； 另因覆冰舞

13、动和覆冰超载引起的倒塔、断线、地线滑移等情 况亦十分严重。覆冰舞动区域属于典型微气象区域，恶劣的 天气是发生冰闪、舞动及覆冰超载的主要原因： 一是输电线路在覆冰情况下发生导线舞动，导致线路设 备受损。 二是绝缘子串在覆冰融化时，绝缘子串表面易形成冰凌 桥接，形成放电通道，如果此时绝缘子积污严重，易发生冰 闪。 三是冰害，导地线覆冰超过设计负荷，造成塔头受压屈 服变形及倒塔断线等事故。 采取的主要措施： 一、舞动防治。组织分析舞动产生的机理，确定防治的措 施。在线路发生舞动的区段进行防舞器安装，提高发生舞动的 门槛值，有效抑制导线舞动幅值与强度，同时对舞动段内的双 串（瓷或玻璃）绝缘子每相安装一

14、组绝缘子串间隔棒作支撑， 防止双串绝缘子因舞动发生碰撞破损。 二、冰闪防治。一是采取在插花串的方式，即每一串绝缘 子中间按每3片（或5片）插1片草帽型大盘径绝缘子的办法，以 此达到防止绝缘子串上的冰凌桥接，起到防止冰闪的目的。二 是绝缘子倒V串改造，在保证导线与杆塔空气间隙不变的前提下， 可以加长绝缘子串长，提高绝缘强度。 三、覆冰超载治理。针对因覆冰超载造成的地线支架 屈服、地线串动、导地线断线等严重危及电网安全的事故 情况，治理的主要措施：一是增加导地线、金具等设备强 度，防止导地线断线，防止地线滑移窜动、地线掉线故障。 二是对杆塔构件进行局部加强，如地线支架加固。三是适 当缩短耐张段长度

15、，改善受力条件。截止09年4月1日已全 部完成葛南线、龙政线、江城线和宜华线的舞动、冰闪、 覆冰超载工作。 4、风偏故障、风偏故障 2003年以来，由于大风导致的线路风偏跳闸故障明显增多， 分析风偏跳闸的原因主要有： 一是部分线路自身抵御强风的能力不足。几起绝缘子串风 偏跳闸特征为：耐张塔跳线对杆塔构架放电，原因为引流线过 长或跳线绝缘子串为不稳定结构；直线塔导线或线夹金具对塔 身放电，反映出杆塔的风偏裕度偏紧。 二是设计上对防范动态交叉跨越风偏上扬的估计不足。几 起动态交叉跨越风偏故障的特点为：一般处于顺山脊走向的下 山坡迎风面的线路，跨越档下方低压电力线路档距偏大，受局 部强对流天气（大风

16、）的影响易造成风偏上扬而放电。 三是对山区线路大档距中央对边坡的距离估计 不足。目前设计一般考虑静态的安全距离，没进行 档距的导线风偏校核。如1000米左右的大档距中央 在大风情况下可能摆动约3050米，远远超过静态 的6.5米、8.5米、11米等几种情形下的安全距离。 绝缘子 大风作用下跳线上扬 山坡来风 金具 原跳线曲线 采取的主要措施：采取的主要措施： 一是及时进行杆塔风偏角校核工作，加强对微气候区的观测和记录， 积累运行资料。完成对葛南、龙政线全线杆塔的风偏校核工作，并结合线 路调爬对不满足风偏要求的杆塔实施改造。 二是针对具体情况，对耐张塔跳线采用在原来基础上增加重锤或改 双跳线串，

17、加大跳线串的压重的预防措施。 三是对部分杆塔采用大吨位绝缘子串，或加长合成绝缘子，并加装 重锤以提高其抗风能力。对处于微气候区的杆塔，尽量增大塔头的尺寸或 采取加装重锤、改倒V串、3V串等措施。 四是对线路下方动态交叉跨越进行校核，采取移线、增加锚固塔等 方式防止下方跨越导地线上扬而导致的放电故障。 五是对V串绝缘子采取防脱销措施，采取加抱箍、插板、改进连接金 具等。 5、鸟害及外破故障、鸟害及外破故障 鸟害及外破故障在历年的故障跳闸情况中，虽然发生的次数 很低，但总体呈上升趋势，所以仍应引起足够重视。 （1）鸟害 随着国家对环境保护的重视，各省市生态环境进一步好转， 鸟类活动逐步频繁，繁衍速

18、度加快，其栖息活动的范围也在不 断地扩大。根据目前鸟害跳闸的统计，其主要原因有四种：一 是鸟在杆塔横担上泄粪造成瓷绝缘子串严重污染而引起线路跳 闸；二是大鸟泄粪时粪便形成连续的线状物，直接短接全部或 部分绝缘子造成跳闸；三是鸟在杆塔横担上筑巢时，树枝（金 属丝、线）脱落短接全部或部分绝缘子引起线路跳闸；四是鸟 啄合成绝缘子对设备造成严重危害。 采取的主要措施：采取的主要措施： 一是在巡视中特别是鸟类繁殖季节注意观察鸟类活动， 积累鸟类活动规律；对鸟类活动频繁的地区进行排查，合理 划分鸟害区。 二是在鸟类活动频繁区域采用驱鸟器、防鸟刺、挡鸟板 或防鸟磁性涂料等新技术，阻止鸟类在绝缘子上方驻留，避

19、 免发生鸟害跳闸故障。 三是合成绝缘子上端采用防鸟型均压环，防止鸟类泄粪 形成放电通道。 四是采用新工艺、新方法改善和优化合成绝缘子生产配 方，改变合成绝缘子的颜色和味道，防止鸟啄情况的发生。 （2）外破）外破 历年来各种类型的外破故障都有出现，如烟花、 山火、焚烧秸秆、施工车辆，采取的主要措施： 一是加大电力设施保护宣传力度。制定宣传牌、 宣传册、宣传单等对沿线路的群众进行宣传。 二是加强护线网络建设。建立、健全群众护线网 络，加强护线员的培训、教育，护线员将定期汇报情 况，在发现异常情况时应及时汇报。 三是发现有可能危及电力设施安全的隐患时，应 及时下达安全隐患告知书，对不听劝阻的继续 进

20、行盲目破坏性施工、作业的应派员蹲点值守，严 防外力破坏发生，同时将书面函告施工方的业主单 位以及当地政府和安全监督局。 四是及时做好线路通道清理，在秋、冬季节及 时清理线路周边的杂草、枯枝，以减少可能发生山 火的隐患。对清明等重点防山火季节性，应做好人 员蹲点值守的安排，严防山火。 （四）相关建议（四）相关建议 1、加强线路抵御自然灾害能力、加强线路抵御自然灾害能力 设计选线阶段应细化收资，尽量避开重冰区、易 舞动区、塌陷区、易冲刷区、流沙区、重污区、多雷 区等环境和地址不良区域。以差异化设计为指导原则， 对跨区电网承担重要送电任务的直流输电线路应提高 防污、防雷、防冰、防风偏等抵御自然灾害设

21、防等级， 减少线路的跳闸次数和非停次数，减少对送受端电网 的功率冲击。 2、加强通道设计和处理工作、加强通道设计和处理工作 在工程建设前期，应加强与林业部门和当地电力运行部门 的联系和沟通，掌握线路沿途不同地区不同树木的最终生长 高度、经济生长高度和林业规划，定好线路通过时跨越（砍 伐）原则（标准），确保线路建成后能够长期安全稳定经济 运行。 优化大跨越升降机的选型，尽量采用户内型设计，尽量选 用高质量的升降机作为大跨越升降机。目前在运的不少升降机 运行不稳定，不利于大跨越日常巡检工作的正常开展。 3、优化大跨越升降机选型 4、加强与相关单位的沟通 在线路设计阶段，应向气象部门和当地运行单 位

22、充分收资，了解对沿线微气象区、污秽情况、平 行线路的故障情况等。对重冰区、大风区等微气象 区域，在杆塔选型设计等环节适应提高裕度，以减 少后期线路运行故障率和技改投入。 四、直流输电线路安全生产管理工作 一是认真开展直流输电线路运行分析和设备评价工作。 我公司坚持每年度运行分析会制度。各单位围绕近几年 来设备运行状况、健康水平、故障能力等进行细致分析、研究， 形成了内容丰富的运行分析资料。 同时启动并开展了直流输电线路设备状态评估,从技术管 理、设备配置与运行状况、专项技术防范措施（反事故措施） 等认真进行了检查评估，为充实和指导下一步线路工作的技术 措施和重点工作打好基础，并为设备治理及项目

23、申报提供依据 和指导意见。 （一）加强生产技术专业化管理 二是适时开展直流输电线路设备专项检查和整改。 在雷雨季节前，开展了直流输电线路危险隐患区（如建 筑施工区、采矿区、林区、滑坡区、钓鱼区、放风筝区、易 燃易爆区以及人为破坏多的地区等）、通道的排查以及输电 线路防雷工作调查、红外接点测温检查等，及时发现和处理 了设备存在的隐患。通过专项检查活动，能及时消除了设备 隐患和危险点。 三是稳步推进直流输电线路标准化建设。 我公司制定了500千伏直流输电线路管理标准及里程碑 计划，从2006年开始全面启动了输电线路的标准化建设，从 技术资料台账、工器具材料库房、现场标志牌等各类标识逐 步进行了规范。 一是确保直流输电线路设备检修计划上的精细管理，严 格执行和落实国网输变电设备年度检修计划，月有安排，周 有协调，日有跟踪