（电气工程专业论文）金华电网冰灾雷害分析.pdf

涉 人学顶l j 专业学位论文 摘要 自2 0 。8 年1 月1 5 同以来，受历史罕见的低温、雨雪、冰冻等恶劣天气影响，金华电 网2 1 条1 l o 5 0 0 k v 线路相继发生了冰闪、断线、倒塔等重大冰灾事故，尤其是5 0 0 k v 线 路成为重灾区，共发生9 条线路3 5 条次跳闸，5 8 基塔倒塌，7 3 处断线，5 基塔身受损及 大量金具断裂，最严重的是丹浦5 4 4 5 、溪浦5 4 4 6 线投产后一礼拜即发生跳闸、断线、倒 塔事故。金华电网关系到华东与福建的联网，地位重要，大面积的倒塔对浙江甚至华东电 网的安全稳定运行构成了严重危险，铁塔倒塔的原因、受冰灾及抢建后留有隐患的线路在 不利气象条件下能否安全运行，如何重新进行改造，都必须进行认真思考。 本文通过分析事故现场的原始记录、气象资料、导线断线情况特别是铁塔的倒塔方向， 通过编制程序对铁塔受到的不平衡张力进行了计算，经过对铁塔、导线、会具强度的计算 分析，估算出本次冰灾导线的覆冰厚度在4 0 唧以上，文中通过丹浦溪浦线具体案例的详 细分析及对未发生倒塔的耐张段的对比分析，找出了倒塔的事故原因，并总结出这次冰灾 的主要特点， 按照工程建设“安全可靠、经济实用”的原则，同时注重线路专业新技术、 新工艺、新材料的应用，提出了防范措施和冰灾线路改造建议，确保线路在各种不利气 象条件下能够安全运行。 浙江省是雷电活动频繁的省份，雷击是造成输电线路跳闸事故的主要原因，据我局 2 0 0 3 2 0 0 7 年输电线路运行情况统计，线路跳闸原因集中在雷击、鸟害、外力破坏三方 面，其中由于雷击原因引起的跳闸次数占总跳闸次数的5 0 左右，线路雷害在降低供电可 靠性的同时，还对我局人力、物力、财力造成很大浪费。 我局在多年防雷实践中，采取了大量常规措施如降低接地电阻、加强线路绝缘、装设 耦合地线等，虽然大大降低了线路反击跳闸率，但对降低绕击跳闸率成效不大，本文认为 线路防雷要在对历年来雷击跳闸记录的统计、分析基础上，划定多雷区和易击点，结合现 场地形地貌，确定雷击的性质，有的放矢、对症下药，商定科研与反措相结合的综合实施 方案，才能取得事半功倍的效果，文中对各种防雷措施进行了分析，尤其是对旁路防雷 拉线的作用及设计过程进行了介绍，并在新姜1 6 6 9 线防雷上进行了实际应用，改造后线 路1 0 多年的运行结果表明：所采用的防雷措施效果明显，雷击跳闸率大为降低。 关键词：线路冰灾雷害分析 澎i 二人颂l 专丑学位论文 a b s t r a c t t h e r ea r e2 1a r t i c l eo f1 1 0 5 0 0 k vt r a n s m i s s i o nl i n e sh a v eh a p p e n e df l a s h i c e ，b r e a ka n dt o w e rc 0 1l a p s em a j o ra c c i d e n to n ea f t e ra n o t h e ri nj i n h u ap o w e r g r i ds i n c ej a n1 5 ， 2 0 0 8b yt h el o wt e m p e r a t u r e ，r a i na n ds n o w ，i c ea n do t h e rb a d w e a t h e r ，i ti sr a r e l ys e e ni nh i s t o r y i np a r t i c u l a r ， 5 0 0 k vl i n eb a d l yh i t ，t h e r e a r e9a r t i c l eh a p p e n e d3 5t r i p s ，5 8t o w e r sc o l l a p s e d ，7 3b r e a k ，5t o w e r sd a m a g ea n d a1 a r g en u m b e ro fh a r d w a r ea r ef r a c t u r e dt h em o s ts e r i o u sisd a n p u 5 4 4 5 x i p u 5 4 4 6 l i n e ，i th a sh a p p e n e da c c i d e n ta b o u tf l a s hi c e ，b r e a ka n dt o w e rc 0 1 1 a p s es i n c ep u t i n t oo p e r a t i o ni naw e e k ，j i n h u ap o w e rg r i di si m p o r t a n tf o ri t i m p a c tt h e1 i n k a b o u te a s tc h i n aa n df u j i a ng r i d ，t h e1 a r g en u m b e ro ft o w e rc 0 1 l a p s eh a ss e r i o u s l y e n d a n g e r e dt h es a f eo p e r a t i o no fz h e j i a n ga n de v e ne a s tc h i n ap o w e rg r i d ， i t i s n e c e s s a r yt os t a r tt h i sr e s e a r c ha b o u tt h er e a s o no ft o w e rc o l l a p s e ，t h es i c kl i n e s w h i c hr e c o n s t r u c t i o nc a nb es a f eo p e r a t i o nu n d e rt h eb a dw e a t h e rc o n d i t i o n sa n d h o wt or e t r a n s f o r m a ti o n t h is p a p e r a n a ly z e st h es c e n eo ft h e o r i g i n a l r e c o r d s ， w e a t h e r i n f o r m a t i o n ，b r o k e nw i r ec a s ei np a r t i c u l a rt h ed i r e c t i o no ft o w e rc o l l a p s ea n d c a l c u l a t et h et e n s i o ni m b a l a n c eb yp r o g r a m m i n g ，o n t h eb a s i so f r e s e a r c hf o r t o w e r ，w i r e ，h a r d w a r e s t r e n g t h ，t h i sp a p e rb e l i e v e st h a tt h e i c et h i c k n e s so nt h e w i r eo v e r4 0 m m ， t h o u g ht h ea n a l y s i so fs p e c i f i cc a s e d a n p u x i p u1i n ea n dt h e c o m p a r a t i v ea n a l y s i so ft h et o w e rw h i c hn o tc o ll a p s e ， t of i n do u tt h ec a u s eo f t h ea c c i d e n t s u m m a r i z e dt h em a i nf e a t u r e so ft h i si c ed i s a s t e ri na c c o r d a n c ew i t h t h ec o n s t r u c t i o no f s a f e ， r e l i a b l e ， e c o n o m i c a la n dp r a c t i c a l 一， f o c u so nt h en e wt e c h n o l o g i e s ，n e wm a t e r i a l sa n da p p li c a t i o n so ft r a n s m is s i o n l i n e sp r o f e s s i o n a l ， p u tf o r w a r dt h ep r e v e n t i v em e a s u r e sa n di c e dl i n er e f o r m p r o p o s a l s ，t oe n s u r et h a tt h e1i n e si nav a r i e t yo fa d v e r s ew e a t h e rc o n d i t i o n st o t h es a f eo p e r a t i o n t h e r ei sh i g hf r e q u e n c yt h u n d e r s t o r mi nz h e j i a n gp r o v i n c e ，1i g h t n i n gi st h e m a i nr e a s o nt h a tc a u s i n gl i g h t n i n ga c c i d e n tt ot r a n s m i s s i o nl i n e a c c o r d i n gt ot h e 涉汇人学硕i - 号业学位论文 t r a n s m i s s i o n1 i n ep e r f o r m a n c es t a t i s t i c ss i n c e2 0 0 3 、，2 0 0 7i no u rb u r e a u ，l i n et r i p f o c u s e do nt h et h r e ec a u s e so fl i g h t n i n g ，b i r dh a r m ，e x t e r n a ld a m a g e ，o n eo ft h e r e a s o n sb e c a u s eo f1i g h t n i n gc a u s e d t r i p p i n go f t h et o t a ln u m b e ro fa b o u t 5 0 ，l i g h t n i n gi n1 i n et or e d u c et h er e l i a b i l i t yo fp o w e rs u p p l y ，a tt h es a m et i m e ， i ta l s oc a u s e dag r e a tw a s t eo fh u m a n ，m a t e r i a la n df i n a n c i a lr e s o u r c e s f o rm a n yy e a r si np r a c t i c eo f1 i g h t n i n g p r o o fi no u rb u r e a u ，t h o u g hc u r r e n t l y m u c h1 i g h t n i n gp r o t e c t i o n sa r et a k e ns u c ha s r e d u c i n g t h et o w e rg r o u n d i n g r e s i s t a n c e ，s t r e n g t h e n i n gp o w e rl i n e si n s u l a t ea n di n s t a l l i n g c o u p l i n gg r a n d 1 i n e se t c ， t h r o u g ht h eb a c kf l a s h o v e rr a t eo fp o w e rt r a n s m is s i o n li n e h a sg r e a t l y r e d u c e d ，b u tt h er e s u l t sh a v en o tb e e nf o rs h i e l d i n gf a i l u r e ，i nt h i sp a p e r ， i t i s i m p o r t a n tt oi d e n t i f yt h ea r e a so fl i g h t n i n gs e r i o u sb a s e do nt h ea n a l y s i so ft h e 1 i g h t n i n g p r o t e c t e d o v e rt h e y e a r s o nr e c o r d s t a t i s t i c s ， c o m b i n e d w i t h t e r r a i n o n l yb yc o r r e c t l yj u d g m e n t ， t od e v e l o pac o m p r e h e n s i v ei m p l e m e n t a t i o n p l a no fs c i e n t i f i cr e s e a r c ha n dc o u n t e r m e a s u r e st oc o m b i n e ，li g h t n i n gp r o t e c t i o n o ft h e1 i n ec a nb et a r g e t e dt os u c c e s s t h ea r t i c l eo nav a r i e t yo fl i g h t n i n g p r o t e c t i o nm e a s u r e s a r ea n a l y z e d ，i np a r t i c u l a r ，i tw a si n t r o d u c e da b o u tt h e l i g h t n i n g p a s sl i n e sa n dt h er 0 1 eo ft h ed e s i g np r o c e s s ，i th a sc a r r i e do u ta p r a c t i c a la p p l i c a t i o no nx i n j i a n 9 1 6 6 9l i n e t h eo p e r a t i o nr e s u l t sm o r et h a nt e n y e a r sa f t e rt h er e b u il d i n gt h a tt h ee f f e c to ft h eli g h t n i n gp r o t e c t i o nw e r e t r e m e n d o u s ，a n dt h e1 i g h t n i n gt r i p p i n go u t a g ew a sr e d u c e dr a p i d l y k e y w o r d s ：t r a n s m i s s i o n1 i n e ：i c ed i s a s t e r ：l i g h t n i n gd i s a s t e r ：a n a l y s i s 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得逝江太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：签字同期：年月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝堑太堂有权保留并向国家有关部门或机构送交本 论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝选太堂可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 导师签名： 签字r 期：年月日签字日期：年 月日 涉j 二人学嫉 - 号丘学位论文 致谢 导师后浩教授在论文的选题、写作和修改上都给予了精心指导和大力帮助。履老师深 厚的学术功底、敏锐的学术洞察力、严谨的治学作风、精益求精的工作态度、开拓进取的 科学精神，时时影响、感染、激励着我，衷心感谢后浩教授对我的悉心指导和亲切关怀。 金华电网冰灾雷害分析是本人在学习过程中，所学知识的启发下，针对现实工作 中存在的实际问题，运用科学的计算分析方法，提出个人的一点见解，这也是践行“学以 致用”的教育思想集中体现。论文的写作与完成凝聚着很多人的无私支持和帮助，在此， 笔者还要向所有给予帮助的老师、同事以及朋友表示衷心的感谢。 最后感谢我的亲人，是他们的关怀、理解和支持，使我得以顺利完成论文。 涉i 二人学硕| - 号业学位沦义 1 绪论 1 1 研究的背景与意义 1 1 1 研究的背景 输电线路是电力系统的大动脉，通过它把强大的电能输送到全国各地，由于线路长， 地处旷野，且地形、地势复杂，不少杆塔位于山顶或山脊，加上雷电活动频繁，极易遭到 雷击，山区雷害事故要比平原地区高得多，严重影响了线路的安全运行，供电可靠性也随 之下降，影响到我局可靠性指标在全国同业对标中的排名。 线路雷击跳闸不但影响系统正常供电，损坏线路设备，还大大增加了线路的巡视和维 护工作量，因此输电线路的防雷保护已经成为线路运行维护的重点工作，通过防雷保护的 研究，各种新型防雷措施不断得到应用。 浙江省是雷电活动频繁的省份，我局输电线路受雷害也相当严重，据我局2 0 0 3 2 0 0 7 年输电线路运行情况统计，线路跳闸原因集中在雷击、鸟害、外力破坏三方面，其中由于 雷击原因引起的跳闸次数约占总跳闸次数的5 0 左右，虽然采取了大量措施降低接地电阻、 增加瓷瓶片数、装设耦合地线等，大大提高了线路抵御反击的能力，但对降低绕击跳闸率 成效不大，尤其在山区，送电线路的绕击率较高，而绕击与避雷线保护角、杆塔高度、地 形、地貌、地质均有关，为降低雷击跳闸率，我局特地成立了线路防雷攻关小组，通过 对历年来线路雷击跳闸情况的分析，确定了多雷区和易击点，根据现场的地形地貌，分析 线路跳闸原因，从而制订了以安装线路氧化锌避雷器为主的综合防雷措施，并取得了可喜 的成效，从2 0 0 3 2 0 0 5 年线路跳闸原因统计表( 见下表1 ) 中可知，从0 3 年到0 5 年， 线路雷击跳闸次数分别从2 2 次一1 6 次一1 4 次，而线路长度分别从2 4 6 4 3 4 k m 一2 6 2 7 4 9 k m 一3 0 0 9 4 1k m ，从对比分析可知，从0 3 年到0 5 年，线路长度逐年增加，而线路雷击跳 闸次数逐年减少，尤其是一直以来雷害严重的高压工区，2 0 0 4 、2 0 0 5 两年未发生2 2 0 k v 线路雷击跳闸，2 0 0 5 年只发生1 次1 1 0 k v 线路雷击跳闸，从中可以看出防雷改造工作取 得的成效，也说明我们采取的防雷措施是行之有效的，防雷攻关达到了预期目的，即降低 线路雷击跳闸率的，显著提高线路的耐雷性能和改善运行指标。 在即将完成线路防雷研究时，在2 0 0 8 年1 月下旬，发生的历史上罕见的持续性低温 雨雪冰冻极端天气，导致了2 1 条1 1 0 5 0 0 k v 线路大批倒塔、断线的重大冰灾事故，尤其 是5 0 0 k v 线路成为重灾区，共发生9 条线路3 5 条次髟l 闸，5 8 基塔倒塌，7 3 处断线，5 基 1 澎_ ；二人学坝 j 争学位沦义 塔身受损及大量会具断裂，最严重的是丹浦5 4 4 5 、溪浦5 4 4 6 线2 0 0 8 年1 月2 l 号投产， 1 月2 8 号发生跳闸，两个耐张段双回路铁塔令部倒塌，金华电网关系到华东与福建的联 网，地位重要，国网公司紧急调集1 0 多支施工队伍，集全网之力，在冰天雪地中开展决 战金华大会战，于3 月底前恢复了全网送电。 抢修时为了缩短时问，立塔时许多铁塔均为老塔利用段与上段补强段组合而成，未完 全按设计出图进行全塔更换( 省院设计直线塔按三相不平衡张力提高到2 0 设计) ，实际 施工下段保留。如丹浦5 4 4 5 、溪浦5 4 4 6 线单回路线路段1 1 9 # 1 4 0 嚣落地导线采用保留原 导线，开断压接部分新导线，采用非张力放线方式。存在着导线金钩多、压接多、毛刺多 等诸多问题，在抢修期间，据抢修方介绍，抢修过程中存在多次f 常相导线上杠式悬垂线 夹无故落地的现象。 铁塔倒塔的原因，受冰灾的线路及抢建后留有隐患的线路在不利气象条件下能否安全 运行，需不需要重新进行改造，都必须进行认真思考。 1 1 2 研究的意义 由于雷击具有一定的随机性，很难做到事先防范，如果全线进行布防，则人力物力花 费巨大，达不到经济实用的目的，因此，对雷害严重的线路，我们必须通过对历年彭! 闸情 况的统计分析，确定多雷区、易击点，区分到! 闸是由绕击还是反击引起，才能有的放矢， 对症下药，按照“安全可靠、经济实用、因地制宜，易于操作”的原则，采取行之有效的 综合性的防雷措施，并根据实际运行效果加以改进，同时做好推广应用工作，将雷击跳闸 率控制在合理的范围内。 输电线路是由基础、杆塔、导地线、瓷瓶、金具组成的一个系统，按照美国管理学家 彼得提出的“水桶效应”原理即只水桶能盛多少水，并不取决于最长的那块木板，而是 取决于最短的那块木板，正像美国“哥伦比亚”号航天飞机的隔热板在发射时受到损坏， 导致在其返回地球大气层时发生爆炸一样，一个系统的强度取决于最薄弱的一个元件的强 度，系统中的一个元件故障将导致整个系统故障，因此，输电线路各元件间的强度应该匹 配，最好处于同一水平，这样才能满足工程上安全可靠、经济实用的要求，通过对铁塔倒 塔原因的分析，可以找出一个线路上最薄弱的元件，通过提高其强度储备，可以提高整条 线路的安全裕度；通过对冰灾的分析，还可以了解受灾线路及抢建后留有隐患的线路在不 利气象条件下能否安全运行，解决需不需要重新进行改造及如何改造等问题；同时还能为 2 涉汇人学顿卜号业学位论文 以后的工程建设提供借鉴，避免发生同类事故。 涉匕人学顶 号业学位沦义 2 冰灾分析 2 1 金华电网概况 截止2 0 0 7 年1 2 月底，金华电网共有1 1 0 k v 及以上变电所1 0 4 座，变电容量1 4 5 3 4 万k v a ，1l o k v 及以上线路1 9 6 条，长度3 4 8 6 k m ，全网最高负荷3 1 1 2 9 万k w ，网供电量 1 7 3 2 3 亿k w h 。 2 2 金华地理与气候 金华地处金襞瓮地东段，为浙中丘陵翁地地区，地势南北高、中部低。“三面环山央 一川，盆地错落涵三江是金华地貌的基本特征。市境的东、东北有大盘山、会稽山，南 属仙霞岭，北、西北接龙门山及千罩岗山脉。山地内侧散布起伏相对和缓的丘陵，以江山 一绍兴断裂带为界又分为北部丘陵和中部丘陵，市境的中部，以令蹙盒地东段为主体，四 赝镶嵌着武义笳地、永康瓮地等山间小瓮地，整个大瓮地大致呈东北一西南走向。 会华属亚热带季风气候，四季分踢，年湿适中，有明显的干、湿季节。年平均气湿 1 7 3 一1 8 2 。全年降水量普遍偏少，总降水量在1 1 0 9 0 姗一1 3 0 5 2 咖之间。 2 3 送电线路设计标准 我省送电线路按照省设计院制订的标准气象分区进行设计，全省分4 个气象区，金华 地区处于i i 、v 气象区，一般地形设计时按5 衄覆冰，局部高山地段适当提高设计标准。 2 42 0 0 8 年金华电网冰灾情况 自2 0 0 8 年1 月1 5 同以来，受历史罕见的低温、雨雪、冰冻等恶劣天气影响，金华电 网的1 1 0 5 0 0 k v 线路相继发生了冰闪、断线、倒塔等事故，对金华甚至浙江电网的安全 稳定运行造成了严重危险，具体受灾如表2 卜5 所示： 表2 1 电网受灾概况 电压等级 跳审条次倒塔 塔身受损 断( 掉) 线 7 3 5 0 0 k v3 55 80 2 2 0 k v1 41 47 4 1 1 0 k v61 l7 5 4 ； 一 蔫癸舞漆捌涮i 。瀚邈 吨 4 h 啦古卑霞率h鲁 一 蚓”p 。竿x d 、j 洲叫哔舭件水 2 柞。评 d j d ； 29 ：。 ；扑州s韩c 。js 。 嚣燃进| ， ， ii ； 荸扛0、；j 、扩? 竺 ；嫉恐朱i 添然、 r 渊： ；j ：戟 险i 、 ! i 蟀娑。 、 塾 是昌毛 、 瓮 龟诺矿蛰塘宕誊弗i掣莺黑掣集母i舞 书韶媒一共奖母魁辞帮舻埘奠簧i 母书母燃茜蝌蕾蹬辔舔矽科姆醴装 涉e 人学颁l ：号心学位_ ：= 全文 表2 3 倒塔、断线情况表 杆塔施j ： 导、地 | 霉 确认巨期等级线路名称情况塔掣 号号线譬号 丹漓5 4 4 5 线溪 -2 0 0 8 1 3 0 5 0 0 k v 1 6 等1 6 #倒塔s z k s 6 l a ( 4 8 ) 漓5 4 4 6 线 丹湾5 4 4 5 线溪4 l g j 22 0 0 8 1 3 05 0 0 k v1 7 #1 7 # 倒塔 s z t s 6 3 a ( 3 6 ) 渡5 4 4 6 线一6 3 0 4 丹浦5 4 4 5 线溪5 左 32 0 0 8 1 3 05 0 0 k v1 8 #1 8 嚣 倒塔 s z k s 6 l a ( 4 6 5 ) 漳5 4 4 6 线j l b 2 0 a 丹浦5 4 4 5 线溪 一8 0 42 0 0 8 一l 一3 05 0 0 k v1 9 嚣1 9 嚣 倒塔 s z t s 6 2 a ( 3 0 5 ) 浦5 4 4 6 线 右0 p g w 丹浦5 4 4 5 线溪 52 0 0 8 一卜3 05 0 0 k v2 0 #2 0 嚣 倒塔 s z t s 6 4 a ( 3 0 ) 浦5 4 4 6 线 丹漓5 4 4 5 线溪 62 0 0 8 一卜3 05 0 0 k v9 6 #9 4 # 倒塔 s z t s 6 3 a ( 3 0 ) 浦5 4 4 6 线 丹浦5 4 4 5 线溪 72 0 0 8 一卜3 05 0 0 k v9 7 嚣9 5 嚣 倒塔 s z t s 6 1 a ( 3 5 5 ) 浦5 4 4 6 线 4 l g j 丹湾5 4 4 5 线溪一6 3 0 4 8 2 0 0 8 一卜3 0 5 0 0 k v9 8 # 9 6 芸倒塔s z t s 6 3 a ( 3 0 ) 湾5 4 4 6 线5 左 丹浦5 4 4 5 线溪j l b 2 0 a 92 0 0 8 1 3 05 0 0 k v9 9 嚣9 7 # 倒塔s z t s 6 3 a ( 3 0 ) 渡5 4 4 6 线 一8 0 丹湾5 4 4 5 线溪 右o p g w 1 0 2 0 0 8 1 3 05 0 0 k v1 0 0 #9 8 #倒塔s z k s 6 1 a ( 3 9 ) 湾5 4 4 6 线 丹清5 4 4 5 线溪 1 1 2 0 0 8 一l 一3 05 0 0 k v1 0 l #9 9 #倒塔s z t s 6 5 a ( 3 4 5 ) 漓5 4 4 6 线 4 l g j 1 2 2 0 0 8 2 45 0 0 k v溪漓5 4 4 6 线1 3 5 # r 2 2 9 嚣 倒塔z m s v 6 3 c 一2 8 5一6 3 0 4 0 1 32 0 0 8 1 3 l5 0 0 k v安龙5 4 6 6 线1 6 9 嚣2 4 9 等倒塔z m s v 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