基于500kV輸電線路主要自然災害的分析與防治措施李剛濤摘要：隨著電力系統復雜性的增加、極端自然災害的頻發及社會對電能依賴程度的增長,電網被群發的相繼故障解列為多個孤島的風險越來越大。輸電線路是電網的關鍵環節,預防與減少輸電線路停運事故是實現電網安全可靠運行的保證。自然災害對輸電線路的破壞性影響已經成為危及安全、穩定輸電的首要因素。

關鍵詞：輸電線路；自然災害；防治措施

一、輸電線路主要自然災害事故統計分析

華北電網覆蓋北京、天津、河北、山西、山東、內蒙古自治區多個地區、多個電壓等級的電力線路,涵蓋多條省際聯絡線路,在全網中占有十分重要的地位。

華北電網500kV線路分布面積廣,沿線地理環境多高山、江河等復雜地形,氣象條件惡劣,這些不利環境因素使華北電網部分輸電線路常年受到自然災害影響,跳閘、斷線、倒塔等事故頻發。500kV輸電線路近年來自然災害數量呈上升趨勢的原因主要有以下幾個方面:

1、線路數量增加。隨著供電需求的增加,500kV線路擴容速度也在加快,統計災害數量整體有上升趨勢。

2、線路保護的完善。隨著行波保護、縱差保護、光纖保護以及重合閘等輸電線路繼電保護措施的應用和保護水平的提高,跳閘次數整體有上升趨勢。

3、線路在線監測的應用。華北電網在部分500kV線路裝設在線監測系統以及雷電監測系統,配合線路保護裝置,使輸電線路的預防及保護水平有很大提高,運行跳閘次數有上升趨勢。

4、氣候條件惡化,災害頻發。最近幾年全球性自然災害時有發生,華北地區氣候較之以前有明顯惡化趨勢。

5、部分線路經歷多次災害,設備老化。線路搶修后留有隱患的在惡劣氣象條件下一定程度上加大受災概率。

二、災害成災機理及預防策略

通過對歷年自然災害事故案例分析發現,對華北電網500kV輸電線路造成損害的災害種類主要包括以下幾種類型。

（一）線路雷電災害

雷電災害是十大自然災害之一,嚴重地威脅電力系統的安全。近年來高壓架空輸電線路由雷擊引起的跳閘占線路總跳閘的40%~70%。運行經驗表明,國家電網公司220kV及以上輸電線路2005—2008年平均雷擊跳閘占線路總跳閘的36.2%。

對于華北電網,雷擊跳閘已成為線路跳閘的最主要原因。近年來華北電網輸電線路雷擊跳閘率總體呈上升趨勢,高于國家電網公司平均水平。華北電網12條聯絡線均為跨省線路,線路走廊長且途徑山脈起伏、地形復雜、雷電流活動頻繁和山區土壤電阻率高的地區,該12條聯絡線面臨著嚴峻的防雷考驗。

（二）線路覆冰災害

覆冰災害對輸電線路破壞性影響巨大,危害主要體現在以下方面:1、覆冰厚度超過線路設計最大負荷,導致塔線機械和電氣方面的事故;

2、線路不均勻覆冰或不同期脫冰引起的塔線受力不均,破壞塔線結構的機械連接;

3、絕緣子串覆冰過多或被冰凌橋接,冰閃事故降低絕緣子串絕緣性能;

4、線路的不均勻覆冰使導線斷面呈不對稱形狀,風吹導線產生空氣動力學上的不穩定,引起線路頻率在0.1~5Hz、振幅在1~15m的線路舞動。

覆冰災害對華北電網輸電線路破壞嚴重:2005年2月,華北地區的電網遭受了歷史上罕見的覆冰災害。數千公里的輸電線路出現覆冰現象,局部地區線路的覆冰厚度達到80mm以上。嚴重覆冰導致輸電線路出現跳閘、斷線、倒塔等事故。此次覆冰事故對電網結構造成嚴重破壞,基中500kV線路倒塔24基,220kV線路倒塔18基。

覆冰自然災害雖然發生概率小,但極端氣候條件下覆冰災害一旦發生,對線路造成損害極大。

覆冰自然災害成因復雜,從根本上預防覆冰災害難度較大,國內外針對線路覆冰災害多采取“積極預防,及時除冰”的策略,并開發多種防覆冰和除冰方案:縮短耐張段長度;采用耐磨型線夾;加固桿塔橫擔等薄弱環節;采用防覆冰Z型導線;在導地線或絕緣子上涂刷防覆冰材料;線路覆冰超過一定厚度后,及時采取電流融冰、機械除冰等。華北電網在重冰區線路裝設線路覆冰在線監測裝置,及時預防覆冰災害對輸電線路造成破壞性影響。

（三）線路舞動

線路風害輸電線路在大風氣候條件下容易發生線路舞動和風偏閃絡事故。華北電網500kV輸電線路受風力影響出現的跳閘事故較多:自有故障記錄以來,因強風導致的線路跳閘次數達64次,多集中在5—8月和11—1月2個時間段,其中風偏閃絡事故占其中的40%左右。現場運行表明,絕大多數風偏閃絡是在工作電壓下發生,與雷擊閃絡和操作沖擊閃絡不同,重合閘一般不能成功,繼而導致線路故障。輸電線路舞動具有發生機理復雜、防治難度大和破壞力強的特點。通過華北電網500V輸電線路故障統計分析表明,線路舞動在覆冰條件下發生閃絡跳閘的概率更高。華北電網針對舞動和風閃與高校、科研單位開展了輸電線路舞動相關關鍵技術問題研究。

（四）線路霧閃

災害線路在大霧條件下極易發生霧閃、濕閃現象。華北電網500V線路沿線多江河、濕地,潮濕氣候是線路多霧閃跳閘事故的成因之一。有故障記錄以來,大霧天氣造成的跳閘事故有29次,事故多集中在秋冬季節,其中相當一部分重合閘不成功,造成線路停運事故。不利的氣象條件、外絕緣水平(爬電比距)調整未到位、絕緣子選型及多串絕緣子結構的影響等是事故發生的促成因素。華北電網對發生過霧閃事故的線路進行線路、絕緣子的定期清掃,但是實際效果不理想,按照污區分布圖設定絕緣子串的爬電比距才能保證線路運行安全。

（五）山火災害

通過對故障記錄的整理和分析,華北電網500kV輸電線路因山火故障的跳閘次數有46次,其主要是線路附近居民燒荒、祭祖焚燒祭品所致。輸電線路因山火出現跳閘事故通常是導線對地空氣間隙被擊穿,造成導線對地面物體放電,或是導線對桿塔突出的塔材、腳釘等放電,其中絕大部分擊穿為導線對地放電。

（六）地震及其他災害

地震災害是威脅輸電線路安全可靠運行的自然災害之一。華北地區雖然近幾年沒有重大地震出現，不過對于其他電網區域的災情可以借鑒。例如西南電網2008年四川汶川發生里氏8.0級地震,四川電網在此次地震中遭受了極大程度的破壞,包括成都、阿壩、德陽、綿陽、廣元、雅安6市(州)、21縣等地電網均受到不同程度的損壞,造成電網供電負荷、供電電量及設備損失。

500kV輸電線路在這次地震災害事故中受損的主要是塔基部分,其中2處桿塔出現倒塔事故,220kV及以下等級的輸電線路受損情況比500kV線路嚴重。由于線路桿塔高聳結構的特殊性,抗震能力較低,倒塔多集中在鐵塔中部折斷和底部支座處的倒塌,倒塔引起輸電線拽斷并且由于導線張力過大引起倒塔的連鎖反應。另外,地震引起的山體滑坡、泥石流等災害對桿塔造成了嚴重的塔體傾斜和構件損壞。

由于地震災害的突發性及不可抗拒的巨大破壞力,給電網的安全穩定運行帶來隱患,在災后重建過程中,除了對桿塔塔基和塔體采取錨固措施之外,新建桿塔和線路盡量避開泥石流多發地帶,一定程度上降低了地震對線路的破壞性影響。

參考文獻：

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