2023年关于影响送电网安全运行有关问题的分析与解决措施.doc

关于影响送电网平安运行有关问题的分析与解决措施 武汉高压研究所 胡毅 本文分析了近年来影响送电网平安运行的主要故障，对风偏放电、雷击、opgw断股等问题讨论了原因、机理及影响因素，从设计、科研、运行、制造、材料等多方面进行了分析。为增强电网抵御自然灾害及外因影响的能力，减少送电网的故障概率，结合生产实际中面临的问题，探讨了应采取的措施及今后应开展的工作。 关健词：送电网、风偏放电、雷击、opgw断股 根据2022年和2022年送电网有关运行数据的统计分析，在影响送电网平安运行的故障中，主要有雷击、风偏放电等，其中雷击引起的故障跳闸仍居首位。另外，在雷电活动频繁的地区，雷击opgw断股问题也逐渐凸现出来，在2022年，风偏放电引起的线路事故明显增多。针对以上影响送电网平安运行的问题，深入地进行分析并研究解决措施是十分必要的。 1.风偏放电 输电线路的风偏放电是影响线路平安运行的问题之一。在1999年～2022年的5年间，国网公司系统110kv及以上线路共发生风偏放电260多起。其中500kv线路风偏放电共33起。2022年以来，500kv线路风偏放电明显增多，1～7月之间已发生21起，涉及区域包括河南、江苏、山西、山东、湖南、湖北、北京等地区。由于风偏放电后重合闸大多不成功，因此对系统平安运行存在严重的影响和威胁。造成风偏放电的原因有外因和内因两个方面。外因是自然界发生的强风天气，内因是输电线路抵御强风能力缺乏，鉴于近年风偏放电造成跳闸线路多且时段集中、影响面广、损失较大。因此，为增强500kv输电线路抵御强风的能力，需要从气象条件分析、设计、运行、科研等方面进一步深入的分析，以便采用相应的防治措施。 一、故障特点 此次发生风偏放电的线路有单回线、双回线，塔型有耐张塔、直线塔。耐张塔是跳线对杆塔构架放电，直线塔是导线或金具对塔臂放电，线路故障具有以下特点： 1.放电发生区域及时段均有强风出现，伴有雷雨和冰雹。 2.大局部故障发生地点并无明显的地形地貌特殊性。 3.杆塔上曲臂构架和导线或金具上均有明显的电弧烧痕。放电路径明晰。 4.重合闸均不成功，强风消失后均试送成功。 3.在设计中对恶劣气象条件的估计缺乏。 二、原因分析 1.在设计中对恶劣气象条件的估计缺乏此次发生风偏放电的线路，在设计中考虑的最大风速均为30m/s，但局部地区己测出了大于30m/s的风力，根据当地的气象资料，在该地出现30m/s以上的大风是罕见的。此次发生闪络的杆塔有大局部是直线塔，有的是耐张塔，在耐张塔设计中由于对当地出现瞬时强风的可能性估计缺乏，外角跳线没有安装跳线串。 2.暴雨有可能导致空气间隙的放电电压降低 由于放电发生区域及时段强风出现时均伴有暴雨，在强风的作用下，暴雨会沿着风向形成定向性的间断型水线。据某地气象资料，曾在30min之内降雨量到达45.1mm，如果水线的定向与闪络路径成同一方向，有可能使空气间隙的放电电压降低。根据杆塔上的放电位置反推，发生放电时一是导线风偏角很大，使空气间隙明显减小，二是间隙的放电电压较无雨、无冰雹时有一定程度的降低。另外，在间隙减小，空间场强增大时，在导线金具的尖端和杆塔构件的尖端上会出现局部高场强，使放电更容易在这些位置发生，从现场观测到的放电痕迹来看，一局部放电出现在脚钉、防振锤和角铁边缘尖端上正说明了这一点。 3.设计参数的取值问题 设汁中风偏角及间隙的距离计算和校核是否符合实际情况，风压不均匀系数的取值是否合理，这方面也需要进一步研究和论证。例如，绝大多数风偏放电发生线路均满足现行设计规程的要求，而且有一定的裕度，在2022年的21次500kv线路风偏闪络中，19次是直线塔，经过对发生闪络的直线塔进行验算，在最大设计风速下，按照风压不均匀系数0.61〔原风压不均匀系数为0.75〕计算，塔头间隙是满足要求的，但在运行中仍出现了风偏放电，这说明设计参数取值和计算与实际情况存在着误差。 在发生导线风偏放电的期间，气象资料给出的风速数据有的与反推出的风速数据有一定的偏差，因为气象观测站一般均设在城郊接合部，而且所测数据为距地10m高度的10min平均风速，而由于飑线风的小区域性及阵发性，往往风力最强劲的区域并不恰好是在观测站附近，而且导线、绝缘子的悬挂高度一般在20m～30m左右，其风速应乘以对应的高度增加系数，所以直接应用气象部门给出的数据分析导线风偏会存在一定的偏差。 三、需开展的工作和解决措施 大风导致的送电线路风偏放电明显增多，对系统的平安稳定运行带来了较大的影响。这一方面属恶劣气候条件导致的自然灾害，较难预防和完全防御。另一方面也反映出局部线路自身抵御超强大风的能力缺乏。在今后需开展以下几方面的工作： 〔1〕在设计方面 合理设计线路的风偏放电设防水平原那么是：在各地最大风速下不应发生风偏放电。这一目标涉及到某些设计参数的选择和确定。例如在我国第一代500kv线路的设计中，风压不均匀系数取为0.75，在第二代杆塔的设计中，风压不均匀系数取为0.61，明显减小了塔头尺寸，但在超强风的恶劣气候发生时，风偏放电次数也有所上升，特别是今年明显增多。因此，应对影响风偏放电的某些设计参数进行研究和分析，另外，对强风多发地带，新建线路的直线塔的设计中应尽量采用v型串悬挂，。〔2〕在运行方面，应加强对微气候区的观测和记录，积累运行资料，应加强送电线路所经区域的气象资料收集，特别是飑线风的数据收集，包括发生时段、频率、风速、区域等，并加强导线风偏的观测。研究输电线路塔上气象参数和风偏参数的在线监测系统，监测参数应包括：塔上风速及风向；雨量；导线风偏运行轨迹；风偏角；导线与杆塔间的风偏间隙等，在线监测系统还应包括各地监测点的选取，数据的传输、处理和分析。 〔3〕在科研试验方面，应开展有暴雨和强风定向作用下空气间隙的工频放电试验，得出数据及曲线，为今后的风偏设计提供合理的技术依据和参数。 〔4〕对微气象区特征明显，飑线风频发地带，线路的设计考虑到最不利的气象条件组合，设计时留有适当的裕度。 2.雷击 根据近年送电线路运行情况及故障分析的有关资料，雷击引起的跳闸次数仍居各类故障的首位，造成线路雷击跳闸率高的原因主要有以下几点： 一、设计中的问题 1.局部山区线路保护角取值偏大 山区输电线路由于山坡地形变化会引起线路保护角的变化。保护角增大时会引起屏蔽失效的区间增大。据近年来屡次的现场调查，表XX县区线路由雷电绕击引起的跳闸较多，而保护角取值较大或没随地形作改良是造成屏蔽失效的直接原因。 2.设计所取的雷电日与实际情况不完全相符 一般来说，雷击跳闸次数与雷暴日成正比关系。据某省气象局发布的历年气象统计分析资料，年平均雷暴日达62天以上，而该省在90年代中末期以前建设的线路几乎全按中等雷区〔40雷电日〕设计，其线路的绝缘配置及耐雷水平设计与线路所处的区域和气候环境不相适应。又如某地线路按40雷暴日/年作为设计和运行考核依据，而该区域在1998年的雷暴日甚至高达113日/年。因此，设计所取的雷电日与实际情况不符是造成局部线段雷击跳闸率高的原因之一。 3.接地电阻没有到达设计值或在运行期间增大 由于局部地区土壤电阻率较高，特别是岩石地区甚至高达数千Ω.m。杆塔接地电阻在施工后有一局部并没有到达设计值，有的通过施加降阻剂后暂时到达设计值。但降阻剂在长时间的运行期间可能流失，甚至对接地体造成腐蚀致使接地电阻上升增大，而接地电阻较高是造成雷电还击的最主要原因。 二、运行维护中的问题 1，绝缘水平缺乏造成耐雷水平下降 当绝缘子串中有零值或低值绝缘子存在而没有及时检出时，绝缘子串的闪络电压降低会导致耐雷水平低于设计值。有局部地区为增加防污能力将瓷绝缘子换成合成绝缘子后，假设均压环之间的空气间距较原设计减小也会导致耐雷水平降低。以上两点在现场事故分析中均出现过。 2，防绕击措施缺乏 从500kv线路雷击跳闸的雷电流幅值分布来看，引起雷击跳闸的雷电流主要分布在两局部，一是10~50ka较小幅值雷电流引起的绕击，二是150ka以上的高幅值雷电流引起的还击。而中间段的雷电流既难引起还击也不易形成绕击，原因是幅值较小的雷电流易于绕过屏蔽区直击导线，幅值较大的雷电流易于击中杆塔或地线，而中等幅值的雷电流由于击距较长，不易绕过屏蔽区也会直击于杆塔或避雷线，而中等幅值雷电流形成的塔顶电位升高有限又难以引起还击。根据统计分析，在500kv线路的雷击跳闸中，大局部是由绕击跳闸引起的。而局部单位由于对雷击原因判断不明，主要是从抓还击措施入手，没有做到对症下药。为降低绕击跳闸率，应首先在设计上减小保护角甚至采用负保护角，在已建线路上可加装装置减少绕击率，同时还应加强防绕击措施及装置的研究。 3，局部接地装置在运行中出现腐蚀问题 接地工程是隐蔽工程，在土壤中由于电化学反响会出现腐蚀，严重的甚至会全部烂断。在这种情况下遭受雷击那么还击跳闸概率极高。因此接地装置必须周期性地检测，同时应加强接地装置降阻和防腐蚀两方面的研究。 三、需开展的工作 目前常用的防雷技术措施及装置主要有： a.增强绝缘子串的绝缘水平配置，提高雷击放电电压。b.加装杆塔拉线和耦合地线，加装避雷线。c.加装接地射线和施加防腐降阻剂，降低杆塔接地电阻。d.减小边导线保护角或用负保护角e.在横担处加装侧向避雷针或可控放电避雷针；f.在易雷击段采用线路型避雷器。今后需加强以下方面的工作： 1，加强雷击跳闸故障的原因分析和故障分类，加强雷电活动的观测和雷电日的统计，加强雷击故障的专项调查和资料收集。整理出各地区的年平均落雷密度，雷电流幅值分布，雷电还击跳闸率，雷电绕击跳闸率等根底性资料。 2，在设计中要为运行维护提供条件和根底，特别是接地电阻，保护角和绝缘配置等方面，防止总是在投运以后需不停地改造。 3，加强降低雷击跳闸率方面的科研工作，研究雷击分类装置，进行防绕击装置的研究和试验。据现场统计，引起雷击跳闸的雷电流主要有两局部，一是较小幅值雷电流引起绕击，二是高幅值雷电流引起还击。而中间段的雷电流既不会引起还击也不会引起绕击，因此应有针对性地进行专项研究。 4，加强运行维护，及时检测和更换串中出现的零值和低值绝缘子，周期性地检测接地电阻值和腐蚀状况，发现问题应及时检修。在多雷区，雷击故障多发点要加强巡视和观测。 3、opgw雷击断股 近年来，运行中opgw屡次反映雷击断股问题，由于光纤复合地线的损坏不仅会影响送电线路的平安运行，而且会威胁到电力通信的可靠性。因此，深入分析光纤复合地线雷击断股的特征、原因和机理，研究有关的防范方法和措施，对于电力系统平安运行是十分重要的。 一、断股特征及原因分折 对多处因雷击造成断股的opgw进行外观检查，发现线股上有深浅不一的墨斑点，一些微小金属瘤状物粘附在断口周边线股上，有的地方甚至出现了两股线烧熔连接在一起的现象。内层绞线上边也出现有熔斑或烧伤点，应用微观电子检测设备对断口处进行检测，发现不管正断、斜断的断口处都有熔渣或熔渣留下的痕迹。断痕起始处显示熔融状态，断面平滑，有大量熔融气孔，边部有拉断特征，说明所有断口都曾经受过高温熔融。对断口样品和正常样品磨成金相试品后进行金相的显微观察，发现断口样品晶界显露，聚集较多气孔，显示受热后组织结构降低，而正常样品晶界不明显且很少气孔。 从opgw上的电弧斑点、烧