摘要：随着我国电网建设规模的不断扩大,超高压输电线路的数量越来越多,各种输电线路安全隐患也在不断地影响电力系统的安全稳定运行,其中因树木闪络而造成的输电线路接地故障跳闸,被称为“树木故障”。形成树木故障的主要原因是架空输电线路经过的茂密树林地区树木生长过快、过高,部分树木甚至超过架空输电线路杆塔的高度,导致线路距离树木过近而对树木放电,引起线路故障跳闸。
关键词：输电线路；树木故障；措施
一、树木故障形成过程理论分析
当树木高度达到h1时,树木顶部表面场强达到20~30kV/cm,此时输电线路与树木之间会发生电晕放电，并伴随有轻微的滋滋声。当树木生长到h2时,由于树木与导线之间距离变小,树木顶部电晕放电加剧,形成断断续续的刷状放电,并进一步发展成火花放电或者局部电弧放电。当树木达到h3左右的高度后,树线距离达到了闪络故障的极限值,输电线路会发生闪络故障,导致线路跳闸,引起严重后果。不同阶段放电都会产生特定频率分量的电流,并沿导线向两侧传播。
二、输电线路树闪故障分析
随着时间的发展，输电线路走廊两侧或下方的植被越来越高。在没有人为干预的情况下，当树木与导体之间的间隙距离在一定时间内小于空气的临界击穿距离时，就会发生树木闪络故障。根据树闪故障的形成过程，输电线路树闪故障可分为以下三种类型。
1）在自然雷电、暴雨、暴风雪等极端天气条件下，输电线路走廊内的植被发生断裂甚至崩塌，部分或全部短导线与地面有气隙，引起闪络。由于电力系统已具备良好的天气预警手段，并能随时应对突发事件，因此在这种极端恶劣的环境下，树木闪络造成大规模停电的可能性一般较小。
2）一般情况下，树木与电线之间的间隙足够，但大风会使树木摇摆。此时，很容易形成电线将树木排到走廊外。这类流量与树木在风中的姿态有关。一般来说，它是一种瞬时故障。系统重合闸往往容易成功，因此很难造成大规模的功率损失。
3）树木随着时间的推移越来越高，在一定情况下，导线垂度会增大，使树木与线路之间的净空距离减小，从而发生绊倒。这是大面积树闪故障中最典型形式,其形成过程示意图如图1所示。
图1树木闪络故障示意图
实际运行中导线电流会因外部环境,如光照、自然气温等,以及负荷电流的焦耳热效应等温度逐渐升高,使得弧垂逐渐增大。与此同时,输电线路走廊里树木因未被及时修剪,其高度达到h。此时输电导线与树木端部直线距离小于临界闪络距离d,闪络发生。根据图1,此类闪络故障发生的前提条件为:
这种类型的树闪断层主要发生在夏季，特别是在炎热、潮湿和无风的天气。此时，电力负荷基本达到峰值，外部高温影响导体的散热，进一步加剧了导体的温升。此时，导线的垂度比正常情况下大幅度增加。另一方面，如果走廊内植被超高，没有有效的伐木，很容易形成树闪断层。一般来说，调度员很难准确判断和警惕这些故障。当线路跳闸时，为了恢复线路的供电，常尝试重合闸。由于故障点的绝缘缺陷仍然存在，电源最终会在短时间内恢复，使线路无法运行，并将负荷转移到其他可能满载的线路上，从而加剧了导线垂度，撞到了树上。跳闸退出运行，这样的连锁反应将导致大规模停电。
导线弧垂增加与线路走廊树木的不断生长是引起上述树闪故障的最主要两个因素。实际运行经验表明,在较大负荷运行情况下,导线弧垂明显增加,部分甚至达到10m及以上。在当今远距离、大容量输电广泛存在的情况下,弧垂的变化对于输电线路运行的影响变得不容忽略。研究资料表明,线路弧垂与导线运行电流、环境温度、光照、风速等因素相关。在运行电流、环境温度、光照以及风速等一定情况下,线路弧垂可通过迭代方式进行计算与评估。
三、输电线路树木故障处理措施
（一）要做好树障砍伐工作
根据线路前期技术资料，对沿线需砍伐的树木，进行树主、树种、树高、及数量等进行分类统计。确定树障是属于前期遗留还是后期新种，对于后期新种、且危机到线路安全运行的树木应及时进行砍伐，如果有阻止砍伐的，应当提供原始砍伐协议，在公安部门和县（乡镇、村）委会的配合下，强行进行砍伐。对于前期遗留的树木应该与线路建设单位联系，商议相关解决办法，根据树的直径、高度，按照市场价格和国家规定与树主签订树木砍伐、迁移和赔偿协议后进行砍伐。与树主签订的协议，应盖运维单位的公章并经过村委会签字盖章，一经形成的树木砍伐和赔偿协议，作为原始资料，永久保存，为司法程序提供有效依据。
（二）做好输电线路的树障管理工作
定期对线路保护区巡视，禁止新栽树木，在巡视中一旦发现任何单位或个人种植危及线路安全的树木和高杆作物，要及时进行制止，并下发安全隐患通知书，责令其整改，并上报上级部门,做到早处理早发现。对不执行修剪和砍伐的，应当在当地政府和公安部门的配合下，予以强制性的砍伐，并不予支付任何费用。
（三）日常巡视
日常巡视中，运行单位应该根据树障的生长情况，对修剪砍伐后新发树木进行修剪、砍伐。修剪时应该考虑修剪期内树木的自然生长高度。并且在砍伐时，必须根据现场具体情况，携带必要工具和安全器具，做好一切安全措施，确保人员和设备的安全。需要线路停电时，要提前办理好线路工作票，安排好其他地点和分组负责人。在砍伐和修剪高大树木时，应用安全绳将树枝拉向相反的方向，以防树木、树枝倒下时触及导线。为防止拉树人员被砸伤，安全绳应该留有足够的长度。
（四）指导线路基建和验收工作
基建图纸内审阶段，将树木自然生长高度的规定写入会议纪要，便于验收时执行。目前，新建线路大部分都是高跨设计，施工单位可根据现场树木情况决定需砍伐树木，以节约清障补偿费用。运行单位在进行输电线路现场通道验收时，通道树障验收是重点，可以确定哪些树木需砍伐，哪些树木不会对输电线路构成威胁，更可以统计输电线路保护区树种，制成图表形式，随时了解输电线路通道情况，即使线路负责人更换，也不会影响输电线路维护、清障工作。
四、树木隐患预警等级
根据导线垂度模型，对不同负荷和环境温度下的导线垂度大小进行了预测和评价，并对树种和位置进行了统计。然后根据树的生长模型估计树的高度，根据树和电线的接近程度确定树的潜在危险程度。结合电网公司《输电线路走廊树木清理指南》的有关规定，建议将树木隐患等级设置为轻微、一般、严重三级。当系统根据凹陷预测模型和树生长模型计算树线距离达到严重隐患程度时，发出警告，运行维护人员及时赶到现场进行树木清理。预警等级的划分与输电线路电压等级、树种和气候环境有关。在实际应用中，电网运营商可以根据林业和气象部门提供的数据进行统计，并通过实际案例不断修改模型的评价标准，使评价标准更加准确。
五、结论
随着树木生长,当高度达到一定值时,树木顶部开始形成电晕放电,若树木-导线净空距离进一步减小,电晕放电发展成间歇性电弧放电,形成较明显电弧时,仍不加以控制,任由树木继续长高,则闪络发生,输电线路跳闸。
参考文献：
[1]刘怀东,陈伟,高晓辉,等.从大停电观点分析一类输电线路树木故障[J].电网技术,2007,31(1):67-69.
[2]林力辉,闫航瑞,岳鑫桂,等.输电线路树木故障的行波信号分析[J].南方电网技术,2014,8(3):47-52.
论文作者:武风山
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/24
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