2.国网山东省电力公司济宁供电公司，济宁，272023
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摘要：随着全球气候变化，极端天气频发，架空输电线路过载荷、冰闪、脱冰跳跃等现象，导致线路跳闸、断线、倒塔和通信中断等事故时有发生，覆冰已经成为威胁电网安全运行的重要因素。本文以一起典型的输电线路覆冰闪络故障为例，分析了故障原因并提出了防范措施。
关键词：山东地区 输电线路 覆冰闪络故障 措施
0.引言
山东地区气候属于暖温带湿润季风气候，气候介于南方湿热天气与北方干冷天气之间，特别在冬季，大部分地区位于雨雪分界线，容易形成雨雪冰冻灾害。2019年，受大范围雨雪天气的影响，山东多地市输电线路出现积雪覆冰现象，导致输电线路故障，对电网安全运行造成严重影响。本文重点对其中典型故障进行深入分析，结合线路实际制定切实可行的防范措施，提高山东主网的安全稳定运行。
1.故障情况
2019年1月31日1时54分24秒，某500kV输电线路左上相（B相）故障跳闸，重合成功。行波故障测距为：距始端变电站18.574km（#117号杆塔附近），距终端变电站50.326km（117号杆塔附近）。2019年1月31日1时54分38秒，某500kV输电线路左上相（B相）再次跳闸，重合闸未动作，跳三相，故障时负荷为65MW。行波故障测距为：距始端变电站18.574km（#117号杆塔附近），距终端变电站50.326km（117号杆塔附近）。
1.1 故障时段天气情况
1月31日，受强冷空气影响，临沂地区出现雨夹雪及中到大雪恶劣天气，持续时间为1天。故障时段故障区段天气为大雪，气温在-6℃～-2℃间，北风，风力4至5级，相对湿度为93%RH，降雪量15mm，现场测量导线覆冰厚度为21mm。
1.2故障区段参数、地形及故障巡视情况
故障区段始于117杆塔，止于118杆塔，高差1米，档距375米，导线设计覆冰厚度10mm、地线设计覆冰厚度15mm、设计风速27m/s，故障区段的杆塔、绝缘子、导线、地线型号分别为5E3-SJ3-30、FXBW-500/120、4×JL/G1A-630/45、OPGW-150。故障区段平均海拔高度为35m，主要地形为平原开阔地区。气候类型为暖温带大陆型季风气候，常年主导风为南北风，与线路走向夹角为85度。
巡视发现#117杆塔左上相（B相）小号侧复合绝缘子下均压环、引流线以及挂点金具存在放电痕迹，结合故障测距、天气和绝缘子覆冰情况，判定此处为故障点。
2.故障原因分析
2.1 气象条件分析
从气象条件来看，根据当地当时天气预报情况，1月30日白天～31日早晨，山东省中南部地区自南向北有一次明显雨雪天气过程。其中，枣庄、临沂、日照有小到中雨转大雪局部暴雪（降水量10～15毫米），菏泽、济宁有小到中雨转中雪局部大雪（降水量5～10毫米），泰安和聊城、济南、淄博、潍坊、青岛5市的南部地区有小雨雪。经现场调查，1月30日下午开始，#117杆塔所在地区（位于临沂市和枣庄市交界处）开始出现雨夹雪、降温天气，1月30日夜间持续降雪天气。根据雨雪和气温预报及现场实际情况可知，故障点附近的雨雪强度较大，温度较低，具备输电线路覆冰的先决条件。
2.2覆冰形成原因分析
目前输电线路覆冰现象基本可分为雨淞、湿雪、雾凇、混合性凝结几种类型。结合本次故障情况，属于湿雪类型。湿雪的自然状态是灰白色或者乳白色，并且质地比较软，一般是由于融化的雪花或者液体覆盖在线路表面形成。湿雪覆盖线路后，如果温度持续下降会形成冻结的冰，一旦形成附着能力很强，密度在100kg/m3至700kg/m3。混合冻结主要是由于空气中的冷暖气团交汇，在交汇部位形成凝固的界面，低于冰点温度的电线就很容易出现冻结现象，形成混合冻结。混合冻结外观为乳白色，整体空隙比较多，自身体积较大，密度为200kg/m3至600kg/m3。
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本线路1月31日1时54分跳闸时，天气状况为暴雪，现场湿度93%，加之现场温度降温较快，造成湿雪覆盖线路，导致覆冰厚度达20毫米。
2.3 跳闸过程分析
复合绝缘子形成覆冰后，凝结成的冰柱将绝缘子伞裙短接，从而沿复合绝缘子表面在引流线、复合绝缘子下均压环、挂点金具之间，形成放电通道，造成单相短路，发生第一次跳闸。线路跳闸后，超高故障电流将绝缘子表层冰柱融化，放电通道消失。此时，线路重合闸正常动作，在放电通道消失的情况下，线路送电成功。故障电流消失后，在暴雪、低温的天气下，雪又在绝缘子表面迅速凝结，再次形成放电通道，造成线路发生第二次跳闸。
综上分析，受气候、地形因素影响，#117杆塔复合绝缘子串被冰柱短接，冰柱具有较高的电导率，导致闪络电压降低，最终导致闪络事故的发生。因此，此次故障是在多种影响因子的综合作用下，发生的绝缘子闪络故障。
3.覆冰闪络防范措施
3.1加强气象观测和气象预警
深入分析山东地区近几年气候特点，在易发生覆冰线路重点区段设置观冰点、观冰站，系统的监测输电线路导、地线覆冰情况，收集微气象数据，进一步完善输电线路微气象、微地形区监控措施，绘制可动态调整的、具备时间特性的输电线路特定时段覆冰概率分布图，指导运维单位采取有效的防控措施。
3.2 结合无人机巡检和可视化监拍掌握线路覆冰过程
目前，无人机巡检和可视化监拍等先进的科学技术装备已经在输电线路多个领域得到了广泛的应用，根据对输电线路覆冰规律的深入分析，我们可以在雨雪冰冻天气到来之时，利用无人机的空中巡视和可视化监拍的实施观测优势，第一时间实时了解和掌握线路覆冰状态，必要的采取紧急措施，避免发生因覆冰造成的线路故障。
3.3 重点区段提高新线路覆冰设计标准
目前，山东地区导线设计覆冰厚度多为10mm，地线设计覆冰厚度多为15mm，一般的设计标准已无法满足特定区域条件下的覆冰要求，通过本文500kV故障的分析可知，2019年这次的雨雪冰冻天气造成的导线覆冰厚度达到21mm，远大于设计值。所以，需要在新建线路设计阶段，应充分考虑线路所处地区的气象条件和通道走廊利用率，避免微地形、微气象区域对线路可能造成的潜在的不安全因素。
3.4 提高绝缘配置，改善复合绝缘子形式
（1）在电气间隙满足的情况下，增加绝缘子片数，以加大绝缘子覆冰闪络电压；
（2）根据多年观测情况及地形地貌和气候特点，在易覆冰区段加强杆塔设计，导线绝缘子采用V型悬挂方式；
（3）在覆冰较轻微的地段，悬垂I串可采用大小伞插花形式，或将绝缘子更换为大小伞防冰闪型复合绝缘子。
（4）利用PRTV具有良好的憎水性的特点，选择在玻璃或瓷绝缘子表面喷涂PRTV的方式以延缓绝缘子串覆冰的时间。
3.5 导线融冰技术
导线融冰技术是处理输电线路覆冰最重要的也是最先进的除冰方式。相对于人工除冰方式，具有明显的安全方面的优势。融冰可以分为两种不同的形式，即交流短路除冰与直流短路除冰，这两者都是采用热力融冰原理进行覆冰问题的解决。对于直流短路融冰方法而言，它与以往所使用的交流三相短路融冰法有着较大的差别，这一差别主要体现在相数方面。因为所用等效电路中的直流阻抗要比电路中的交流阻抗小得多， 因而该技术应用时对于电源容量没有较高的要求。所以线路覆冰应优先选择直流融冰。但是当覆冰厚度超过设计覆冰厚度时，考虑到覆冰的增长，应避免使用直流融冰，防止铁塔因不平衡张力而破坏，此时应尽可能采用交流融冰。
4.结束
近几年，因山东地区地形、地貌复杂，天气环境多变，特别是在冬末初春时节容易出现雨雪冰冻灾害，输电线路运行中可能会出现短时间的覆冰现象，进而影响到山东主网的安全稳定运行。为了妥善解决这一问题，就要对出现覆冰问题的原因进行深入分析，做好气候气象观测和预警，合理进行线路设计，利用先进的智能替代的线路运维手段积极开展设备巡视，并通过采用适当的除冰雪措施降低覆冰问题对于线路运行的影响，提高输电线路的运行可靠性。
论文作者:李永明1 杨沛2 杨晓娟3
论文发表刊物:《中国电业》2019年10期
论文发表时间:2019/11/5
标签：线路论文; 绝缘子论文; 故障论文; 杆塔论文; 雨雪论文; 天气论文; 区段论文; 《中国电业》2019年10期论文;