500kV输电线路覆冰闪络故障原因分析及防范措施

500kV输电线路覆冰闪络故障原因分析及防范措施

刘艳

内蒙古超高压供电公司

内蒙古自治区呼和浩特市 010100

摘要：覆冰积雪是美丽的自然现象。然而。对于输电线路。覆冰则是一种自然灾害。严重覆冰会引起输电线路机械和电气性能降低。覆冰对输电线路机械和电气性能的影响导致覆冰事故频繁发生，已严重威胁了中国电力系统的安全运行，并造成了重大的经济损失和社会影响。我国经济发展迅速，城市建设发展越来越快，优质电能能否得到正常的供应在国家发展，国民生活是否舒适等方面中占有举足轻重的地位。而做好 500kV 架空输电线路防冰闪故障工作，是现阶段远程输电工作中迫在眉睫的任务，做好这项工作，才能有效降低事故的发生机率，避免对电能的浪费，对国家资源的浪费，同时也能够保护工作人员的生命安全。

关键词：500kV 架空输电线路；防冰闪；故障

我国能源集中分布在西南、西北区域，远离东部经济中心，采用特高压交流输电技术，能实现远距离、大容量的电能传输。为了缓解我国负荷中心和发电能源分布不均衡、输电容量日益提高和线路走廊日趋紧张的问题，我国需大力发展特高压交直流输电。近年来，国家电网公司从我国能源战略高度出发，综合分析我国能源分布、能源传输需求和发展变化趋势，确定了建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强智能电网。特高压输电线路具有输送容量大、送电距离远、输电损耗小、节省线路走廊等优点。在我国海拔比较高的地区，尤其是在水系流域发达、地形复杂的山区，冬季覆冰闪络事故较为普遍。

一、冰闪形成的原因

1、绝缘子串发生在积雪的前后，这时候线路很有可能会被覆冰，温度回暖以后冰融化，大量杂质因为冰释集中到表面，导致外面线路的绝缘性能下降。水滴冻结过程中溶解的导电杂质还具有“晶释效应”，不管什么样的聚集方式水的杂质在冻结的过程都会被排出晶体外面，融冰之后，杂质的导电物质也会快速进入水膜，导致水膜的导电率提高，绝缘子串的闪络电压降低。导致绝缘子覆冰闪络的主要原因之一是伞裙被冰棱桥接导致爬距失效。伞裙被冰棱桥接导致爬距失效通过降低闪络梯度，进而引起冰闪的发生。当我们处在覆冰过程之中，需要采用相应的解决措施来阻挡冰棱桥接，避免因此而引发的故障，用来降低覆冰闪络的覆盖范围。

2、含有杂质的融化水从上而下流淌时候，冰水共存表面会出现局面低阻带， 低阻通道最终引起绝缘串子在工频电压的作用下发生闪络。近年来，海拔比较高的地区冰闪跳闸极为频繁，严重的时候，自动重合闸会多次的自跳自合，造成长时间的停运故障。另外冰闪一旦发生，对线路的冲击力很大，对线路设备可能造成较大的破坏，供电的安全性得不到保障，甚至会威胁工作人员的人身安全，直接导致了国民经济的损失。

二、电线路覆冰事故成因

严重覆冰导致输电线路机械性能和电气性能急剧下降是造成重大覆冰事故的直接原因，主要体现在以下方面。

1、严重覆冰引起过荷载。覆冰会增加所有支持结构和金具的垂直荷载：输电线路水平荷载也会随着导线迎风面覆冰厚度的增加而增加；当覆冰区线路档距、高差不相等时，导线覆冰则会造成线路纵向静态荷载不平衡。

2、不均匀覆冰或不同期脱冰引起张力差。当相邻档导线不均匀覆冰或不同期脱冰时，会产生张力差，使导、地线在线夹内滑动，严重时将使导线外层铝股在线夹出口处全部断裂，钢芯抽动。不均匀覆冰产生的张力差是静荷载，故线股断口有缩颈现象，而不同期脱冰产生的张力差是动荷载。线股断口无缩颈现象。此外，脱冰会使导线跳跃，造成导线和地线翻上横担、放电烧伤。或导地线相互靠近短路，横担变形损坏等。

3、绝缘子串覆冰闪络。绝缘子覆冰或被冰凌桥接后，绝缘强度下降，泄漏距离缩短；融冰过程中冰体表面的水膜会溶解污秽物中的电解质，提高融冰水或冰面水膜的导电率．引起绝缘子串电压分布的畸变，从而降低覆冰绝缘子串的闪络电压。形成闪络事故；闪络发展过程中持续电弧烧伤绝缘子，也会引起绝缘子绝缘强度降低。

4、不对称覆冰引起导线舞动。偏心覆冰导线在风激励下会产生大幅舞动。舞动会引起很大的动态应力，造成杆塔塔身摇晃，耐张塔横担顺线摆动、扭曲变形：使导线相间距离缩短或碰撞而产生闪络，烧伤导线．并引起跳闸；此外还会造成金具及部件受损，如间隔棒线夹松动或脱落、线夹船体滑出，杆塔螺栓松动、脱落。

三、500kV 架空输电路防冰闪故障技术措施

我国从 20 世纪末开始探索如何减少冰闪事故的发生，经过长时间的探索和尝试，渐渐找到了适宜的解决措施，现在已经基本解决 500kV 输电线路微气象区外绝缘冰闪跳闸等故障，并已经可以将故障的影响减小到最小化。解决措施如下：

1、大小盘径交替分布。我们通过阻断冰棱桥接来提高覆冰绝缘子串的闪络梯度， 降低事故发生的概率。首先，我们可以使用大盘径绝缘子形成的保护对暴风雨雪进行遮挡作用，可以阻绝这些恶劣天气对线路的影响，能够在积雪和覆冰与绝缘子片中间形成一个只有空气的断层面，这样可以阻断他们上下相连，冰闪几率的发生大大减小。某500 kV线路进行了的 5+1插花改造，我们仔细看改造试验的效果，发现这个措施确实有效的阻断了绝缘子的冰柱连续桥接。但是我们从另外一个方面细看，改造运行的过程中，还是出现了许多闪络事故。

2、喷涂新材料的改造。近年来，科学新研究了一种叫做 PRVT 的材料，这是一种被动的防冻措施，我们人为将涂防护材料涂上去，希望能够阻绝外部对内部的影响。PRVT 的主要作用是尽可能减小冰的附着力，使覆盖在线路上的冰很容易的被除去甚至可以让冰自动脱离。但是通过在绝缘子表面涂新型材料来看， 表面上是可以高效的降低绝缘子表面附着力，可是治标不治本，病源头依然没有得到改善。实际效果运行过程中，我们发现，虽然电路确实干净了，防污去杂质的效果确实也达到了，但是我们从后来运行的冰闪跳闸事故中发现，改造效果依然没有明显的变化。

3、某500 kV线路的新型改造，我们分别改造了安装结构，绝缘长度，双串间距等等改造方案，改造绝缘子安装结构，并去掉了部分金具增加了绝缘的长度， 同时我们还采用加大双串间距的改造方案。把这直线塔三相导线双联悬垂缘子变为两个单联的悬垂绝缘子串，同时对间距进行扩大，间距从 0.8 扩大到 1.2m。实际效果：改造以后，再把绝缘子串片数加到 31 片，这样工频闪络电压应该就可以比原来多增加了 1/5，改造彻底完成之后， 我们发现再也没有出现冰闪跳闸的情况， 效果十分理想，这样我国基本解决了输电线路的冰闪跳闸故障问题。

目前，我国暂无海拔超过1 500 m，并包含有重冰区的交流特高压输电线路设计及运行经验。通过冰闪形成的主要原因，在改造冰闪故障技术运行的过程中，我们应当重视日常的检测管理，定期对设备进行检查，发现故障及时记录，由专门人士解决故障，这才能完全防止事故的发生，希望未来 500kV 架空输电线路微气象区冰闪故障将会得到完全的杜绝。500 kV线路覆冰通过确定高海拔重冰区的绝缘子配置片数，来合理控制绝缘子串长，从而起到优化塔头设计的目的。

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