高 嵩，劉 洋，路永玲，崔艷東

(1.江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇南京 211103；2.江蘇省電力公司省檢修分公司，江蘇南京 211102)

交流特高壓輸電技術(shù)是解決我國(guó)電力負(fù)荷和能源分布嚴(yán)重不平衡，實(shí)現(xiàn)以清潔能源替代傳統(tǒng)高污染能源的重要方法。根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司特高壓建設(shè)規(guī)劃，到“十二五”末年，將會(huì)建成覆蓋全國(guó)的特高壓電網(wǎng)[1]。按照此規(guī)劃內(nèi)容，除已投運(yùn)的晉東南-荊門和剛建成的皖南—浙北特高壓工程外，未來(lái)數(shù)年將有多條交流特高壓線路有望開工建設(shè)，如錫盟—南京、靖邊—濰坊、雅安—皖南、蒙西—長(zhǎng)沙以及淮南—上海等工程[2]。隨著交流特高壓線路投運(yùn)數(shù)量的不斷增多，其運(yùn)行維護(hù)面臨的問題將逐漸突顯。因此運(yùn)行維護(hù)部門有必要詳細(xì)梳理我國(guó)現(xiàn)有特高壓輸電線路運(yùn)維現(xiàn)狀，及時(shí)總結(jié)其中的先進(jìn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)今后特高壓輸電線路的安全可靠運(yùn)行、提高運(yùn)行維護(hù)檢修工作效率和創(chuàng)新運(yùn)行管理模式等具有重要指導(dǎo)意義。

1 交流特高壓線路的總體特點(diǎn)

（1）桿塔結(jié)構(gòu)。為確保足夠的電氣間隙和間距要求，特高壓輸電線路設(shè)計(jì)桿塔更高、線路最低對(duì)地距離高達(dá)26 m，絕緣子串長(zhǎng)度一般超過10 m，考慮一定的弧垂，水平排列的特高壓線路桿塔的呼稱高一般超過50 m，三角排列的特高壓線路桿塔呼稱高超過60 m，同桿并架線路桿塔一般超過80 m。其二是桿塔強(qiáng)度更大。塔的強(qiáng)度主要受使用應(yīng)力和塔高決定。由于特高壓導(dǎo)線更重，導(dǎo)線高度又比較高，塔的使用應(yīng)力超過500 kV 桿塔2 倍，高度約為2 倍，因此交流特高壓線路桿塔主材和基礎(chǔ)的強(qiáng)度為常規(guī)500 kV 線路桿塔的4 倍以上。三是桿塔根開更大。為優(yōu)化設(shè)計(jì)，節(jié)省塔材，特高壓線路適當(dāng)放大了桿塔根開，一般桿塔根開約為15×15 m 水平。

（2）導(dǎo)線結(jié)構(gòu)。交流特高壓線路導(dǎo)線為八分裂結(jié)構(gòu)，兩邊相導(dǎo)線間水平距離在40 m 以上，兩地線間水平距離在30 m 以上，三角排列桿塔的導(dǎo)線中相與邊相的垂直距離在20 m 以上，子導(dǎo)線間采用阻尼間隔棒。

（3）桿塔基礎(chǔ)。特高壓線路桿塔基礎(chǔ)作用力比500 kV 桿塔高4至5 倍，所經(jīng)地區(qū)地質(zhì)、地貌條件較為復(fù)雜，可分為山區(qū)、丘陵、泥沼、河網(wǎng)地區(qū)等，與此相應(yīng)的基礎(chǔ)型式也具有多樣化，如灌樁式基礎(chǔ)、挖孔樁原狀土基礎(chǔ)、巖石錨樁類基礎(chǔ)、復(fù)合式微型樁基礎(chǔ)等、相應(yīng)也帶來(lái)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)行維護(hù)困難等特點(diǎn)。

（4）絕緣子類型及組串方式。目前運(yùn)行的特高壓線路上所用絕緣子按形狀和材質(zhì)分主要有盤形瓷質(zhì)絕緣子、盤形鋼化玻璃絕緣子和棒形復(fù)合絕緣子3 類。通常耐張串采用瓷質(zhì)絕緣子和玻璃絕緣子組串，直線串采用復(fù)合絕緣子。組串型式有2～4 聯(lián)的I 型串并聯(lián)和V型雙串；布置方式有垂直布置、水平布置和V 串布置等。從絕緣子使用量上，同一鐵塔上瓷或玻璃絕緣子的數(shù)量比超高壓線路約多8 倍。

（5）特高壓金具。由于特高壓線路導(dǎo)線分裂數(shù)多、導(dǎo)線截面大，金具承受的荷載也隨之增大，因此特高壓線路金具具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸大、工藝質(zhì)量和機(jī)械強(qiáng)度要求高等特點(diǎn)。

（6）運(yùn)行可靠性要求高。1000 kV 交流特高壓輸電線路輸送功率約為500 kV 線路的4至5 倍，一旦線路出現(xiàn)故障，對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)將產(chǎn)生巨大的影響。因此線路在可靠性方面有著很高的要求。

2 交流特高壓線路的運(yùn)行維護(hù)特點(diǎn)

2.1 環(huán)境特點(diǎn)

特高壓線路由于輸送距離大，線路長(zhǎng)，大多貫穿南北或東西，沿線經(jīng)過地區(qū)的地形、地貌復(fù)雜，氣候多變，氣象條件惡劣，許多地區(qū)為事故多發(fā)區(qū)（如山西、河南、湖北、湖南、江西等地均屬于我國(guó)輸電線路冰害和舞動(dòng)的易發(fā)區(qū)，華北為污閃事故區(qū)等）；加之途經(jīng)的高海拔山區(qū)具有明顯的立體氣候特征，微地形、微氣象條件復(fù)雜，在一個(gè)小范圍內(nèi)，由于地形變化，氣候會(huì)有很大差異，從而給特高壓線路部分區(qū)段帶來(lái)復(fù)雜的運(yùn)行工況[3]。

2.2 故障特點(diǎn)

（1）雷擊故障。由于特高壓線路的本身絕緣水平很高，雷擊避雷線或塔頂而發(fā)生反擊閃絡(luò)的可能性較低[4]，但特高壓輸電線路桿塔高度高，導(dǎo)線上工作電壓幅值很大，比較容易從導(dǎo)線上產(chǎn)生向上先導(dǎo)，相當(dāng)于導(dǎo)線向上伸出的導(dǎo)電棒，從而引起避雷線屏蔽性能變差。使得雷云繞過避雷線，直擊導(dǎo)線的概率將顯著增加。理論分析和運(yùn)行情況均表明，特高壓輸電線路雷擊跳閘的主要原因是避雷線屏蔽失效，雷電繞擊導(dǎo)線造成的。

（2）覆冰故障。特高壓線路大多經(jīng)過重冰區(qū)，其導(dǎo)線截面較大，導(dǎo)線分裂數(shù)較多，覆冰重量也會(huì)較大，因此覆冰超載事故、不均勻覆冰及不同期脫冰事故容易發(fā)生，特別是脫冰引起較大幅度的跳躍對(duì)特高壓線路的影響更為嚴(yán)重。

（3）污閃故障。特高壓線路電壓等級(jí)高，且線路路徑長(zhǎng)，途經(jīng)不同類型污穢地區(qū)，加之近年來(lái)，我國(guó)大氣環(huán)境日趨惡劣，大范圍霧霾天氣時(shí)有發(fā)生，使得特高壓線路防污閃問題更加突出；對(duì)于重污區(qū)、冰區(qū)重疊地帶，還有可能在融冰過程中引發(fā)冰閃。因此，特高壓線路絕緣子的防污閃特性提出了更高的可靠性要求。

（4）振動(dòng)故障。特高壓線路具有檔距大、掛點(diǎn)高、分裂數(shù)多、導(dǎo)線截面大等特點(diǎn)，給線路的防振、防舞帶來(lái)了新的問題。雖然特高壓線路分裂導(dǎo)線安裝具有良好耗能減振作用阻尼間隔棒，但從高可靠性要求出發(fā)，對(duì)特高壓線路仍需進(jìn)行防振設(shè)計(jì)，當(dāng)線路通過風(fēng)速為6～25 m/s，覆冰厚度在3～25 mm，氣溫為-6～0℃，地形為平坦開闊地、江河湖面等雨凇地區(qū)時(shí)需進(jìn)行防舞設(shè)計(jì)。

（5）風(fēng)偏故障。特高壓線路的桿塔高度和超長(zhǎng)的絕緣子串，使得線路發(fā)生風(fēng)偏事故的可能性增加，特別是重污區(qū)的“I”型合成絕緣子因串長(zhǎng)、重量輕，在微氣象區(qū)的影響下，發(fā)生風(fēng)偏故障的可能性較大，因此在線路途經(jīng)局地強(qiáng)風(fēng)帶地區(qū)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行防風(fēng)偏設(shè)計(jì)并采取防風(fēng)偏措施。

2.3 檢修特點(diǎn)

（1）對(duì)檢修工器具要求高。特高壓架空線、桿塔、絕緣子、金具等結(jié)構(gòu)尺寸大、載荷大[5]，使得現(xiàn)有一般電壓等級(jí)線路所用的檢修工具在尺寸、承載能力、安全措施等方面無(wú)法勝任其檢修作業(yè)要求，需要開發(fā)研制新的檢修工器具或?qū)ΜF(xiàn)有檢修工具進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造。

（2）絕緣子更換難度大。特高壓線路中，直線塔大多數(shù)采用V 型合成絕緣子串，而且串型多、串身長(zhǎng)，使得絕緣子串（片）的更換難度較一般電壓等級(jí)線路要困難許多。解決此類問題需要研制安全、高效，可靠的垂直荷載轉(zhuǎn)移方案和相應(yīng)的配套工器具，保證水平載荷轉(zhuǎn)移過程中不出現(xiàn)斷線的情況；同時(shí)還須研制適用于V 型懸垂串與耐張串長(zhǎng)度的承力檢修工器具，制訂合理有效的作業(yè)順序方案等。

（3）帶電作業(yè)作為首選檢修方式。為保證供電的可靠性和連續(xù)性，特高壓線路的檢修方式應(yīng)以帶電作業(yè)為主，研究試驗(yàn)安全有效的特高壓帶電作業(yè)方法（作業(yè)方式、操作規(guī)程、確定安全距離、有效絕緣長(zhǎng)度等），制定科學(xué)、合理的安全保障措施以及研制性能優(yōu)異、穩(wěn)定的帶電作業(yè)工具和防護(hù)用具是保證帶電作業(yè)安全的重要內(nèi)容。

3 交流特高壓線路反事故措施應(yīng)用現(xiàn)狀

（1）防雷措施。前蘇聯(lián)的交流特高壓輸電線路在1985年至1994年運(yùn)行期間，雷擊跳閘高達(dá)16 次，占其總跳閘次數(shù)的84%[6]，并且主要原因是雷繞擊于少數(shù)轉(zhuǎn)角桿塔的導(dǎo)線上，因此運(yùn)行特高壓線路防雷的重點(diǎn)為防繞擊。采用良好的避雷線屏蔽設(shè)計(jì)，是提高特高壓輸電線路耐雷性能的主要措施。同時(shí)還應(yīng)該考慮到特高壓輸電線路導(dǎo)線上工作電壓對(duì)避雷線屏蔽的影響。對(duì)于山區(qū)，因地形影響（山坡、峽谷），避雷線的保護(hù)可能需要取負(fù)保護(hù)角。在晉東南—荊門特高壓線路綜合考慮線路走廊及耐雷水平，優(yōu)化塔型設(shè)計(jì)，采用負(fù)保護(hù)角，并考慮加裝第三根地線的防雷設(shè)計(jì)；對(duì)地面傾斜角小于20°的平原路段，采用地線保護(hù)角小于4°貓頭塔；對(duì)地面傾斜角大于20°山區(qū)，采用地線保護(hù)角小于-2°酒杯塔，使2 根地線的距離不超過中相導(dǎo)線距離地線的4 倍，其雷擊跳閘率可控制在0.1 次/（100 km·年）內(nèi)。荊南I 線自2009年1 月6 日投運(yùn)，未采取其他防雷保護(hù)措施，至今運(yùn)行良好。

（2）防污閃措施。目前特高壓線路防污閃事故措施主要是從設(shè)計(jì)上通過增加絕緣子串長(zhǎng)，提高泄漏距離來(lái)提高耐污閃能力[7]；在污穢嚴(yán)重地區(qū)采用大噸位、高強(qiáng)度的合成絕緣子；對(duì)空掛或運(yùn)行絕緣子進(jìn)行飽和鹽密測(cè)量，及時(shí)制定或修訂污區(qū)圖、根據(jù)實(shí)際情況使用防污閃涂料、開展帶電清掃技術(shù)的研究與應(yīng)用；開發(fā)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)掌握線路的污穢情況，及時(shí)安排狀態(tài)檢修等。

（3）防微風(fēng)振動(dòng)措施。目前特高壓線路主要采用阻尼間隔棒，防振錘等措施，但特高壓線路導(dǎo)線平均掛點(diǎn)更高，從確保安全的角度出發(fā)，我國(guó)特高壓線路的防振參照了超高壓線路的方式進(jìn)行了防振設(shè)計(jì)。此外，適用于交流特高壓線路微風(fēng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置也已研制成功，能夠保證裝置在特高壓電壓等級(jí)下不產(chǎn)生電暈，現(xiàn)已投入應(yīng)用。

（5）防舞動(dòng)措施。中國(guó)電力科學(xué)研究院研究建立了適用于我國(guó)特高壓輸電線路的防舞措施。通過研究分裂導(dǎo)線覆冰扭轉(zhuǎn)特性及扭轉(zhuǎn)振動(dòng)與橫向振動(dòng)的耦合問題，建立了分裂導(dǎo)線失諧防舞機(jī)理，設(shè)計(jì)了失諧間隔棒防舞裝置；基于減輕導(dǎo)線覆冰不均勻性原則研制了線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒；基于舞動(dòng)穩(wěn)定性機(jī)理設(shè)計(jì)了雙擺防舞器；并建立了相應(yīng)防舞器的防舞設(shè)計(jì)方法[8]。清華大學(xué)在建立了3 自由度多檔導(dǎo)線模型的基礎(chǔ)上，研究分析了特高壓輸電線路覆冰厚度、脫冰量、檔距大小、耐張段中檔數(shù)、導(dǎo)線懸掛點(diǎn)高差、不均勻脫冰等因素對(duì)導(dǎo)線脫冰跳躍的影響，為特高壓輸電線路導(dǎo)線排列、鐵塔選型、檔距配置等提供了理論依據(jù)。

（5）防覆冰措施。在特高壓輸電線路的設(shè)計(jì)中，根據(jù)線路所經(jīng)過地區(qū)的特點(diǎn)進(jìn)行了冰區(qū)的劃分；對(duì)無(wú)法避免線路經(jīng)過重冰區(qū)的情況下，根據(jù)導(dǎo)線脫冰跳躍影響進(jìn)行了導(dǎo)線的布置方式、桿塔選型、檔距配置等研究和設(shè)計(jì)。在現(xiàn)有防除冰技術(shù)研究的基礎(chǔ)上加大了除冰技術(shù)、融冰方法的研究與試驗(yàn)，并進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)與研制。由國(guó)家電網(wǎng)公司提出的直流輸電系統(tǒng)線路融冰方法，即可在不停電的情況下實(shí)現(xiàn)主動(dòng)融冰的功能；采用這種融冰方法，可節(jié)約投資近7 億元，并有效提高了輸電系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。

（6）防風(fēng)偏措施。針對(duì)特高壓線路絕緣子串長(zhǎng)，易發(fā)生風(fēng)偏故障的特點(diǎn)，目前主要從設(shè)計(jì)上對(duì)事故多發(fā)地區(qū)的線路空氣間隙適當(dāng)增加裕度；在可能引發(fā)強(qiáng)風(fēng)的微地形地區(qū)，合理采用“V”型串；對(duì)運(yùn)行中易產(chǎn)生風(fēng)偏故障區(qū)域的絕緣子下方加裝重錘；研制特高壓直流線路塔上氣象參數(shù)和風(fēng)偏參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，適時(shí)監(jiān)測(cè)塔上風(fēng)速及風(fēng)向、雨量、導(dǎo)線風(fēng)偏運(yùn)行軌跡、風(fēng)偏角、導(dǎo)線與桿塔間的風(fēng)偏間隙等措施。

4 運(yùn)行維護(hù)技術(shù)的研究應(yīng)用現(xiàn)狀

（1）直升機(jī)巡線技術(shù)應(yīng)用。通過在直升機(jī)上使用可見光、紅外、紫外成像等巡視設(shè)備，可完成紅外測(cè)溫、紫外探測(cè)及可見光檢查等工作，并能夠判斷通道、鐵塔、金具、導(dǎo)地線、絕緣子等缺陷；判斷接頭過熱、異常電暈、導(dǎo)地線內(nèi)部損傷和零劣質(zhì)絕緣子等缺陷等。直升機(jī)巡線技術(shù)具有迅速、快捷、效率高（每天可以完成大約80～100 基塔的雙側(cè)檢查任務(wù)）、質(zhì)量好、不受地域影響、能快速發(fā)現(xiàn)線路缺陷并且安全性好等優(yōu)點(diǎn)，目前已成功應(yīng)用于超高壓線路運(yùn)行維護(hù)，其在特高壓線路運(yùn)行維護(hù)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

（2）在線監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用。在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是特高壓線路實(shí)施狀態(tài)檢修的前提條件，已經(jīng)研究開發(fā)的架空線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)和在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)眾多，可有效應(yīng)用于特高壓線路上的主要有氣象參數(shù)監(jiān)測(cè)、微風(fēng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)、覆冰監(jiān)測(cè)、絕緣子污穢監(jiān)測(cè)、桿塔傾斜監(jiān)測(cè)及防盜、防鳥監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。目前在晉東南—荊門特高壓線路上共安裝微風(fēng)振動(dòng)、舞動(dòng)、桿塔傾斜、氣象和風(fēng)偏、視頻、覆冰及絕緣子鹽密共7 類87 套在線監(jiān)測(cè)裝置，結(jié)合特高壓航測(cè)數(shù)據(jù)，可提供基于三維可視化技術(shù)的在線監(jiān)測(cè)顯示和控制平臺(tái)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止至2012年6 月，1000 kV 長(zhǎng)南Ⅰ線在線系統(tǒng)監(jiān)測(cè)裝置共獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)已超過70 萬(wàn)條，通過監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與運(yùn)行及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)，未發(fā)現(xiàn)運(yùn)行異常[9]。

（3）紅外測(cè)溫和紫外成像技術(shù)應(yīng)用。近年來(lái)，紅外精細(xì)化測(cè)溫技術(shù)在晉東南-荊門特高壓線路上得到大量應(yīng)用，根據(jù)長(zhǎng)南I 線（山西段）全線路耐張塔紅外測(cè)溫結(jié)果，系統(tǒng)功率升至467.64 MW～4800 MW，與1 m外導(dǎo)線的溫度相比，接續(xù)金具溫升在0～5℃，耐張塔跳線與管母接頭溫升在0～6℃；與環(huán)境溫度相比，導(dǎo)線溫升在0～3℃，屏蔽環(huán)溫升在0～4℃，引流線管母溫升在0～3℃，絕緣子溫升在0～4℃，均可滿足運(yùn)行要求。

由于紫外成像能夠迅速、形象、直觀地顯示出線路運(yùn)行的真實(shí)狀態(tài)信息，較明確地給出設(shè)備中放電位置及放電程度，能方便快捷地查找出電暈放電部件。通過對(duì)長(zhǎng)南Ⅰ線（山西段）全線229 基鐵塔的主要電氣部位進(jìn)行了8 次電暈放電和電弧紫外成像檢測(cè)工作，共獲得數(shù)據(jù)1345 組，發(fā)現(xiàn)放電異常數(shù)據(jù)15 組，經(jīng)登塔檢查和對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析均為均壓環(huán)安裝位置不同心同軸造成的對(duì)絕緣子放電。另外，在檢測(cè)過程中，紫外成像的觀測(cè)距離、污穢程度、氣壓與溫度、海拔、儀器的增益都會(huì)影響到測(cè)量計(jì)數(shù)結(jié)果，還需在今后的運(yùn)行中不斷積累檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)。

（4）帶電作業(yè)技術(shù)應(yīng)用。在帶電作業(yè)已有研究成果基礎(chǔ)上，國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院2008年結(jié)合晉南荊試驗(yàn)示范工程進(jìn)行了1：1 真型試驗(yàn)，在國(guó)內(nèi)外首次系統(tǒng)地開展了交流1000 kV 輸電線路帶電作業(yè)研究，針對(duì)系統(tǒng)過電壓水平、海拔高度的不同，試驗(yàn)研究確定了各工況及作業(yè)位置的最小安全距離、最小組合間隙、絕緣工具最小有效絕緣長(zhǎng)度等。自主研究生產(chǎn)的絕緣工具、帶電作業(yè)屏蔽服等均可以滿足交流1000 kV 輸電線路帶電作業(yè)的要求。湖北超高壓輸變電公司為適應(yīng)特高壓帶電作業(yè)的需要，成功研制了獲得國(guó)家自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大噸位瓷瓶卡具、大噸位六分裂導(dǎo)線提線器、液壓油泵絲桿、分體式絕緣拉桿等9 項(xiàng)檢修及帶電作業(yè)的工器具。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前我國(guó)在特高壓線路運(yùn)行維護(hù)技術(shù)的理論研究及實(shí)踐方面已經(jīng)取得了卓有成效的成果和應(yīng)用，但由于特高壓線路運(yùn)行維護(hù)方面的經(jīng)驗(yàn)仍相對(duì)有限，要求各屬地特高壓輸電線路運(yùn)行單位在日常維護(hù)中通過積累大量現(xiàn)場(chǎng)資料進(jìn)行分析整理，結(jié)合線路所處環(huán)境制

定相應(yīng)的運(yùn)行維護(hù)規(guī)范，為保證特高壓輸電線路的安全可靠運(yùn)行提供現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。隨著特高壓線路投運(yùn)數(shù)量的增加和運(yùn)行維護(hù)工作的全面開展，運(yùn)行單位應(yīng)加強(qiáng)與科研機(jī)構(gòu)、大專院校合作，在大量采集現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開展特高壓線路運(yùn)行維護(hù)技術(shù)的理論研究和試驗(yàn)，改進(jìn)和完善現(xiàn)有運(yùn)行維護(hù)方法，為我國(guó)特高壓線路的安全可靠運(yùn)行提供保障。

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