中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)湖南省電力設(shè)計(jì)院有限公司 徐 鵬 程遠(yuǎn)林

基于實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的輸電線路防災(zāi)設(shè)計(jì)研究

中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)湖南省電力設(shè)計(jì)院有限公司 徐 鵬 程遠(yuǎn)林

輸電線路是電能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離輸送的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它的安全穩(wěn)定運(yùn)行直接影響著電能的傳送質(zhì)量。然而，輸電線路長(zhǎng)期暴露在野外，線路災(zāi)害直接危害輸電線路的運(yùn)行。因此在輸電線路設(shè)計(jì)中，防災(zāi)措施成為重要的組成部分。本文針對(duì)各種線路災(zāi)害，總結(jié)了一些防災(zāi)措施，對(duì)提高輸電線路的安全運(yùn)行起到積極作用。

輸電線路；線路災(zāi)害

引言

輸電線路受到外部環(huán)境變化，雷擊、外力破壞、冰災(zāi)、鳥害、風(fēng)偏閃絡(luò)、舞動(dòng)、污閃、地質(zhì)災(zāi)害等自然災(zāi)害的影響，發(fā)生各種故障。

本文通過對(duì)湖南省電網(wǎng)2010-2014年線路災(zāi)害情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析湖南電網(wǎng)的線路災(zāi)害分布情況及災(zāi)害原因，針對(duì)線路災(zāi)害的特點(diǎn)，以及影響因素進(jìn)行專門研究，提出在輸電線路設(shè)計(jì)中各種防災(zāi)措施。

1.湖南電網(wǎng)災(zāi)害情況調(diào)查

1.1 湖南電網(wǎng)災(zāi)害分布情況

2010-2014年，國(guó)網(wǎng)湖南電力共計(jì)發(fā)生110千伏及以上架空輸電線路故障1111次，詳見圖1.2-1。

圖1.2-1 2010-2014年國(guó)網(wǎng)湖南電力110kV及以上架空輸電線路故障統(tǒng)計(jì)圖

表1.3-1 國(guó)網(wǎng)湖南電力220kV線路規(guī)劃設(shè)計(jì)原因故障逐年統(tǒng)計(jì)表

1.2 架空輸電線路災(zāi)害原因分析

國(guó)網(wǎng)湖南電力220千伏線路架空輸電線路共計(jì)發(fā)生378次由規(guī)劃設(shè)計(jì)原因?qū)е碌墓收希渲欣讚?87次，占總體故障數(shù)量的49.47%；外力破壞123次，占總體故障數(shù)量的32.54%；鳥害27次，占總體故障數(shù)量的7.14%；冰害21次，占總體故障數(shù)量的5.56%；風(fēng)偏閃絡(luò)13次，占總體故障數(shù)量的3.44%；樹竹放電4次，占總體故障數(shù)量的1.06%；污閃2次，占總體故障數(shù)量的0.53%；自然災(zāi)害1次，占總體故障數(shù)量的0.26%。見表1.3-1。

通過對(duì)五年中220千伏架空輸電線路由規(guī)劃設(shè)計(jì)原因引起的線路故障分析，湖南電網(wǎng)災(zāi)害主要由雷擊、外力破壞、鳥害、冰害構(gòu)成，在設(shè)計(jì)階段如何避免此類災(zāi)害的發(fā)生對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行具有重要的意義。

2.災(zāi)害成因及應(yīng)對(duì)措施

2.1 防雷擊

2.1.1 雷擊對(duì)輸電線路的危害

輸電線路在受到雷擊以后，會(huì)造成線路跳閘，絕緣子擊穿、炸裂和灼傷，導(dǎo)地線斷股甚至斷線等嚴(yán)重事故。

圖3.1-1 反擊引起的閃絡(luò)

圖3.1-2 繞擊引起的閃絡(luò)

2.1.2 影響因素

雷擊輸電線路主要有：雷電活動(dòng)強(qiáng)烈、地形條件、線路桿塔形式、土壤電阻率、防雷保護(hù)角、絕緣子片數(shù)、導(dǎo)地線型號(hào)

2.1.3 設(shè)計(jì)措施

對(duì)于線路防雷工作，應(yīng)按照“層層設(shè)防，突出重點(diǎn)，因地制宜，兼顧財(cái)力”的原則進(jìn)行，防止雷電波的侵入，提高線路的耐雷水平，避免或減少線路絕緣發(fā)生閃絡(luò)，從根本上降低雷擊跳閘率。

1)優(yōu)化路徑

在路經(jīng)選擇上，避開峽谷、水庫(kù)、突兀山頂?shù)纫自馐芾讚舻牟焕匦巍?/p>

2)降低接地電阻

在山區(qū)等土阻率較高的地段，可以通過換土、降阻劑、接地模塊、離子接地極、銅覆鋼接地體等方式有效降低接地電阻，提高線路的反擊耐雷水平。

3)架設(shè)耦合地線

在導(dǎo)線下方或者地中敷設(shè)耦合地線能提高線路的反擊耐雷水平，從而減少線路的反擊跳閘率。

4)安裝線路避雷器

線路型避雷器聯(lián)連接于絕緣子串兩端，是為了限制線路雷電過電壓，提高線路耐雷水平，是降低雷擊跳閘率專門設(shè)計(jì)的一種懸掛安裝于輸電桿塔上的裝置。

5)可控避雷針

可控放電避雷針由針頭、接地引下線、接地裝置構(gòu)成一套保護(hù)系統(tǒng)。有效避免被保護(hù)對(duì)象的雷擊。

6)防繞擊避雷針

通過在架空地線上合理裝設(shè)防繞擊避雷針，相當(dāng)于將地線外移，有利于改善避雷線保護(hù)角。同時(shí)采用獨(dú)特的阻尼式防振環(huán)結(jié)構(gòu)，重量輕，對(duì)地線(或OPGW光纜)的振動(dòng)具有良好的阻尼抑制作用，還能使OPGW光纜免遭雷擊斷股。

2.2 防外力破壞

2.2.1 外力破壞對(duì)輸電線路的影響

從湖南電網(wǎng)故障統(tǒng)計(jì)可知，外力破壞占26.19%是湖南電網(wǎng)的主要災(zāi)害。外力破壞主要包含山火、人為破壞(吊車碰撞等)、異物短路等。

2.2.2 影響因素

1)生態(tài)環(huán)境改善、林區(qū)面積顯著增加，山區(qū)線路不可避免長(zhǎng)距離跨越林區(qū)。

2)湖南農(nóng)村地區(qū)流行土葬，線路難以避免需跨越墳區(qū)，每年清明時(shí)節(jié)的祭祀活動(dòng)期間是山火的易發(fā)季節(jié)。

3)局部線路接近人員密集區(qū)，設(shè)施偷盜、惡意破壞以及線路附近的不文明施工容易造成線路的外力破壞故障。

2.2.3 設(shè)計(jì)措施

1)選線時(shí)盡量避開外力破壞易發(fā)區(qū)域如素菜大鵬區(qū)域、墳區(qū)、密集林區(qū)，避免不了時(shí)對(duì)大鵬等采用加固措施并適當(dāng)提高線路對(duì)地距離。

2)安裝輸電線路防山火監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和視頻實(shí)時(shí)采集，確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)、定位突發(fā)山火。

3)實(shí)行通道屬地化聯(lián)防管理，強(qiáng)化管控外力破壞隱患造成的故障，降低線路運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

4)依托高科技手段，實(shí)時(shí)監(jiān)控外力破壞隱患

利用輸電線路通道在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以移動(dòng)式現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控單元為主體，以集中式數(shù)據(jù)監(jiān)控中心為平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)站點(diǎn)的通道狀況進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視、現(xiàn)場(chǎng)語音告警等功能，達(dá)到對(duì)轄區(qū)內(nèi)線路重要外部隱患點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的，有力地保障了輸電線路在日益惡劣的外部環(huán)境下的安全運(yùn)行。

2.3 防冰災(zāi)

2.3.1 覆冰對(duì)輸電線路的危害

輸電線路覆冰和積雪常會(huì)引起線路的跳閘、斷線、倒桿、導(dǎo)線舞動(dòng)、絕緣子閃絡(luò)和通信中斷等事故。

圖3.3-1 覆冰倒塔

圖3.3-2 線路間隔棒損壞

2.3.2 影響因素

影響導(dǎo)線覆冰的因素有很多，主要有氣象條件、地形及地理?xiàng)l件、海拔高程、凝結(jié)高度、導(dǎo)線懸掛高度、導(dǎo)線直徑、導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)性能、風(fēng)速風(fēng)向、水滴直徑、電場(chǎng)強(qiáng)度及負(fù)荷電流等。

2.3.3 設(shè)計(jì)措施

電網(wǎng)冰害整體解決方案是指綜合考慮“抗、防、融、除”等技術(shù)措施，系統(tǒng)應(yīng)對(duì)電網(wǎng)冰害的綜合解決方案?！翱埂敝竿ㄟ^提高強(qiáng)度設(shè)計(jì)，提升抵御覆冰載荷的能力，包括提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等級(jí)、采用新型抗冰材料、冰區(qū)劃分和覆冰區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)等；“防”指使用抑制覆冰生成及生長(zhǎng)的技術(shù)、消除或降低冰害影響，包括冰情監(jiān)測(cè)和預(yù)警、冰災(zāi)后輸變電設(shè)備狀態(tài)評(píng)估和恢復(fù)等方法；“融”指通過提供附加熱能等手段將覆冰融化，達(dá)到消除冰害的目的；“除”指利用機(jī)械手段，去除覆冰的技術(shù)。線路防冰設(shè)計(jì)措施如下：

1)優(yōu)化路徑

路經(jīng)選擇時(shí)盡量避開覆冰嚴(yán)重區(qū)域。

2)合理布置塔位

合理布置塔位，減少大檔距、大小檔、大高差的情況，減少線路不平衡張力，提高線路運(yùn)行安全可靠性。

3)縮短耐張段長(zhǎng)度

縮短耐張段長(zhǎng)度可有效控制事故范圍，縮短搶修時(shí)間。

4)加強(qiáng)桿塔強(qiáng)度

在不均勻覆冰工況下，同時(shí)考慮導(dǎo)地線不平衡張力的荷載組合，增大桿塔的縱向抗冰能力。

5)采用V串或倒V串防冰閃

絕緣子串防冰閃措施主要有兩種：V串(或倒V串)懸掛形式和空氣動(dòng)力型絕緣子插花形式。

2.4 防鳥害

2.4.1 鳥害對(duì)輸電線路的危害

1)鳥類在筑巢的過程中，筑巢物可能會(huì)落在橫擔(dān)與導(dǎo)線之間，或者落在絕緣子串使絕緣子短接。從而引起線路跳閘。

2)大體型鳥類排泄的稀糞會(huì)造成導(dǎo)線對(duì)橫擔(dān)放電、絕緣子閃絡(luò)等，稱為鳥糞閃絡(luò)。

3)由于某些鳥類啄食復(fù)合絕緣子，降低了復(fù)合絕緣子的安全性，極易被擊穿，發(fā)生閃絡(luò)事故。

2.4.2 影響因素

1)由于低矮樹木不宜筑巢，因此有足夠的高度、具有高穩(wěn)性的線路桿塔就成為鳥類筑巢的最佳選擇了。

2)隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，用電量的增加，電網(wǎng)建設(shè)逐年擴(kuò)大。線路設(shè)備增加可以說外圍環(huán)境變化的因素促使鳥類更多地依賴在具有足夠高度和高穩(wěn)定的桿塔上。

2.4.3 設(shè)計(jì)措施

1)防鳥刺

這種裝置能有效地防止體形較大的鳥類在懸垂串橫擔(dān)位置停留歇息，能長(zhǎng)期經(jīng)受野外雨、雪、霜、塵的侵蝕，具有長(zhǎng)期的驅(qū)鳥效果。

2)聲光驅(qū)鳥器

通過外界風(fēng)力驅(qū)動(dòng)風(fēng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)，安裝在葉片上的反光鏡及哨子發(fā)出聲響并變化光束，從而將鳥群嚇跑。但伴隨驅(qū)鳥器在野外長(zhǎng)期的裸露．將會(huì)遭受自然界雨、雪、霜、塵的不斷侵蝕，其反光、哨聲和轉(zhuǎn)動(dòng)功能就會(huì)不斷下降，隨之驅(qū)鳥功能也會(huì)下降。

3)防鳥拉線

這種措施是利用鐵絲或鋼絞線在直線桿塔橫擔(dān)上，通過地線支架作為固定點(diǎn)．打成“V”或“X”形狀拉線，以阻止鳥類在橫擔(dān)中部停留，從而達(dá)到防鳥害效果。但鐵絲銹蝕段落，極易造成線路接地跳閘，具有較大安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

4)安裝防鳥擋板

該裝置擋板安裝在絕緣子上面，當(dāng)鳥類在橫擔(dān)上排便時(shí)，鳥糞落在擋板上，避免絕緣子串受到污穢。從運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)看該方法效果明顯，能夠有效避免絕緣子串鳥糞堆積造成污閃事故。

3.結(jié)束語

1）本文通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，分析了湖南電網(wǎng)線路災(zāi)害的主要構(gòu)成。

2）介紹了各種線路災(zāi)害對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的危害，以及分析了災(zāi)害的影響因素。

3）針對(duì)湖南電網(wǎng)主要的線路災(zāi)害，提出了在線路設(shè)計(jì)階段的防災(zāi)措施。

[1]GB 50545-2010 110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范.

[2]張殿生.電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)(第二版)[M].中國(guó)電力出版社,2002.

徐鵬（1978—），男，漢，湖南長(zhǎng)沙人，工學(xué)碩士，工程師，從事高壓線路設(shè)計(jì)。