摘要：输电线路树闪故障是造成电网大面积停电的重要诱因。基于此，针对树闪故障形成过程以及机理进行分析，指出在特定条件下树木生长过高、导线弧垂下降幅度较大是树闪故障形成的最典型类型。然后对输电线路导线弧垂计算进行推导，并建立输电线路树木生长预测模型，最后给出输电线路树闪隐患预警等级标准。
关键词：输电线路；树木故障；分析；研究
1输电线路树闪故障分析
输电线路走廊两边或者正下方植被随着时间发展不断长高，在无人为干预情况下，在一定时间里树木—导线净空距离小于空气临界击穿距离时，树闪故障发生。根据树闪故障形成过程，输电线路树闪故障一般分为如下三种。
1）在自然雷电、暴风雨、暴雪等极端恶劣气候环境下，输电线路走廊内植被出现断枝甚至是倒塌，部分甚至全部短接导线对地空气间隙，使得闪络发生。由于电力系统已配备了良好的恶劣天气预警手段，能随时对突发情况作出反应，因此这种极端恶劣环境下的树木闪络引起电网大面积停电的概率一般较小。2）正常情况下树木与导线之间净空距离足够，但大风使得树木发生摇摆，此时容易形成导线对走廊外的树木放电。这种类型放电与树木在风中的姿态有关，一般为瞬时性故障，系统重合闸往往容易成功，因此难以造成大面积失电。3）树木随着时间推移不断长高，而导线弧垂在一定情况下会增大，使得树—线净空距离减小，发生跳闸。这是大面积树闪故障中最典型型式，其形成过程示意图如图 1 所示。
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。
这种类型树闪故障多见于夏季发生，尤其是闷热潮湿且无风的天气，此时用电负荷基本达到最高峰，且外界过高的温度影响了导线的散热，进一步加剧了导线的温度升高程度，此时导线弧垂较正常情况大幅增加。另一方面，如果线路走廊内存在超高植被且未进行有效砍伐时，则极易形成树闪故障。对于这种故障，一般调度人员难以准确地判断和警觉，当线路跳闸后往往会试图重合闸以期恢复线路供电，由于故障点绝缘缺陷仍然存在，及时短时恢复供电也最终会发生再次跳闸，使得线路退出运行，负荷转移到其他可能已出现满载的线路上，加剧了导线下垂、触树、跳闸并退出运行，如此连锁反应将导致大面积停电事故发生。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 10 m 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。
2建议与展望
2.1使用无人机搭载电锯进行清障操作
目前大部分的清障工作是通过工作人员搭乘带电作业车，使用手持电锯人工修剪树木。虽然树障清理的在线监测系统已提上智能电网建设的日程，但是发现问题后的处理任然还要靠人工。使用机器手臂或是无人机来进行清理工作可以节省人力，大大提高工作效率。
2.2 运用生物方法如添加树木抑制剂来清理树障
传统的砍伐或是利用石灰粉清理的树障的方法是让树木死亡，但对于价值较高的植物并不是适当的处理方法。国外一些国家利生物化学物质来抑制树木生长的方法值得借鉴。综上，架空输电线路的树障问题一直是困扰电力工作者多年的难题，已有很多人研究怎样有效解决这个问题，新技术的运用可以对传统技术进行改良，共同营造电力线路安全稳定的运行环境。单一的清障措施有时候需要大量的人力物力，更多时候需要多措并举，多管齐下，发挥各种树障清理方式的优点，将组织措施和技术措施有效地结合起来，做到最大限度的对人力、物力、财力的节约。
2.3建立输电线路通道树障隐患信息库
建立便于管理更新的输电线路通道树障隐患信息库，对当地输电线路内树障的重要信息进行记录，如：采集树种、树龄、树高生长周期等信息，目的是了解树障隐患的分布规律及特征规律。
2.4 建立树高生长预测模型
通过对植物生长的建模、应用和来预测相关植物的长势，以此指导树障隐患的管理工作，适时地对树障进行处理，或对输电线路的搭建进行改善。贝叶斯估计法是一种评价模型不确定性的有效方法，从而提高树高生长模型参数估测的精度，该方法尤其适用于输电线路通道树木的树高模拟。
3树木隐患预警等级
根据导线弧垂模型预测评估不同负荷以及环境温度下导线弧垂大小，统计输电线路树木种类及位置，然后基于树木生长模型估算出树木高度，根据树木与导线的临近程度来确定输电线路树木隐患等级。结合电网公司出台的输电线路走廊树木清理导则相关规定，建议将树木隐患等级设定为三种等级，即为轻微级别、一般级别、严重级别。当系统根据弧垂预测模型以及树木生长模型计算出树线距离达到严重隐患程度时，发出警告，运维人员及时达到现场进行树木清理工作。预警等级的划分与输电线路电压等级、树木种类以及气候环境相关，实际应用中，电网运维人员可根据林业以及气象部门提供的资料对数据进行统计，并对模型评价标准进行不断修正，使得评价标准更加精确。
结束语
对输电线路树木故障种类、形成机理进行分析，得出导线弧垂下降、树木生长过高，引起导线对树木放电是引起树闪故障的根本原因。给出了输电线路导线弧垂的计算方法，以及输电线路树木生长高度预测模型及计算方法，提出了输电线路树闪隐患程度预警的一种参考标准。
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论文作者:许嘉伟
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/4
标签：树木论文; 线路论文; 导线论文; 故障论文; 隐患论文; 生长论文; 模型论文; 《电力设备》2019年第3期论文;