基于500kV输电线路主要自然灾害的分析与防治措施-李刚涛

基于500kV输电线路主要自然灾害的分析与防治措施李刚涛摘要：随着电力系统复杂性的增加、极端自然灾害的频发及社会对电能依赖程度的增长,电网被群发的相继故障解列为多个孤岛的风险越来越大。输电线路是电网的关键环节,预防与减少输电线路停运事故是实现电网安全可靠运行的保证。自然灾害对输电线路的破坏性影响已经成为危及安全、稳定输电的首要因素。

关键词：输电线路；自然灾害；防治措施

一、输电线路主要自然灾害事故统计分析

华北电网覆盖北京、天津、河北、山西、山东、内蒙古自治区多个地区、多个电压等级的电力线路,涵盖多条省际联络线路,在全网中占有十分重要的地位。

华北电网500kV线路分布面积广,沿线地理环境多高山、江河等复杂地形,气象条件恶劣,这些不利环境因素使华北电网部分输电线路常年受到自然灾害影响,跳闸、断线、倒塔等事故频发。500kV输电线路近年来自然灾害数量呈上升趋势的原因主要有以下几个方面:

1、线路数量增加。随着供电需求的增加,500kV线路扩容速度也在加快,统计灾害数量整体有上升趋势。

2、线路保护的完善。随着行波保护、纵差保护、光纤保护以及重合闸等输电线路继电保护措施的应用和保护水平的提高,跳闸次数整体有上升趋势。

3、线路在线监测的应用。华北电网在部分500kV线路装设在线监测系统以及雷电监测系统,配合线路保护装置,使输电线路的预防及保护水平有很大提高,运行跳闸次数有上升趋势。

4、气候条件恶化,灾害频发。最近几年全球性自然灾害时有发生,华北地区气候较之以前有明显恶化趋势。

5、部分线路经历多次灾害,设备老化。线路抢修后留有隐患的在恶劣气象条件下一定程度上加大受灾概率。

二、灾害成灾机理及预防策略

通过对历年自然灾害事故案例分析发现,对华北电网500kV输电线路造成损害的灾害种类主要包括以下几种类型。

（一）线路雷电灾害

雷电灾害是十大自然灾害之一,严重地威胁电力系统的安全。近年来高压架空输电线路由雷击引起的跳闸占线路总跳闸的40%~70%。运行经验表明,国家电网公司220kV及以上输电线路2005—2008年平均雷击跳闸占线路总跳闸的36.2%。

对于华北电网,雷击跳闸已成为线路跳闸的最主要原因。近年来华北电网输电线路雷击跳闸率总体呈上升趋势,高于国家电网公司平均水平。华北电网12条联络线均为跨省线路,线路走廊长且途径山脉起伏、地形复杂、雷电流活动频繁和山区土壤电阻率高的地区,该12条联络线面临着严峻的防雷考验。

（二）线路覆冰灾害

覆冰灾害对输电线路破坏性影响巨大,危害主要体现在以下方面:1、覆冰厚度超过线路设计最大负荷,导致塔线机械和电气方面的事故;

2、线路不均匀覆冰或不同期脱冰引起的塔线受力不均,破坏塔线结构的机械连接;

3、绝缘子串覆冰过多或被冰凌桥接,冰闪事故降低绝缘子串绝缘性能;

4、线路的不均匀覆冰使导线断面呈不对称形状,风吹导线产生空气动力学上的不稳定,引起线路频率在0.1~5Hz、振幅在1~15m的线路舞动。

覆冰灾害对华北电网输电线路破坏严重:2005年2月,华北地区的电网遭受了历史上罕见的覆冰灾害。数千公里的输电线路出现覆冰现象,局部地区线路的覆冰厚度达到80mm以上。严重覆冰导致输电线路出现跳闸、断线、倒塔等事故。此次覆冰事故对电网结构造成严重破坏,基中500kV线路倒塔24基,220kV线路倒塔18基。

覆冰自然灾害虽然发生概率小,但极端气候条件下覆冰灾害一旦发生,对线路造成损害极大。

覆冰自然灾害成因复杂,从根本上预防覆冰灾害难度较大,国内外针对线路覆冰灾害多采取“积极预防,及时除冰”的策略,并开发多种防覆冰和除冰方案:缩短耐张段长度;采用耐磨型线夹;加固杆塔横担等薄弱环节;采用防覆冰Z型导线;在导地线或绝缘子上涂刷防覆冰材料;线路覆冰超过一定厚度后,及时采取电流融冰、机械除冰等。华北电网在重冰区线路装设线路覆冰在线监测装置,及时预防覆冰灾害对输电线路造成破坏性影响。

（三）线路舞动

线路风害输电线路在大风气候条件下容易发生线路舞动和风偏闪络事故。华北电网500kV输电线路受风力影响出现的跳闸事故较多:自有故障记录以来,因强风导致的线路跳闸次数达64次,多集中在5—8月和11—1月2个时间段,其中风偏闪络事故占其中的40%左右。现场运行表明,绝大多数风偏闪络是在工作电压下发生,与雷击闪络和操作冲击闪络不同,重合闸一般不能成功,继而导致线路故障。输电线路舞动具有发生机理复杂、防治难度大和破坏力强的特点。通过华北电网500V输电线路故障统计分析表明,线路舞动在覆冰条件下发生闪络跳闸的概率更高。华北电网针对舞动和风闪与高校、科研单位开展了输电线路舞动相关关键技术问题研究。

（四）线路雾闪

灾害线路在大雾条件下极易发生雾闪、湿闪现象。华北电网500V线路沿线多江河、湿地,潮湿气候是线路多雾闪跳闸事故的成因之一。有故障记录以来,大雾天气造成的跳闸事故有29次,事故多集中在秋冬季节,其中相当一部分重合闸不成功,造成线路停运事故。不利的气象条件、外绝缘水平(爬电比距)调整未到位、绝缘子选型及多串绝缘子结构的影响等是事故发生的促成因素。华北电网对发生过雾闪事故的线路进行线路、绝缘子的定期清扫,但是实际效果不理想,按照污区分布图设定绝缘子串的爬电比距才能保证线路运行安全。

（五）山火灾害

通过对故障记录的整理和分析,华北电网500kV输电线路因山火故障的跳闸次数有46次,其主要是线路附近居民烧荒、祭祖焚烧祭品所致。输电线路因山火出现跳闸事故通常是导线对地空气间隙被击穿,造成导线对地面物体放电,或是导线对杆塔突出的塔材、脚钉等放电,其中绝大部分击穿为导线对地放电。

（六）地震及其他灾害

地震灾害是威胁输电线路安全可靠运行的自然灾害之一。华北地区虽然近几年没有重大地震出现，不过对于其他电网区域的灾情可以借鉴。例如西南电网2008年四川汶川发生里氏8.0级地震,四川电网在此次地震中遭受了极大程度的破坏,包括成都、阿坝、德阳、绵阳、广元、雅安6市(州)、21县等地电网均受到不同程度的损坏,造成电网供电负荷、供电电量及设备损失。

500kV输电线路在这次地震灾害事故中受损的主要是塔基部分,其中2处杆塔出现倒塔事故,220kV及以下等级的输电线路受损情况比500kV线路严重。由于线路杆塔高耸结构的特殊性,抗震能力较低,倒塔多集中在铁塔中部折断和底部支座处的倒塌,倒塔引起输电线拽断并且由于导线张力过大引起倒塔的连锁反应。另外,地震引起的山体滑坡、泥石流等灾害对杆塔造成了严重的塔体倾斜和构件损坏。

由于地震灾害的突发性及不可抗拒的巨大破坏力,给电网的安全稳定运行带来隐患,在灾后重建过程中,除了对杆塔塔基和塔体采取锚固措施之外,新建杆塔和线路尽量避开泥石流多发地带,一定程度上降低了地震对线路的破坏性影响。

参考文献：

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