架空輸電線路覆冰故障案例分析

1、<p>　　架空輸電線路覆冰故障案例分析</p><p>　　[摘 要]2012年11月4日，北京地區(qū)出現(xiàn)了歷史罕見(jiàn)的強(qiáng)雨雪天氣，受此影響北京電網(wǎng)出現(xiàn)了多起架空輸電線路覆冰掉閘、斷線故障，主要集中在昌平、懷柔、延慶地區(qū)。220kV昌西線、110kV都西線、西湯線因線路覆冰而接連發(fā)生了5次線路跳閘故障。本文對(duì)5次跳閘故障情況進(jìn)行了介紹，對(duì)因覆冰引起跳閘、斷線故障的原因進(jìn)行分析，并提出相關(guān)建議。 </

2、p><p>　　[關(guān)鍵詞]架空線路 地線 覆冰斷線 </p><p>　　中圖分類號(hào)：TM75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）35-0214-01 </p><p><b>　　0 引言 </b></p><p>　　2012年11月4日，北京地區(qū)出現(xiàn)了歷史罕見(jiàn)的強(qiáng)雨雪天氣，據(jù)氣象部門報(bào)道，2012

3、年11月3-4日，受溫帶氣旋AS35影響，北京地區(qū)全市平均降水量64mm，最大99.6mm，打破11月降水量紀(jì)錄（2003年11月7日為22.9mm）。平原西部出現(xiàn)暴雪，西北部地區(qū)出現(xiàn)特大暴雪，延慶站積雪深度47.5cm，創(chuàng)氣象站紀(jì)錄。延慶劉斌堡積雪深度80cm，創(chuàng)北京各鄉(xiāng)鎮(zhèn)紀(jì)錄，雨雪過(guò)程中，還出現(xiàn)了明顯的雷電天氣，偏北風(fēng)4-5級(jí)陣風(fēng)7級(jí)，綜合評(píng)價(jià)為一次強(qiáng)雨雪、雷電、大風(fēng)降溫過(guò)程。 </p><p>　　受此強(qiáng)雨

4、雪天氣影響，北京電網(wǎng)35kV及以上架空輸電線路共計(jì)發(fā)生覆冰跳閘9次，主要在昌平、懷柔、延慶地區(qū)。其中110kV及以上線路共計(jì)發(fā)生覆冰跳閘5次，集中發(fā)生在昌平地區(qū)同一線路走廊區(qū)段的3條線路上，均為架空地線覆冰造成。其中架空地線覆冰斷線1處，為220kV昌西線16#-17#塔的2條架空地線；出現(xiàn)110kV及以上線路覆冰垂落放電2處，分別為110kV都西線26#-28#塔與110kV西湯線13#-16#塔。 </p><p

5、>　　此次110kV及以上線路覆冰跳閘在北京電網(wǎng)近10年來(lái)首次發(fā)生，其中線路覆冰斷線更是歷史記錄以來(lái)首次。本文對(duì)5次跳閘故障情況進(jìn)行了介紹，對(duì)因覆冰引起跳閘、斷線故障的原因進(jìn)行分析，并提出相關(guān)建議。 </p><p><b>　　1 故障基本情況 </b></p><p><b>　　1.1 故障概況 </b></p><

6、;p>　　該線路走廊共包含7回線路（4路），分別為220kV昌西雙線，110kV西湯雙線、110kV都西雙線以及500kV門昌線（北京超高壓公司負(fù)責(zé)運(yùn)維）。該線路走廊在11月4日因強(qiáng)雨雪天氣使導(dǎo)地線覆冰斷線或垂落。 </p><p>　　故障現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地查看發(fā)現(xiàn)昌西線、都西線、西湯線的6根地線均嚴(yán)重下垂，昌西線的2根地線均斷裂、墜落，都西線與西湯線的地線未發(fā)生斷裂，僅是地線搭接于導(dǎo)線。故障區(qū)段具體情況為如下。

7、</p><p>　?。?）220kV昌西雙線：15#～17#耐張段之間2條地線垂落，斷線點(diǎn)在16#直線塔～17#耐張塔中間部位，其中昌西一、二線對(duì)應(yīng)地線分別為鋼芯鋁絞線和OPGW，登塔發(fā)現(xiàn)，220kV昌西線塔頭損傷?？梢?jiàn)由于覆冰引起的不平衡載荷過(guò)大，使16#塔頭橫擔(dān)變形、塔材開(kāi)裂； </p><p>　?。?）110kV都西雙線：在26#～28#耐張段之間地線鋼芯抽芯、垂落，地線與導(dǎo)線在

8、27#直線塔～28#耐張塔之間有搭接； </p><p>　?。?）110kV西湯雙線：在13#～15#耐張段之間地線鋼芯抽芯、垂落，地線與導(dǎo)線在13#直線塔～14#耐張塔之間搭接現(xiàn)象。 </p><p>　　1.2 故障時(shí)段天氣 </p><p>　　北京專業(yè)氣象臺(tái)提供了故障點(diǎn)附近5個(gè)氣象觀測(cè)站的小時(shí)氣象數(shù)據(jù)，對(duì)該局部地區(qū)的氣象情況進(jìn)行分析。5個(gè)氣象觀測(cè)站包括海淀

9、、昌平西關(guān)、小湯山、鎮(zhèn)順、北七家。抽取11月3日18：00-11月4日早上7：00的小時(shí)氣象數(shù)據(jù)。可見(jiàn)故障前后氣溫為0-2℃，風(fēng)速為5-6m/s，相對(duì)濕度均在90%，降水強(qiáng)度約2mm/h，達(dá)到了容易產(chǎn)生覆冰的氣象條件。 </p><p><b>　　2 覆冰厚度計(jì)算 </b></p><p>　　2.1 覆冰類型分析 </p><p>　　本次

10、覆冰過(guò)程的天氣情況為：雨夾雪，氣溫0～4℃，西北風(fēng)3-4級(jí)，相對(duì)濕度90%。據(jù)覆冰調(diào)查資料顯示，覆冰外觀為白色不透明，形狀呈圓形，附著力較強(qiáng)。綜合分析本次覆冰時(shí)天氣情況以及覆冰的特點(diǎn)，可以判斷出本次覆冰應(yīng)該屬于雨雪凇覆冰[1]。表觀特性如為呈乳白色或灰白色，一般質(zhì)地較軟，是處于熔化狀的雪花和水體粘附到輸電線表面而成的，粘結(jié)在輸電線上的濕雪當(dāng)氣溫進(jìn)一步降低時(shí)將變成堅(jiān)硬的冰凍體。 </p><p>　　2.2 覆冰標(biāo)

11、準(zhǔn)冰厚計(jì)算 </p><p>　　根據(jù)DL/T5158-2012可知，可分別根據(jù)覆冰冰重、覆冰長(zhǎng)短徑以及覆冰直徑計(jì)算覆冰標(biāo)準(zhǔn)冰厚，根據(jù)掌握的覆冰調(diào)查資料，本次覆冰標(biāo)準(zhǔn)冰厚估算可通過(guò)覆冰直徑進(jìn)行計(jì)算。 </p><p>　　其中覆冰密度ρ取0.4g/cm3；覆冰形狀系數(shù)Ks取值范圍為0.80～0.95，本次計(jì)算取0.85；涉及的導(dǎo)線LGJ-240/30、LGJ-400/35與地線OPGW-

12、437C5的直徑分別為21.6mm、26.8mm與16.9mm。通過(guò)估算，本次覆冰的標(biāo)準(zhǔn)冰厚范圍在6～13mm。11月4日早上5點(diǎn)左右看到垂落的覆冰架空地線的直徑約90-100mm；另外一位反映11月4日早上6點(diǎn)左右駕機(jī)動(dòng)車軋過(guò)了垂落的覆冰架空地線（具推斷應(yīng)為昌西線的架空地線），為基本透明的冰柱，直徑約80-90mm。 </p><p>　　3 輸電線路覆冰危害 </p><p>　　運(yùn)行

13、經(jīng)驗(yàn)表明，輸電線路覆冰的危害主要分為4類： </p><p>　?。?）線路過(guò)荷載事故。覆冰積累到一定體積和重量后，導(dǎo)線的重量倍增，弧垂增大，從而發(fā)生閃絡(luò)。嚴(yán)重時(shí)，覆冰重量超過(guò)導(dǎo)線、金具、絕緣子及桿塔的機(jī)械強(qiáng)度，導(dǎo)致桿塔基礎(chǔ)下沉、傾斜或爆裂，桿塔折斷甚至倒塌。 </p><p>　?。?）相鄰檔不均勻覆冰或不同期脫冰造成的事故。輸電線路相鄰檔不均勻覆冰或不同期脫冰都會(huì)產(chǎn)生張力差，使導(dǎo)線在線

14、夾內(nèi)滑動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)線外層鋁股在線夾出口處全部斷裂、鋼芯抽動(dòng)，造成線夾另一側(cè)的鋁股擁擠在線夾附近。導(dǎo)致直線桿塔承受張力的能力變差，懸垂絕緣子串偏移很大，碰撞橫擔(dān)，造成絕緣子損壞或破裂；也可使橫擔(dān)轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)線碰撞拉線，燒傷或燒斷拉線，桿塔在失去拉線的支持后倒塌。 </p><p>　?。?）絕緣子串覆冰造成冰閃事故。絕緣子在嚴(yán)重覆冰的情況下，大量傘形冰凌橋接，絕緣強(qiáng)度降低，形成冰閃。 </p><p

15、>　　（4）輸電導(dǎo)線舞動(dòng)損壞電力設(shè)備。輸電導(dǎo)線覆冰后形成非圓截面，在風(fēng)力作用下發(fā)生馳振，這是一種低頻、大幅度的振動(dòng)，導(dǎo)線舞動(dòng)引起桿塔、導(dǎo)線、金具及部件的損壞，造成頻繁跳閘甚至停電事故。 </p><p><b>　　4 原因分析 </b></p><p>　?。?）架空線路覆冰受溫度、濕度、降水量、風(fēng)速及風(fēng)向等多種因素影響，結(jié)合天氣情況，故障區(qū)段走廊達(dá)到線路覆冰

16、條件，同時(shí)考慮風(fēng)向與線路走向近乎垂直，線路覆冰情況下極易伴隨線路舞動(dòng)[3]。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)合覆冰厚度計(jì)算，該走廊架空地線覆冰厚度超過(guò)設(shè)計(jì)覆冰標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重覆冰導(dǎo)致載荷過(guò)重致使架空地線垂落、斷線，引起線路閃絡(luò)跳閘。 </p><p>　　（2）220kV昌西線架空地線的耐張金具采用了預(yù)絞式壓接固定方式，未使鋼芯抽離，但巨大的覆冰載荷將塔頭嚴(yán)重?fù)p傷。而110kV都西線、西湯線架空地線的耐張金具采用了U環(huán)壓接式耐張線夾，握

17、力不及220kV的預(yù)絞壓接固定方式，為40kN，在巨大的不平衡覆載荷作用下，使鋼芯抽離，而塔頭并未損傷。 </p><p><b>　　5 工作建議 </b></p><p>　?。?）加強(qiáng)對(duì)氣象環(huán)境參數(shù)和線路覆冰的監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)積累，開(kāi)展電網(wǎng)冰區(qū)、風(fēng)區(qū)、舞動(dòng)等區(qū)域分布圖繪制工作，為線路設(shè)計(jì)、運(yùn)維提供依據(jù)。 </p><p>　?。?）在規(guī)劃設(shè)計(jì)階

18、段，應(yīng)綜合考慮線路走廊環(huán)境與氣象因素，對(duì)新建線路，應(yīng)提高線路覆冰設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)； </p><p>　?。?）對(duì)運(yùn)行線路，完善應(yīng)急預(yù)案，并結(jié)合實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、地理環(huán)境、冰區(qū)等級(jí)等因素，開(kāi)展隱患排查，并逐步實(shí)施改造工作，提高線路抗冰能力。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 電力工程氣象勘測(cè)技術(shù)規(guī)程[M]，DL/