李超

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司能源與環(huán)境部，河北唐山 063200）

地理環(huán)境及氣候?qū)┨齐娏υO(shè)備的影響及應(yīng)對(duì)

李超

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司能源與環(huán)境部，河北唐山 063200）

首鋼京唐公司地處渤海之濱曹妃甸，靠近海岸，環(huán)境潮濕。受大陸季風(fēng)氣候影響，常年遭遇季節(jié)性大霧凝露、雷雨大風(fēng)等天氣。這給戶外電力設(shè)施維護(hù)及電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。通過分析借鑒實(shí)際案例，探討應(yīng)對(duì)惡劣環(huán)境氣候因素下的故障預(yù)防措施及改進(jìn)方法。

沿海氣候；電力故障；預(yù)防措施

1 引言

首鋼京唐公司臨港靠海，地理位置優(yōu)越。廠區(qū)內(nèi)發(fā)電廠、變電站、輸電線路眾多。雖然公司電網(wǎng)的組織構(gòu)架和運(yùn)行方式經(jīng)過不斷的優(yōu)化完善已經(jīng)日趨合理成熟，但是一些突發(fā)性、不可預(yù)見性的環(huán)境氣候因素依然給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)極大的隱患。尤其包括空架線、避雷器、變壓器在內(nèi)的許多戶外電力設(shè)施，長(zhǎng)期受沙塵、鹽霧、雷雨等異常惡劣天氣影響，不僅對(duì)設(shè)備本身造成損害，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起電力系統(tǒng)故障，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此在電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)工作中，對(duì)氣象災(zāi)害的重視和了解勢(shì)在必行。

2 環(huán)境氣象因素對(duì)電力設(shè)備及系統(tǒng)的影響

曹妃甸地區(qū)屬于大陸性季風(fēng)氣候，具有明顯的溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候特征。結(jié)合其氣候特點(diǎn)和廠區(qū)環(huán)境，我們總結(jié)了影響該地域電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的環(huán)境因素及氣象災(zāi)害，主要包括以下幾類：

2.1 大風(fēng)，是影響范圍最廣，也是對(duì)電網(wǎng)輸電線路造成危害最嚴(yán)重的氣象災(zāi)害之一。受季風(fēng)氣候影響曹妃甸地區(qū)全年風(fēng)向更替明顯，春夏季常出現(xiàn)雷雨、大風(fēng)強(qiáng)對(duì)流天氣（氣象數(shù)據(jù)顯示年各向平均風(fēng)速接近5 m/s，最大風(fēng)速25 m/s，全年7級(jí)以上風(fēng)力出現(xiàn)頻率4.9%）。通常大風(fēng)天氣對(duì)空架線、桿塔等電力設(shè)施造成的影響有以下幾個(gè)方面：

（1）導(dǎo)致桿塔折斷倒塌，輸電線路斷路；（2）吹起異物造成搭接引起相間短路；

（3）空架線擺動(dòng)，磨損絞線，誘發(fā)風(fēng)閃，降低重合閘成功率。

2.2 沙塵。特殊環(huán)境使得鋼廠空氣中含有大量粉塵等固體顆粒物。這當(dāng)中有揚(yáng)沙天氣造成的短時(shí)影響，但大部分粉塵主要來(lái)自于工業(yè)原料以及雜質(zhì)的放散。

沙塵的長(zhǎng)期積累，會(huì)對(duì)套管、絕緣子等電力設(shè)施造成以下幾個(gè)方面的影響：

（1）表面形成污穢層，減小爬電距離，降低憎水性等；

（2）伴隨雨、霧等環(huán)境影響絕緣性能，誘發(fā)污閃。

2.3 鹽霧。曹妃甸地區(qū)終年潮濕，且冬夏極端氣溫溫差較大，所以極易出現(xiàn)季節(jié)性鹽霧凝露天氣，濕氣凝結(jié)在套管、絕緣子表面或侵入電氣設(shè)備內(nèi)部會(huì)造成以下幾個(gè)方面的影響：

（1）產(chǎn)生電暈放電，誘發(fā)霧閃；

（2）潮氣侵入導(dǎo)致設(shè)備絕緣老化；

（3）與大氣中的二氧化硫、二氧化碳等排放物結(jié)合形成酸性濕塵，附著在設(shè)備表面，在電場(chǎng)的作用下發(fā)生電化學(xué)腐蝕。

2.4 雷雨。曹妃甸屬于多雷地區(qū)，具有分布密集的特點(diǎn)，雷暴發(fā)生時(shí)通常還伴隨強(qiáng)降雨天氣（氣象數(shù)據(jù)顯示該地區(qū)雷暴多集中在7月汛期，年均天數(shù)12天，占全年雷暴日的70%～80%。）。雷暴對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的影響主要有以下幾個(gè)方面：

（1）造成雷擊過電壓，損毀設(shè)備，引起導(dǎo)線燒毀斷線或跳閘事故；

（2）伴隨雨水降低空氣絕緣強(qiáng)度，引起絕緣擊穿或絕緣子閃絡(luò)。

3 事故案例及分析

3.1 變壓器高壓套管閃絡(luò)事故案例

由于發(fā)電廠地處特殊生產(chǎn)環(huán)境：靠海近、濕度大，所以在惡劣天氣狀況下易受雨雪霧等天氣的影響發(fā)生閃絡(luò)事故。故障點(diǎn)圖片如圖1所示。

圖1 變壓器高壓套管閃絡(luò)故障點(diǎn)

電廠啟備變A相套管閃絡(luò)造成單相接地故障，主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開高壓側(cè)開關(guān)，發(fā)電機(jī)解列停機(jī)。事故引起的電網(wǎng)電壓電流波動(dòng)，同時(shí)影響了多個(gè)聯(lián)絡(luò)站和下級(jí)工藝站，造成電機(jī)變頻器過流保護(hù)動(dòng)作跳閘、軌道傳動(dòng)柜保險(xiǎn)擊穿燒毀及低壓配電柜失壓脫扣等故障。圖2為110 kV并網(wǎng)變電站4#母線及電鐵聯(lián)絡(luò)線故障錄波圖形。

圖2 110 kV并網(wǎng)變電站4#母線及電鐵聯(lián)絡(luò)線故障錄波圖形

從圖2我們看出A相發(fā)生嚴(yán)重的單相接地故障，4#母線A相電壓降至2.28 V（一次值2.5 kV）左右，故障持續(xù)約3個(gè)周波（60 ms），經(jīng)過半個(gè)周波的震蕩過程，三相電壓恢復(fù)正常。電鐵聯(lián)絡(luò)線A相3.9 A（一次值7.82 kA）。

3.2 220 kV架空線風(fēng)閃案例

這是一起典型的因大風(fēng)強(qiáng)降雨天氣造成的戶外聯(lián)絡(luò)線風(fēng)閃事故，事故造成220 kV變電站與華北電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，開關(guān)跳閘。保護(hù)裝置檢測(cè)接地距離4.088 km處。經(jīng)大線巡視找到故障位置，故障點(diǎn)如圖3所示。

圖3 220 kV架空線風(fēng)閃故障點(diǎn)

為架空線C相對(duì)路燈桿放電，從圖中我們能看出燈桿上有明顯的灼燒放電痕跡。220 kV變電站4#母線及聯(lián)絡(luò)線故障錄波圖形，如圖4所示：4#母線C相電壓降至9.37 V（一次值20.6 kV）左右，故障持續(xù)約3個(gè)周波（60 ms）后，經(jīng)線路重合閘恢復(fù)正常。曹軋聯(lián)絡(luò)線C相2.17 A（一次值5.43 kA）。

圖4 4#母線及聯(lián)絡(luò)線故障波形圖

3.3 絕緣套管接線過熱案例

這是一起由點(diǎn)檢人員發(fā)現(xiàn)的過熱故障，如圖5所示。故障點(diǎn)位置為110 kV站GIS戶外絕緣套管與架空線路下引線的連接處，紅外熱成像儀顯示故障點(diǎn)的最高溫度達(dá)到110℃（環(huán)境溫度30℃）。停電處理發(fā)現(xiàn)，下引線的銅鋁過渡連接件表面出現(xiàn)了嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象，經(jīng)過砂紙打磨后才露出原有平整光滑的金屬接觸面。

3.4 故障分析

圖5 絕緣套管接線過熱故障點(diǎn)

從以上三起故障案例我們可以看出，特殊的廠區(qū)環(huán)境及氣候條件對(duì)電力設(shè)施造成的影響。套管閃絡(luò)是由于鹽霧、粉塵、凝露等天氣環(huán)境因素綜合作用，在套管表面形成含有水分雜質(zhì)的導(dǎo)電層，減小了傘裙的爬電距離，降低了套管的絕緣性能，引起沿面放電，誘發(fā)污閃?？占芫€閃絡(luò)是由于大風(fēng)、雷雨等天氣因素綜合作用，導(dǎo)致架空線路擺動(dòng)，縮短與燈桿的絕緣距離，加之雨水、飛揚(yáng)的雜質(zhì)使原有的空氣絕緣介質(zhì)導(dǎo)電率增加，導(dǎo)致間隙放電電壓降低，誘發(fā)風(fēng)閃。連接件過熱是由于濕氣、排放廢氣、鹽霧等環(huán)境因素綜合作用，在連接件與套管接觸表面形成由水分、二氧化硫等氣體及無(wú)機(jī)鹽雜質(zhì)組成的電解液，在電場(chǎng)的作用下構(gòu)成了以鋁為負(fù)極、銅為正極的原電池，造成電化學(xué)腐蝕，導(dǎo)致接觸電阻增大。同時(shí)腐蝕所產(chǎn)生的接觸面間隙，又會(huì)進(jìn)一步加劇電解反應(yīng)，形成惡性循環(huán)。

4 預(yù)防及處理措施

吸取故障及事故教訓(xùn)，采取預(yù)防及整改措施。針對(duì)故障產(chǎn)生原因，結(jié)合實(shí)際客觀條件，我們加強(qiáng)檢修維護(hù)中的定期清掃及試驗(yàn)檢測(cè)工作。通過對(duì)變壓器陶瓷絕緣套管、線路玻璃絕緣子串、支柱絕緣子噴涂憎水性涂料RTV,防止其絕緣表面形成水膜和堆積粉塵污垢，降低漏電電流的產(chǎn)生，有效預(yù)防污閃事故的發(fā)生。將廠區(qū)外部發(fā)生風(fēng)閃的路燈燈桿進(jìn)行移除，并加強(qiáng)戶外架空線路的巡視工作，對(duì)發(fā)現(xiàn)的可能引起線路故障的異物、障礙物（如鳥巢、樹木）及時(shí)有效地清除；因外力造成的電力設(shè)施損壞及時(shí)修繕。在日常巡檢及停電檢修時(shí)，對(duì)電氣接線端子搭接處進(jìn)行仔細(xì)檢查，查看是否有過熱、松動(dòng)、腐蝕的現(xiàn)象。并嚴(yán)格按照電裝工程施工規(guī)范的要求處理。

當(dāng)然除上述處理方法外還可以通過其他的手段進(jìn)行預(yù)防。在設(shè)備選型改造方面，可考慮選擇大爬電距離、強(qiáng)絕緣性能的，比如增加絕緣子片數(shù)，選用硅橡膠合成絕緣子或者加裝均壓環(huán)、屏蔽環(huán)改善介質(zhì)表面電場(chǎng)的分布，提高閃絡(luò)電壓的閥值等。在設(shè)備檢驗(yàn)消缺方面，加強(qiáng)接地網(wǎng)、避雷針等設(shè)施的防雷接地檢測(cè)工作，做到定時(shí)、定點(diǎn)、定量，及時(shí)針對(duì)發(fā)現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行整改，減少雷擊對(duì)電力設(shè)備的破壞。

對(duì)電化學(xué)腐蝕引起的戶外銅鋁連接過熱，可在銅導(dǎo)體接觸面?zhèn)忍洛a或采用銅鋁過渡板，減緩腐蝕進(jìn)程。對(duì)于室內(nèi)開關(guān)設(shè)備可以通過投運(yùn)加熱除濕裝置，改變環(huán)境溫濕度，防止觸頭氧化腐蝕。此外，還可以在導(dǎo)體接觸面或觸頭上涂抹導(dǎo)電膏，以降低接觸電阻，減少過熱故障。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過以上的例子我們可以看到，當(dāng)?shù)乩憝h(huán)境及氣候等因素導(dǎo)致的氣象災(zāi)害對(duì)電力設(shè)施的影響不可避免時(shí)，除了做好必要的技術(shù)措施加以防范外，完善的組織措施也必不可少的。這就需要我們強(qiáng)化日常管理工作，編制事故應(yīng)急預(yù)案，提高員工應(yīng)急響應(yīng)能力。及時(shí)、準(zhǔn)確、有效地發(fā)現(xiàn)問題、處理故障，降低事故影響范圍，減少經(jīng)濟(jì)損失。保障電力系統(tǒng)的長(zhǎng)期高效穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]常海.氣象災(zāi)害對(duì)電網(wǎng)的危害及預(yù)防措施[J].科技與企業(yè)，2012 （14）.

[2]湯曉磊，陳國(guó)宏.平面接觸型銅鋁過度設(shè)備線夾的大氣腐蝕行為[J].電力建設(shè)，2014（4）.

[3]GB 50149-2010，電氣裝置安裝工程母線裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[4]龍強(qiáng)，孟艷靜.唐海曹妃甸海域風(fēng)特征的初步研究[J].海洋預(yù)報(bào)，2013（6）.

[5]馬高權(quán).風(fēng)沙環(huán)境下的絕緣沿面放電特性研究[D].重慶大學(xué)，2009.

The Effect of Geographical Environment and Climate on Power Equipment and Countermeasures

LI Chao
(Shougang Jingtang United Iron and Steel Co.,Ltd.,Tangshan,Hebei 063200,China)

Located in Caofeidian on the humid Bohai coast,Shougang Jingtang Steel suffers from seasonal fog condensation,thunderstorms and gales all year around affected by continental climate,which brings severe challenges to outdoor power facilities maintenance and stable operation of the power system.Through analysis and referencing of actual cases,prevention and improvement measures for problems under severe environment and climate factors are discussed.

coastal climate;power failures;preventive measures

TM727.3

B

1006-6764(2015)06-0014-04

2015－03－20

李超（1984-），男，2008年畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，助理工程師，在職工程碩士，現(xiàn)從事電氣設(shè)備維護(hù)檢修管理工作。