论文发表基于恶劣天气下高压输电线路设计与维护的探讨
发布时间：2014-11-10
摘要：本文根据结合2008年我国南方地区大范围冰雪灾害对高压输电线路的破坏落笔，如何把已建和在建的高压输电线路设计、安装、运行和维护好，使之发挥更大的社会经济效益，是摆在我们面前的重大课题。文章就高电压输电系统的设计和维护方面为从事输电线路管理的同行提供一些意见，供大家参考。
关键词：恶劣天气 高压输电线路 设计与维护 问题分析 论文发表
一、高压输电线路的特点与存在的问题
与现有的低压输电线路相比，高压输电线路具有以下特点如表一：
高压输电线路特点与问题分析表一
特点 存在问题
安全可靠性要求高 因输送容量大，往往是主要的电源点和负荷中心的能源输送线路，在电网中的地位非常重要，一旦出现安全事故对经济影响非常大。
线路结构参数高 高压输电线路杆塔高、绝缘子串长、绝缘子片数多、吨位大，出现倒塌事故后不仅修复难度大，对备品备件的准备工作要求也非常高。
线路运行参数高 高压线路的额定电压都比较高，使带电体周围的电场强度较高。
线路距离长 线路长、沿线地理环境复杂，高压线路经常穿越高山峡谷，交通运输的困难较多，维修工作量大。
二、冰雪灾害对高压输电线路损害特点
一般来讲，覆冰对电网线路的破坏有四种：
1.第一种是少量的覆冰，它在导线上这种圆截面的覆冰不是均匀地包在上面，它可能形成一个椭圆或者形成其他形状，在大气当中构成了一个迎风面，当风的角度和冰的迎风面角度合适的时候导线就会舞动。
2.第二种情况就是闪络。覆冰造成的闪络类似于污闪，闪络并没有破坏输电线路结构，但大大地缩小了绝缘子的放电爬距，绝缘子串的绝缘大大降低，而且闪络发生后由于覆冰情况并没有消除，造成输电线路自动重合闸的失败，
3.第三种情况是接地短路。由于电缆因覆冰导致重量大大增加，弧垂因负荷过重导致接地短路。
4.第四种也是最普遍的，由于垂直负载过重，把结构整个压垮。已经覆冰的线路 ,前后耐张段规律档距相差大,本身存在不平衡张力,再加上大档距覆冰不一样,造成耐张杆有一侧拉线松弛,如未及时进行调整拉线和保杆工作,引起断线时冲击荷载造成倒杆并导致连锁反应，甚至造成整条线路的垮塌。山地丘陵、海拔较高、线路高差较大的地区，覆冰情况严重，倒塔比例较高。
三、高压输电线路事故的原因分析
1.高压输电线路设计标准偏低。电网遭受破坏的直接原因是，罕见的持续低温阴雨雪(冻雨)和冰冻天气使的输电线路的覆冰厚度超过了设计的厚度，致使电网耐张塔承受压力过大而倒塌。我国南方地区在建设电网时对耐张塔设计的承受覆冰厚度约为10-20毫米，在我国的北方地区设计的覆冰厚度约为30毫米。而在这次雨雪灾害中，贵州、江西等省的部分线路覆冰高达50-60毫米。在我国北方地区之所以没有出现电网倒杆倒塔，不仅有设计的覆冰厚度大，还有北方天气干冷，输电线路很少凝冰，只是有附着积雪，不会出现大量挂冰。此外输电线路在抗覆冰、抗风、防污闪、防舞动等方面存在都设计标准不高的情况。
2.高压线路杆塔高度增加后，相应的防雷防覆冰技术未及时解决。现在因大气环境使线路的污秽问题更加突出，对绝缘元件提出了更高的可靠性要求，高压输电线路杆塔的高度和宽度均较超高压输电线路增加很多，线路遭雷击的概率也会增加较多，同时又还有高压线路杆塔高度增加较多，而空气中液水含量随高度的增加而升高，使得单位时间内向导线输送的过冷却水滴增多，覆冰就更严重。另外，特高压线路导线分裂根数的增加，单相导线重量本身就大，各分裂导线之间的距离较小，也将使线路覆冰更为严重，目前500千伏铁塔高40-50米，重5吨，特高压铁塔则高达70米，重10吨，相当一幢20-30层的高楼，过江铁塔高140米，每个铁塔重70吨钢材，强度大、承载重、安全系数要求特别高;其次，500千伏线路分3相，每相4分列，即4根导线，一条线路共12根导线，1000千伏特高压线路是8分列，一条线路共24根导线，且电压越高，塔距越长，承载拉力更大，应对覆冰的要求更加严格。
3.线路维护单位事故预计和准备工作不足造成事故影响扩大。电网企业对气象预报收资不准确 ,当气温变冷时 ,未及时进行预先防范 ,未预先准备必要的备品备件、设备材料，事故前对恶劣气候下输电线路运行工作认识和困难估计不足，事故来临时手忙脚乱、措手不及，区间调度也凸显了混乱被动的局面。
四、高压输电线路应对冰雪灾害的措施
1.优化设计，提高规划设计水平。
1.1提高电网规划设计标准。在电网规划设计阶段要进行广泛的调查研究，确定正确的抗御覆冰灾害的标准。国家电网公司2008年3月1日宣布，将调整电网设计、建设的企业标准，以提高电网大范围抗冰能力。根据国家电网公司公布的相关调整方案：35～330千伏电网设防标准由15年一遇提高到30年一遇，500千伏电网设防标准由30年一遇提高到50年一遇，750千伏电网设防标准50年一遇，正在建设特高压工程设防标准为100年一遇。
1.2科学设计高压输电线路走向。输电线路路径宜避开高山风口和林区。在冬季，高山风口由于地理位置特殊，气温更低，风也较大，更易在导线上形成积冰，覆冰厚度较通常地段相对来说要厚得多，因此是输电线路的薄弱地带。在南方林区，由于树木增长很快，有时线路巡线员没能及时发现，在有些树木覆冰或积雪时，树木承受不住所受重量时，就会倒向输电线路，给线路运行造成严重的事故，容易造成大面积倒塔(杆)断线。
1.3采用防止电网覆冰的技术措施。现有的技术包括热力融冰技术、过电流融冰技术、短路融冰技术等。短路融冰技术包括不带负荷的三相短路融冰技术、导线对导线两相短路融冰技术、导线对地线单相短路融冰技术，以及传统的带负荷融冰技术、利用介质损耗除冰技术、利用短路电磁力除冰技术等。2008年底南方电网广西电网公司在桂林网区安装了国内研发的第一套基于集装箱结构的直流融冰装置，该装置的工作原理是利用直流短路电流在导线电阻中产生热量，从而使覆冰融化。具体操作方法是，首先将待融冰线路末端三相短路，然后从变电站变压器低压侧35千伏或10千伏取电源，经整流装置输出直流电流，并调节装置，获得线路所需的融冰电流。具有均衡融冰、长期大角度大电流运行功能，能够安全、快捷融冰，经估算，可使150公里长的输电线路在1小时左右融化10毫米厚覆冰。该套装置的投运有助于给高压输电线路防范冰雪灾害提供宝贵的经验。
2.提高高压输电线路事故预防和检修能力。
2.1持续低温天气发生后,应加强对气象预报资料的收集,提前做好预控措施,有针对性的进行特殊巡视,一旦发现线路有覆冰现象,必须立即采取有效的措施除冰,必要时应申请对线路进行停电除冰;
2.2加强对运行和检修人员的技能培训,及时在恶劣天气来临前对输电线路的隐患和缺陷进行全面的消缺工作,积极了解和学习科学、先进的除冰方法和工艺,购置必要的机械除冰装置或工具;
2.3对重点覆冰地区线段,在灾害扩大之前是对输电线路的猫头塔型颈部薄弱点进行补强工作,并应提前做好拆除架空地线施工方案,拆除覆冰严重地段的架空地线,避免线路发生碰线短路的情况;
2.4在覆冰相对严重的情况下 ,应对特殊地段的杆塔 (特别是大档距有不平衡张力的耐张杆 )提前作好保杆、保线措施 ;
2.5应作好对所辖线路覆冰资料的收集,建立准确、详细的覆冰记录,确保在灾害发生时,能够准确出击、有效处置。经实践证明不能满足重冰区要求的杆塔型号、导线排列方式应有计划地逐步进行改造或更换;
2.6加强运行人员培训 ,提高对覆冰线路巡视的经验 ,特别要求对杆塔、拉线、对地距离、竹树障碍等的重点检查 ,防患于未然。
3.加强高压线路日常维护工作。
3.1采取科学的运行管理模式。目前高压输电线路的运行维护管理模式共有三种：条条为主的集中管理方式、块块为主的分散管理方式、条相结合的复合管理方式。三种运行管理方式各有利弊，集中管理方式的优点是重点突出，便于班组、车间的管理，便于设备运行状况的分析、掌握，缺点是路途往返消耗时间过多，运行成本增大，工作效率低，事故反应速度较慢。分散运行管理方式的优点是工作效率较高，车辆使用率大大提高，设备缺陷能较快得以消除，缺点是不便于班组设备台帐的建立，各项技术指标测试的开展，在设备管理上显得较混乱。复合管理模式则结合了以上两种管理方式的优点，通过近几年的实践证明符合当今电力体制改革的需要。
3.2加强线路的巡视工作。线路巡线员在巡视高压输电线路时要仔细观察电力线路可能存在的问题：如拉线位置，钢线卡螺栓的松紧，拉线的检查，导线绝缘子的完好，线路通道内树木的生长高度等，这样也可以及时地发现问题，对所发现的问题进行及时的处理，避免倒塔、倒杆及断线事故的发生。目前输电线路的巡视方式主要有：
(1)定期巡视：其目的在于经常掌握线路各部件运行状况及沿线情况，一般要求每月巡视一次。
(2)特殊巡视：是在气候剧烈变化(地震、河水泛滥等)线路过负荷和其它特殊情况时，对全线、某段或某些部件进行巡视，以发现线路的异常现象及部件的变形损坏。
(3)夜间巡视：是为了检查导线连接器的发热或绝缘子污秽放电情况。为保证夜间巡视的准确性，一般安排在夜间20点至23点高峰负荷期或每年的阴雨季节夜间进行。
(4)故障巡视：是为了查明线路发生故障接地跳闸的原因，找出故障点并查明故障情况。为了杜绝漏查巡视项目现象的发生，还应该根据巡视项目制作巡视表格和巡视笔录，在巡视中根据笔录中的巡视项目逐项检查，现场记录，这样就有效地杜绝了漏查巡视项目、事后写回忆录、错记杆号或漏记缺陷等问题，这就如同施工中采用的“七二一卡”对施工过程进行控制一样。同时还应该增加领导监督巡视的力度，重点包括检查笔录的现场填写，使巡视过程得到更有效控制，使因巡视质量造成的事故率降为零。
五、结语
高电压输电线路在我国能源输送系统中占有较大比例，发挥着越来越重要的作用，从技术上说高电压输电技术在全世界已经发展了上百年，基础理论基础已经非常成熟和完善，但冰雪灾害对高压输电线路短时间大规模的破坏也暴露了其在设计和维护方面的种种不科学不合理的地方，使公众对其安全稳定性给予了高度的关注。
