摘要：覆冰可以分为雨凇和雾凇两种类型。与雾凇的干增长方式相比，雨凇的湿增长方式常造成导线和绝缘子覆冰程度的差异。湿增长条件下，过冷水滴具有一定的流动性，不容易在导线上堆积，但容易形成冰凌，从而增加绝缘子的桥接程度。因此在雨凇覆冰时，绝缘子的覆冰厚度可能并不严重，但形成了严重的桥接，短接了绝缘子空气间隙，从而造成了线路覆冰闪络。本文以某500kV输电线路为例，对覆冰闪络故障进行分析，并制定相应的防范措施。
关键词：输电线路；覆冰闪络；故障原因；防范措施
1输电线路覆冰闪络故障的成因
导致输电线路出现覆冰闪络故障的原因主要有四点：一方面，覆冰受到气候条件的影响。当外界环境温度低于0℃，如果云中或者是雾中的水滴遇到输电线路时，就可能由于碰撞作用而出现冻结现象。同时，在近地面层存在着冷平流现象，当外界气温低于0℃，就可能出现覆冰现象。尤其在冬季，由于四川地区气温相对较低，但是湿度较高，很容易导致输电线路出现覆冰现象。如果外界的气温越低，并且低温现象持续的时间越长，那么覆冰的厚度将会显著提升。这样一来，不仅会增加导线的荷载，导致塔架坍塌等问题，同时还不利于输电工作的正常开展。另一方面，地貌、地域因素也影响着覆冰现象。对于输电线路的覆冰问题来说，其对于导线的破坏程度不仅受到当地山坡地形走势的影响，同时也受到坡向、分水岭以及风口、台地等地貌地域因素的影响。比如在冬季，由于温湿气候与寒冷气候相交替出现，将加剧覆冰问题的严重程度。此外，外界的海拔高程以及输电线路的走向、导线悬挂高度也会对覆冰现象的形成产生影响。随着海拔高度的不断增加，东西走向的线路覆冰问题将会更加严重。另外，线路的自身条件也影响着覆冰现象。比如线路中绝缘子、导线的外表形状、直径以及刚度等因素，直接对过冷却水滴以及云粒的附着效应产生影响。
2典型缺陷覆冰跳闸分析
2011—2015年某网省公司电网220kV及以上输电线路跳闸统计情况显示，输电线路年均覆冰跳闸6次，特别是2013年，覆冰跳闸达11次，占该年省公司电网跳闸总数的18%，仅次于雷击跳闸和风偏跳闸。由此可见，覆冰跳闸已成为严重危害输电线路安全运行的多发故障之一。根据对近5年该省份覆冰跳闸月度情况分析，覆冰跳闸集中发生在11月至次年3月份，其中2-3月发生覆冰跳闸次数为19次，占近5年覆冰跳闸总数的63.3%，因此覆冰跳闸主要发生在冬末春初。根据对近5年该省份覆冰跳闸故障类型统计分析，不均匀覆冰/不同期脱冰、绝缘子覆冰闪络为覆冰跳闸主要类型，分别占到总数的36.7%和26.7%。不均匀覆冰故障是不均匀覆冰导致相邻档距或连续档距内弧垂变化，引起导地线放电或者相间放电。不同期脱冰主要是因为在不同时期脱冰造成导线承受荷载突然消失，引起导线大幅度跳跃，从而造成相间距离不足放电。绝缘子闪络主要是融冰过程中的表面导电水膜及表面冰柱造成的桥接。导线舞动则是在不规则覆冰条件下，在一定的风速、风向条件下，覆冰导线产生的自激振动频率与结构的固有频率相近产生叠加引起的。过负载是冰载荷接近甚至超过导线、杆塔本身最大抗冰载荷。
3实例应用分析
3.1案例背景
2018-04-14T05：00，某500kV线路两侧开关跳闸，L2相（左边相、迎风侧）故障，重合闸动作、重合成功，保护正确动作。运维人员在376号直线杆塔绝缘子上、下均压环上发现了明显的放电烧伤痕迹，且376号杆塔至红城开关站间距离与故障测距相符，确认376号直线杆塔上发现的放电点为本次故障点。
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3.2故障原因分析
现场照片显示，覆冰形态较为透明光滑，并且融冰后绝缘子表面覆冰已基本消失，冰凌长度较长，可以推断故障发生时，绝缘子覆冰桥接程度严重，符合雨凇覆冰特征；同时，雨夹雪的天气状况也更易形成雨凇覆冰。雨凇覆冰是绝缘子冰闪电压最低的一种情况，根据中国电力科学研究院的研究成果，严重雨凇覆冰条件下，500kV绝缘子50%闪络电压梯度为64kV/m，每km闪络电压下降超过4.64%，故障所在区域平均海拔1190m，则50%闪络电压梯度为61.4kV/m，与376号杆塔绝缘子耐受电压梯度61kV/m相近。考虑到凌晨一般为24h内温度的最低点（非融冰时段），且故障时段为雨夹雪天气，造成376号杆塔绝缘子严重覆冰。覆冰过程中，雨凇覆冰形成的冰凌快速增长，对绝缘子伞裙形成了桥接，同时降雨条件对绝缘子表面具有湿润作用，造成绝缘距离大大缩短，从而发生沿面闪络。覆冰冻融的动态过程中，会将绝缘子表面的污秽物溶解到冰层中，又进一步提高了冰层的导电率。根据均压环和绝缘子表面的放电痕迹，结合故障时段气象条件，综合分析认为故障线路376号杆塔绝缘子发生了覆冰闪络，从而造成跳闸故障。
3.3防范措施及建议
根据当地特殊地理环境和气象条件，结合本次故障特点，提出以下防范措施和建议。（1）在线路设计阶段，应充分考虑线路所处地区的气象条件和通道走廊利用率，尽可能减少紧凑型线路的使用，避免微地形、微气象区域对线路造成不利影响。（2）在线路重点区段设置观冰点、观冰站，监测输电线路导、地线覆冰情况；收集微气象数据，完善微气象区、微地形区输电线路运行环境监控手段和管控措施。观冰点分为有人值守和无人值守两种方式。一般情况下为有人值守观冰点，只有在自然条件极其恶劣无法安排人员驻点值守情况下才采用无人值守方式。有人值守观冰点由驻点人员根据覆冰情况随时进行覆冰观测，无人值守观冰点是由观测人员巡测。采取人工覆冰观测时，配备游标卡尺、冰盒、取冰刀、秤及测量体积的量杯等，为保障上观冰架测量的人员安全还应配备安全器具。气象观测项目是与覆冰相关的气象要素，可增加冰雪电导率观测。每年度观测时段，一般是当年11月至次年3月，观冰站覆冰观测次数是根据覆冰过程的变化而定，原则上是要观测到过程最大值。观测项目记录时间应采用北京时间，北京时间20时为日界。观冰点的观测期限应不少于1个覆冰期。导线的覆冰观测内容应包括：覆冰过程最大值，覆冰长径、短径、围长、截面积、重量；现场采集照片及影像，描述覆冰种类、外部形状及内部结构；覆冰过程起、止时间及测冰时间；同时气象要素及天气现象。有条件时应开展导线覆冰与树枝覆冰、通信线覆冰的对比观测。雨凇塔导线覆冰观测，当因天气过程变化，导致覆冰在发展、保持循环变化过程中出现部分脱冰或短暂融化并继续覆冰时，应增加测冰次数；当多次测冰后使所剩冰体长度不足25cm时，应取10cm长度冰体称重。（3）结合输电线路运行情况、气候环境特点，绘制冰区分布图并适时修订，以指导雨雪冰冻灾害防治工作。（4）积累极寒、高海拔林区输电线路运行经验，收集沿线地形、环境数据，开展线路运维检测，落实微地形、微气象区防冰、防雷差异化改造方案（5）建议将两边导线的绝缘配置单Ⅰ串改为大伞隔断的防冰复合绝缘子或采用插花串，既起到防止沿绝缘子串表面形成连续短接冰凌的作用，又有一定的防鸟效果。（6）条件允许情况下尽量采用V形串或倒V形悬垂绝缘子串。倾斜的绝缘子不易形成连续冰凌，而且能够提高绝缘子串的自洁性能，防止冰凌桥接而形成闪络通道。
4结束语
某500kV输电线路，在每年换季时节雨雪天气下，极易形成雨凇覆冰桥接复合绝缘子闪裙，造成输电线路覆冰闪络故障。输电线路设计及运维工作中应充分考虑微地形微气象因素的影响，采取可靠的防冰措施，防止闪络跳闸故障及导地线覆冰断线事故的发生，保障输电线路的安全稳定运行。
参考文献
[1]孙羽,王秀丽,王建学,王锡凡.架空线路覆冰闪络跳闸特性分析与风险建模[J].中国电机工程学报,2011,3131:149-158.
[2]于昕哲,周军,刘博,宿志一.全尺寸超、特高压交流绝缘子串的覆冰闪络特性[J].高电压技术,2013,3906:1454-1459.
论文作者:孟俊
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/3
标签：绝缘子论文; 线路论文; 导线论文; 故障论文; 杆塔论文; 冰凌论文; 气象论文; 《电力设备》2019年第2期论文;