架空输电线路覆冰故障案例分析

2016-11-19 09:57 [电力论文] 来源于：互联网作者：互联网

导读：[摘要]2012年11月4日，北京地区出现了历史罕见的强雨雪天气，受此影响北京电网出现了多起架空输电线路覆冰掉闸、断线故障，主要集中在昌平、怀柔、延庆地区。220kV昌西线、110kV都西线、西汤线因线路覆冰而接连发生了5次线路跳闸故障。本文对5次跳闸故障情

　　[摘要]2012年11月4日，北京地区出现了历史罕见的强雨雪天气，受此影响北京电网出现了多起架空输电线路覆冰掉闸、断线故障，主要集中在昌平、怀柔、延庆地区。220kV昌西线、110kV都西线、西汤线因线路覆冰而接连发生了5次线路跳闸故障。本文对5次跳闸故障情况进行了介绍，对因覆冰引起跳闸、断线故障的原因进行分析，并提出相关建议。

　　[关键词]架空线路地线覆冰断线

　　中图分类号：TM75 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）35-0214-01

　　0 引言

　　2012年11月4日，北京地区出现了历史罕见的强雨雪天气，据气象部门报道，2012年11月3-4日，受温带气旋AS35影响，北京地区全市平均降水量64mm，最大99.6mm，打破11月降水量纪录（2003年11月7日为22.9mm）。平原西部出现暴雪，西北部地区出现特大暴雪，延庆站积雪深度47.5cm，创气象站纪录。延庆刘斌堡积雪深度80cm，创北京各乡镇纪录，雨雪过程中，还出现了明显的雷电天气，偏北风4-5级阵风7级，综合评价为一次强雨雪、雷电、大风降温过程。

　　受此强雨雪天气影响，北京电网35kV及以上架空输电线路共计发生覆冰跳闸9次，主要在昌平、怀柔、延庆地区。其中110kV及以上线路共计发生覆冰跳闸5次，集中发生在昌平地区同一线路走廊区段的3条线路上，均为架空地线覆冰造成。其中架空地线覆冰断线1处，为220kV昌西线16#-17#塔的2条架空地线；出现110kV及以上线路覆冰垂落放电2处，分别为110kV都西线26#-28#塔与110kV西汤线13#-16#塔。

　　此次110kV及以上线路覆冰跳闸在北京电网近10年来首次发生，其中线路覆冰断线更是历史记录以来首次。本文对5次跳闸故障情况进行了介绍，对因覆冰引起跳闸、断线故障的原因进行分析，并提出相关建议。

　　1 故障基本情况

　　1.1 故障概况

　　该线路走廊共包含7回线路（4路），分别为220kV昌西双线，110kV西汤双线、110kV都西双线以及500kV门昌线（北京超高压公司负责运维）。该线路走廊在11月4日因强雨雪天气使导地线覆冰断线或垂落。

　　故障现场实地查看发现昌西线、都西线、西汤线的6根地线均严重下垂，昌西线的2根地线均断裂、坠落，都西线与西汤线的地线未发生断裂，仅是地线搭接于导线。故障区段具体情况为如下。

　　（1）220kV昌西双线：15#～17#耐张段之间2条地线垂落，断线点在16#直线塔～17#耐张塔中间部位，其中昌西一、二线对应地线分别为钢芯铝绞线和OPGW，登塔发现，220kV昌西线塔头损伤。可见由于覆冰引起的不平衡载荷过大，使16#塔头横担变形、塔材开裂；

　　（2）110kV都西双线：在26#～28#耐张段之间地线钢芯抽芯、垂落，地线与导线在27#直线塔～28#耐张塔之间有搭接；

　　（3）110kV西汤双线：在13#～15#耐张段之间地线钢芯抽芯、垂落，地线与导线在13#直线塔～14#耐张塔之间搭接现象。

　　1.2 故障时段天气

　　北京专业气象台提供了故障点附近5个气象观测站的小时气象数据，对该局部地区的气象情况进行分析。5个气象观测站包括海淀、昌平西关、小汤山、镇顺、北七家。抽取11月3日18：00-11月4日早上7：00的小时气象数据。可见故障前后气温为0-2℃，风速为5-6m/s，相对湿度均在90%，降水强度约2mm/h，达到了容易产生覆冰的气象条件。

　　2 覆冰厚度计算

　　2.1 覆冰类型分析

　　本次覆冰过程的天气情况为：雨夹雪，气温0～4℃，西北风3-4级，相对湿度90%。据覆冰调查资料显示，覆冰外观为白色不透明，形状呈圆形，附着力较强。综合分析本次覆冰时天气情况以及覆冰的特点，可以判断出本次覆冰应该属于雨雪凇覆冰[1]。表观特性如为呈乳白色或灰白色，一般质地较软，是处于熔化状的雪花和水体粘附到输电线表面而成的，粘结在输电线上的湿雪当气温进一步降低时将变成坚硬的冰冻体。

　　2.2 覆冰标准冰厚计算

　　根据DL/T5158-2012可知，可分别根据覆冰冰重、覆冰长短径以及覆冰直径计算覆冰标准冰厚，根据掌握的覆冰调查资料，本次覆冰标准冰厚估算可通过覆冰直径进行计算。

　　其中覆冰密度ρ取0.4g/cm3；覆冰形状系数Ks取值范围为0.80～0.95，本次计算取0.85；涉及的导线LGJ-240/30、LGJ-400/35与地线OPGW- 437C5的直径分别为21.6mm、26.8mm与16.9mm。通过估算，本次覆冰的标准冰厚范围在6～13mm。11月4日早上5点左右看到垂落的覆冰架空地线的直径约90-100mm；另外一位反映11月4日早上6点左右驾机动车轧过了垂落的覆冰架空地线（具推断应为昌西线的架空地线），为基本透明的冰柱，直径约80-90mm。

　　3 输电线路覆冰危害

　　运行经验表明，输电线路覆冰的危害主要分为4类：

　　（1）线路过荷载事故。覆冰积累到一定体积和重量后，导线的重量倍增，弧垂增大，从而发生闪络。严重时，覆冰重量超过导线、金具、绝缘子及杆塔的机械强度，导致杆塔基础下沉、倾斜或爆裂，杆塔折断甚至倒塌。

　　（2）相邻档不均匀覆冰或不同期脱冰造成的事故。输电线路相邻档不均匀覆冰或不同期脱冰都会产生张力差，使导线在线夹内滑动，严重时导线外层铝股在线夹出口处全部断裂、钢芯抽动，造成线夹另一侧的铝股拥挤在线夹附近。导致直线杆塔承受张力的能力变差，悬垂绝缘子串偏移很大，碰撞横担，造成绝缘子损坏或破裂；也可使横担转动，导线碰撞拉线，烧伤或烧断拉线，杆塔在失去拉线的支持后倒塌。

　　（3）绝缘子串覆冰造成冰闪事故。绝缘子在严重覆冰的情况下，大量伞形冰凌桥接，绝缘强度降低，形成冰闪。

　　（4）输电导线舞动损坏电力设备。输电导线覆冰后形成非圆截面，在风力作用下发生驰振，这是一种低频、大幅度的振动，导线舞动引起杆塔、导线、金具及部件的损坏，造成频繁跳闸甚至停电事故。

　　4 原因分析

　　（1）架空线路覆冰受温度、湿度、降水量、风速及风向等多种因素影响，结合天气情况，故障区段走廊达到线路覆冰条件，同时考虑风向与线路走向近乎垂直，线路覆冰情况下极易伴随线路舞动[3]。根据现场调查结合覆冰厚度计算，该走廊架空地线覆冰厚度超过设计覆冰标准，严重覆冰导致载荷过重致使架空地线垂落、断线，引起线路闪络跳闸。

　　（2）220kV昌西线架空地线的耐张金具采用了预绞式压接固定方式，未使钢芯抽离，但巨大的覆冰载荷将塔头严重损伤。而110kV都西线、西汤线架空地线的耐张金具采用了U环压接式耐张线夹，握力不及220kV的预绞压接固定方式，为40kN，在巨大的不平衡覆载荷作用下，使钢芯抽离，而塔头并未损伤。

　　5 工作建议

　　（1）加强对气象环境参数和线路覆冰的监测与数据积累，开展电网冰区、风区、舞动等区域分布图绘制工作，为线路设计、运维提供依据。

　　（2）在规划设计阶段，应综合考虑线路走廊环境与气象因素，对新建线路，应提高线路覆冰设计标准；

　　（3）对运行线路，完善应急预案，并结合实际运行经验、地理环境、冰区等级等因素，开展隐患排查，并逐步实施改造工作，提高线路抗冰能力。

　　参考文献

　　[1] 电力工程气象勘测技术规程[M]，DL/T5158-2012.

　　[2] 李碧辉，田丰.浅谈线路覆冰的危害及防治[J].江西电力，2008（32）1.

　　[3] 蒋兴良，周仿荣，王少华，孙才新.输电导线覆冰舞动机理及防治措施[J].电力建设，2008（29）9.

（编辑：韩语）