影響輸電線路安全的因素分析
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影響輸電線路安全的因素大致分為兩類,即日積月累的磨損和老化,以及外部因素引起的突發性故障。這兩種因素都可能導致故障跳閘,中斷供電運行,嚴重時會導致電網癱瘓。其中,時間累積因素可以人為控制,造成故障的概率極小,而外部環境天氣(包括雷擊、臺風、山火、冰害、污染、溫濕度、氣壓、鳥害等)因素是不可控的。造成故障的概率極高,破壞力很大。
1. 雷擊
雷電天氣多見于雨季,具有很大的隨機性。大量架設在現場的輸電線路具有輸電塔大、高差大的特點,使得線路的抗雷能力相對較差,容易發生雷擊。在惡劣的地形中,單回線路較多,沒有平行線路提供的屏蔽和分流保護,增加了雷電事故的發生率。雷擊跳閘在輸電線路故障中占比最大,電壓等級越低,雷擊故障概率越高。
雷電放電時,積雨云層電荷積聚,形成強大的靜電高壓電場,與大地攜帶的大量負電荷發生碰撞而中和。釋放能量高,電壓可達幾百萬伏,電流可達幾千安。過電壓波陡峭、振幅大,會觸發線路絕緣閃絡跳閘。閃絡跳閘是一種瞬態故障。重合閘成功率高,可恢復導電通路。但嚴重時會造成線路斷線、絕緣子斷裂,或沿線路侵入變電站、高溫熔斷絲,威脅到電力設備的絕緣強度。
為減少輸電線路雷電事故的發生,必須防止閃絡、電弧施工、直擊、線路中斷供電等。采取以下防護措施:①架設防雷線;②增加耦合地線;③降低鐵塔的沖擊接地電阻;④采用中性點間接接地系統;⑤加強線路絕緣等級;⑥安裝自動重合閘;⑦安裝管道式避雷器;⑧采用不平衡絕緣、雙回路環網供電等方式。
2. 臺風
臺風天氣伴隨著猛烈的風暴,輸電線路會發生走線、風偏、斷線、掉塔等事故。斷線和塔樓很容易從北向南散開。隨著電力系統輸電線路設計風速值的增大,斷線和落塔事故的概率降低。但是,電線的劇烈晃動、風的排放、漂浮物的損壞等都會造成事故。
風速大,輸電線路奔騰大,減小了導體與鐵塔之間、導體相與相之間的氣隙。氣隙分布不均勻,不同程度地降低了氣隙內的電壓強度,無法承受工作電壓。
如果同時有暴風雨,下雨會降低空氣電阻值,電線之間的短路會增加放電的概率。這個過程頻率高,重復持續時間長,隨機性大,幅度大,會引起閃絡和沖擊。磨損、跳閘等故障,線路跳閘后重合閘率低,人為影響弱,供電恢復時間長。此外,還會造成絕緣子串、金具、橫臂等支架、輔助材料和設備的機械故障,造成巨大的經濟損失。
對于風速較低的振動線路,大部分線路可以通過安裝防振裝置來控制。遇強風速時,可采取以下措施:①加裝防振錘,加裝重錘裝置,增加輸電線路垂直承載能力,減少線路左右擺動;②安裝阻尼線、保護線,增加分線數,加強線材,保證線材與鐵塔的安全距離;③采用V型絕緣子串懸吊方式,增強絕緣子抗風能力,橫向漂移現象減小絕緣子串風偏角;④在設計鐵塔和架設輸電線路時,考慮留出較大的導體間距,將吊點下移,
3. 野火
高溫、人為等因素引發的森林火災,使空氣長期處于高溫低濕狀態。它位于山區,跨越森林植被和地面的輸電線路之間或相線之間。由于空氣粒子的熱量自由上升,帶電電荷增加,粒子運動加快,形成導電通道,線路閃絡跳閘,占野火跳閘的90%。
對于山區輸電線路,考慮到地形和經濟因素,通常在同一鐵塔上設置兩條或多條線路。如果發生山火,很容易造成同一輸電走廊上多條線路同時故障跳閘。容易大規模擴張,持續時間長,會產生大量高溫和濃煙,線路重合閘率低。只能在火勢減輕、煙霧消散、空氣環境和電線溫度降低后才能強制送出,難以采取人工恢復因此線路長時間中斷供電,同時,多條線路受到影響,危及電網運行安全。
針對山火現象,應從防火措施入手,減少山火的發生:①控制塔基附近樹木的高度、數量和樹種;②制定應急響應措施,留有足夠長寬的安全通道;③線路保護系統可靠靈敏;④建立實時監控系統,提高監控效果;⑤根據季節、時間段、天氣情況加大巡線力度,消除隱患。
4. 冰災
冰災包括凍雨、霜凍、結冰和積雪。自然環境中的異常天氣條件,冷熱交替,會造成輸電線路和絕緣子串結冰,增加線路和鐵塔的承載能力,增加導體的風面積和下垂,造成不穩定的連續振動和導線竄動,嚴重時可能發生斷線、掉塔等事故。如果絕緣子串被雪凍住,融化的冰水會使絕緣子短路,引起冰閃跳閘。
據統計,當冰和污染結合在一起時,更容易形成冰閃。因此,為了防止冰閃,需要增加線路和絕緣子串的清洗,提高清潔度;增加爬電距離,防止絕緣傘間距離過小。出現雪和結冰;V形絕緣子串和倒V形絕緣子串排列,應增加雙串間距以提高閃絡電壓。在電線結冰和奔騰的情況下,應采用融冰技術,加快覆冰的融化速度或使用加強型相間隔板來增加電線之間的距離,減少因電線之間距離過小而造成的沖擊。大擺幅和大振幅的導線。
5. 其他
1) 污染程度。輸電線路跨度較長,受大氣污染物、鹽分、煙塵等的影響,會造成污染在導線表面堆積。由于高壓輸電線路周圍電場較大,電暈容易產生大量帶電粒子,帶電粒子附著污染,增加帶電粒子的電導率,容易放電。因此,必須及時清理輸電線路。
2) 溫度。高溫使導體表面溫度升高,使原有高壓輸電線路散熱困難,散熱差,導致線路持續高溫,造成導體下垂增加、降低導體與大地及穿越物體之間的安全性。距離,使放電發生,造成線路跳閘。因此,可以適當增加導線與地之間的距離和導線的相位。
3) 濕度。隨著水分子增多并附著在電路表面,導線周圍的電荷吸收電子形成負離子,離解能力減弱,擊穿電壓升高,局部電場增大,容易產生電暈,造成功率損耗和電壓降。因此,在選擇電線絕緣材料時,應注意材料的疏水性和疏水性。
4) 氣壓。隨著海拔的升高,空氣逐漸變稀,密度降低,氣壓下降,使傳輸線與地之間的擊穿電壓,以及導線的相位和相位降低,容易擊穿發生。因此,在較高的海拔高度應降低導線高度。
5) 鳥害。鳥兒喜歡用嘴里的枯枝在鐵塔上筑巢。如果分支靠近或落在電源線上,很可能會發生短路。當大型鳥類展開翅膀在電線之間互相玩耍時,它們很容易接觸到多根電線,造成相間短路或線路接地跳閘事故。因此,可以在線路或鐵塔上制作特定的標志,讓鳥類害怕并遠離輸電線路。
惡劣的環境、氣候等因素對輸電線路有很大的破壞力,會造成輸電設施故障或損壞,造成停電和換線損失,影響線路運行狀況、輸電容量和輸電容量,中斷供電,造成嚴重情況下的電網退役。帶來巨大的經濟損失。本文從安全的角度分析了輸電線路在雷擊、臺風、山火、冰災、污染、溫度、濕度、氣壓、鳥害等不同條件下的安全風險、原因及預防措施。電力系統、部門和相關技術人員要加強機理研究,合理設計,科學有效防控。