02线路故障及预防(1).ppt.ppt

第2章线路故障及预防 主要内容 2 1线路故障及其判定标准 2 2雷击故障及预防 2 3污闪故障及预防 2 4大风故障及预防 2 5振动故障及预防 2 6风偏故障及预防 2 7覆冰故障及预防 2 8其它故障 2 1线路故障及其判定标准 线路故障的概念 组成输电线路的元件完全或部分丧失其规定功能而引起的线路异常工作状态 1 电能质量不能满足标准 电能质量 电力系统中交流电压 频率和电压波形应保持在一定的允许变动范围内 我国允许的电压偏移 10 35kv及以上的电压供电和对电能质量有特殊要求的用户 5 10kv以下的高压供电用户 7 低压照明用户 5 10 频率f 50hz 300万千瓦及以上系统 不得超过 0 2hz 300万千瓦以下的系统 不得超过 0 5hz波形 正弦波 若为非正弦波时 其任一次高次谐波的瞬时值应不超过同相基波电压瞬时值的5 一 线路故障的判定标准 2 运行状况发生改变 1 非计划停电或被迫少送电 2 停电时间超过了批准的时间 3 系统振荡或解列 4 线路永久故障 倒杆 断线等 5 线路跳闸 一般根据事故的损失大小和影响范围及程度 将故障分为 特大故障 重大故障和一般故障 v 大风 倒杆 断线 均匀微风 微风振动 疲劳断线等 不均匀覆冰伴有中等风速时 舞动 闪络放电 杆塔过大的动载荷 断线 金具破坏等 b 过大的覆冰 弧垂 h 短路 闪络 烧伤导线 过载 断线 倒杆等 t 气温过高 f h 气温过低 f 雷击 鸟害 水灾 地震 滑坡 环境污染等 二 线路故障原因概述 1 自然 客观 原因 2 人为 主观因素 原因 1 设计缺陷 杆塔结构不合理 气象条件 路径选择不合理等 2 制造缺陷 使用不合格的材料及不当的工艺方法等 3 施工隐患 杆塔组装不合格 基础未夯实 螺钉未拧紧 无保护装置等 4 操作失误 5 外力破坏 线路器材被盗 车辆踫撞 开山放炮 放风筝 打鸟等 6 组成元件的质量不合格等 7 运行维护不当 如线路个别元件由于运行年久 材质老化 使电气性能和机械强度降低以 又未及时检修 也会发生各种事故 线路的常见故障 雷击故障 污闪故障 大风故障 振动故障 覆冰故障及其它故障等 主要以季节性故障为主故障的主要表现形式 跳闸 元件损坏等 三 架空线路的常见故障 以下主要从故障现象 形成原因 机理 故障特点及危害等分析着手 介绍不同故障的主要预防措施和处理方法等 2 2雷击故障及防雷措施 雷害事故是架空送电线路最频发的事故 我国历年送电事故统计中 雷害事故平均约占60 以上 在雷曝日平均40日以上的多雷地区和强雷地区 雷害事故可达送电事故的70 以上 因此线路防雷工作在架空线路的安全运行工作中是一项十分重要的工作 一 概述 1 感应雷 指当雷击线路附近时 其先导路径上的电荷对导线产生静电感应电荷 当主放电开始时 该电荷被迅速中和而产生的雷电流及雷过电压现象 由感应雷形成的感应过电压数值常为100 200kv 最大也不超过600kv 因此其对110kv 其绝缘水平在700kv以上 以上线路的危害不大 但足以破坏35kv及以下的输电线路 二 线路遭受雷击的形式及危害 1 线路遭受雷击的形式 图2 1感应雷 2 直击雷 指带电的雷云直接对架空线路的地线 杆塔顶或导线 绝缘子等放电 以波的形式分左右两路前进而引起直击雷过电压的现象 直击雷过电压对于任何电压等级的线路都是危险的 按照雷击线路部位的不同 直击雷过电压又分为反击和绕击两种情况 反击 雷击线路杆塔或避雷线时 雷电流通过雷击点阻抗 使该点地电位大大升高 当该点的电位与导线的电位差超过绝缘的冲击放电电压时 将会发生闪络 这种情况通常称为反击 绕击 是雷电直接击中导线 或绕过避雷线击中导线即发生绕击 线路的雷电过电压除雷击杆顶之外 通常还有三种情况 雷电击于无避雷线的导线 雷电绕过避雷线击于导线 雷击档距中央附近的避雷线 1 绝缘子串闪络 电源开关跳闸 严重时引起绝缘子串炸裂或绝缘子串脱开 形成永久性的接地故障 2 雷击导线引起绝缘闪络 造成单相接地或相间短路 其短路电流可能把导线 金具 接地引下线烧伤甚至烧断 其烧伤的严重程度取决于短路功率及其作用的持续时间 3 架空地线档中落雷时 在与放电通道相连的那部分地线上 有可能灼伤 断股 强度降低 以致断地线 4 当线路遭受雷击时 由于导线 地线上的电压很高 还可能把交叉跨越的间隙或者杆塔上的间隙击穿 2 雷击对线路的危害 图2 3感应雷雷击跳闸时零质绝缘子钢帽炸裂照片 110kv线耐张塔合成绝缘子受雷击图片 1 线路绝缘水平低 绝缘子片数不够或绝缘子串中有低值或零值绝缘子未及时更换 使得这串绝缘子的u50 偏低 从而使落雷时闪络的概率增加 2 带电部分对地间隙不够 3 避雷线布置不当 保护角偏大时 不能有效地保护线路 这时特别容易造成绕击 在山区线路 水库边缘地区的线路 由于地形微气象区的影响 即使避雷线布置恰当 也会发生避雷线失效 造成雷直击导线的情况 4 避雷线接地不良或避雷线与导线间的距离不够 避雷线接地不良 即接地电阻过大 使耐雷水平下降 从而引起雷击故障 5 线路相互交叉跨越距离不够 6 线路防雷薄弱环节措施未到位 7 线路处于雷击活动强烈区 三 输电线路雷击故障的原因 雷电活动有如下规律 1 南方多于北方 长江以北地区全年雷电日一般为25 40 长江以南地区一般为40 80日 广东一般在80日以上 海南岛最多为100日以上 西北地区最少一般为25日以下 2 山区多于平原 3 内陆多于沿海 如沿长江自东而西 雷电日逐渐增加 4 土壤电阻率高的地区雷电活动较弱 如同为北纬40 线上 北京的雷电日为26 9日 靠近沙漠地区的玉门则仅为8 7日 四 雷害事故的特点 1 雷电活动剧烈程度不均匀 110 500kv输电线路雷击跳闸率统计 表中所示为2005年国网公司对所属110 500kv输电线路按不同地区进行的雷击跳闸统计 由表可见 全国以华中和华东地区雷害事故最为严重 占整个国家电网公司系统的70 以上 其主要原因是这两个地区是典型的亚热带季风气候地区 且多山地丘陵地形 雷害的地域性特点由此可见一斑 重雷区易击点与杆塔所处的地形 地貌及地质情况有关 1 地形 地貌易形成热雷云的四面环山的潮湿盆地 半岛 形突出的山头 河床 河湾 溪岸 临江 水库边缘的山顶或山坡等 顺风的河谷和峡谷 地下水出口或露头处 向阳山坡或迎风山坡 2 地质地质构造上断层地带 地下导电的矿脉或矿岩石 岩石与土壤分界处 山坡与稻田的交界处 岩石山脚下有小河的山谷地区 低土壤电阻率地区 地下水位较高处 2 雷击具有 择向性 3 雷击跳闸故障有明显的季节性 春夏季是一年中雷电活动相对频繁的时期 也是雷击跳闸的高发期 一般春夏季雷击跳闸多 秋季较少 如湖北省雷击故障多发生在3 8月份 山西 东北 辽宁等线路雷击跳闸一般多集中在6 8月份 4 不同电压等级线路的雷击跳闸类型不同 35kv以下线路 感应雷过电压引起的跳闸居多 110kv以上的线路 主要是直击雷过电压引起的跳闸 由于线路的绕击耐雷水平低于反击耐雷水平 一般的雷绕击导线都能使线路跳闸 大量的计算和运行情况表明 对于110 220kv线路 绕击和反击均是危险的 但对于330kv及以上电压等级的线路而言 绕击的危险性更大 我国架空输电线路典型杆塔耐雷水平和雷击跳闸率 表中数据为采用避雷线防雷时线路耐雷水平的设计值 雷电流超过设计值的概率 220kv线路一般为6 500kv线路一般为1 3 绕击率 220kv线路 平原一般为0 14 山区0 5 500kv线路 平原一般为0 1 山区0 3 山区线路的绕击率是平原地区线路绕击率的3倍 一般来讲雷击跳闸率每年每百公里220kv为0 2次 500kv线路为0 08次 国家电网公司规定 各电压等级线路的雷击跳闸率在现阶段应力争达到如下目标 110 60 kv 0 525次 100km a 220kv 0 315次 100km a 330kv 0 2次 100km a 500kv 0 14次 100km a 35kv线路暂时不考核雷击跳闸率 五 防雷保护措施 1 避雷线 防止线路遭受直击雷 引雷入地 2 改善线路的接地或加强线路的绝缘 保证地线遭雷击后不引起间隙击穿而使绝缘闪络 3 减小线路绝缘上的工频电场强度或采用中性点非直接接地系统 保证即使线路绝缘受冲击发生闪络 也不至于变为两相短路或跳闸 4 采用自动重合闸或采用双回路或环网供电 保证即使线路跳闸也不至于中断供电 四道防线 1 架设避雷线 最基本的防雷措施之一 可使线路绝缘上的电位比没有地线时降低5倍 若考虑其分流作用 降低的倍数还会更大 采用避雷线进行防雷时 线路耐雷水平的设计值为 220kv线路75 110ka 500kv线路125 175ka 避雷线的作用 保护作用 分流作用 耦合作用和屏蔽作用 1 避雷线的架设规定35kv及以下线路 一般只在发电厂 变电所进线1 2km处架避雷线 也有在始 终端加装避雷器的 如海南省 为什么 110kv线路 一般地区 沿全线架设单避雷线 雷电活动强烈地区 架设双避雷线 少雷区 可不沿全线架设避雷线 但应装设自动重合闸 220kv线路 全线架设单避雷线 山区架设双地线 330kv及500kv线路 全线架设双避雷线 对于110kv以上的水泥杆或铁塔线路 避雷线和降低接地电阻是一种最好的防雷措施 即使把雷击过电压降低到线路绝缘子串能允许的程度 其所增加的费用也不会超过线路总造价的10 但是随着电压等级的降低 线路绝缘水平也降低 这时即使花很大的投资架设避雷线和降低接地电阻 也不能将雷击引起的过电压降低到这些线路绝缘所能允许的水平 因此 对35kv及以下的水泥杆或铁塔线路 一般不沿全线架设避雷线 但仍然需要逐基杆塔接地 以防止当一相导线因雷击而闪络接地时 不仅良好接地的杆塔能起到避雷线的作用 在一定程度上避免其它两相进一步闪络 又能有效地排除单相接地故障 2 避雷线的保护角要求保护角 地线与边导线的连线与地线对地垂线间所夹的锐角 希望 小些为好 边导线得不到完全保护 增加杆塔的高度 线路建设投资费用 一般 20 30 500kv线路 15 不大于10 min 0 220kv及330kv线路 双地线时 左右 单地线时 山区 平原 30 重冰区 不宜过小 图2 4避雷线保护角 3 接地装置的接地电阻要求 对于一般高度的杆塔 降低接地装置的接地电阻是提高线路耐雷水平 防止雷击的有效措施 要求 r地 30 尽可能在10 以内 线路杆塔接地电阻对线路的耐雷水平影响最大 接地电阻越大 线路耐雷水平越低 耐雷水平随线路档距呈u型变化 即档距较大或较小时 线路的耐雷水平均较高 图2 5为各种杆塔典型条件下的反击耐雷水平与接地电阻的关系 图2 5各种杆塔典型条件下的耐雷水平 人工改善地电阻 换土法 用低土壤电阻率的粘土置换高电阻率的土壤 利用附近工厂的废渣 或一些有机物质填充等 如 荆州地区 敷设绝缘混凝土 一种低电阻率的水泥 还有的单位在接地装置下敷设牲畜日粪便等 引伸接地 当杆塔附近有可耕地 水塘或山岩大裂缝时 均可将接地引伸到这些地方 再因地制宜敷设接地体 要求 引伸接地线应不少于2根 应有一定的截面积 引伸距离不宜大于60m 增加接地体的长度 当由多根射线不能满足接地体要求时 可采用两根连续伸长的接地线 即将杆塔间接地体在地下相连 遇山谷时 地中两根接地线可穿出地面 凌空跨越 不宜将接地线切断 否则雷电流传播到接地线末端发生正反射 形成更高的电压 降低接地电阻的措施 深埋接地 爆破接地技术 将接地体埋入地下10 100m之间 具有接地电阻稳定 安全可靠的优点 方法1 用无缝钢管 角钢等一头打扁或切割成光形 一头接地 焊接 一头打入地下 方法2 用钻孔机在地中垂直钻直径为100mm 深度为几十米的孔 在孔中布置接地电极 然后沿孔的整个深度隔一定距离安放一定量的炸药来进行爆破 将岩石爆裂 爆松 接着用压力机将调成浆状的低电阻率材料压入泞孔中及爆破致裂产生的缝隙中 以达到通过低电阻率材料将地下巨大范围的土壤内部沟通及加强接地体与土壤或岩石的接触 从而达到接地较大幅度降低接地电阻的目的 如广东220kv韶郭线在一基塔采用此法进行改造 有效地将接地电阻由270 降低至10 4 水下接地网线路位于水库 江河边时可采用此法 利用拉线接地 利用拉线和拉线盘的散流作用 或再在每个拉线盘旁作1 2根10 15m长的短射线 以加强散流 使用接地降阻剂 近几年来国内一些单位在处理接地电阻时使用了降阻剂 取得了较好的降阻效果 介绍降阻剂的文章也不少 降阻剂确实热极一时 据有关资料介绍 使用降阻剂后接地电阻会随时间的推移而下降 并且由于其ph值一般均在7 6 8 5之间 有的呈中性略偏碱 对接地体有钝化保护作用 故基本无腐蚀现象 但是 使用较长时间 例如2 3年 后则相继发生了接地体的严重腐蚀问题 故采用这一方法时应关注其长期的效果 特别是对接地体的腐蚀问题 2 适当加强线路绝缘 当接地电阻较低时 由于线路本身耐雷水平较高 增加绝缘子对反击率的改善效果并不明显 只有在接地电阻较高的情况下 增加绝缘子片数才可以有效降低线路的反击跳闸率 当接地电阻为30 时 每片绝缘子可使反击跳闸率降低0 1次 100km年左右 当改善接地电阻有困难时 通过适当增加绝缘子片数 在绝缘子串上再增加1 2片绝缘子 可以提高线路绝缘水平和耐雷水平 注意 绝缘子片数增加 塔头间隙增加 提高耐雷水平 但绝缘费用 塔头尺寸 成本 对已建成投运的线路 在满足线路正常运行和内过电压要求的前提下 只能在有限的范围内加强绝缘 这种方法采用不多 只是在高海拔地区和雷电活动强烈地段 可以考虑适当加强绝缘 3 采用差绝缘方式 所谓差绝缘 是指同一基杆塔上三相导线的绝缘有差异 差绝缘的方式有两种 其一 对单回路线路 使下面两相较之最上面一相各增加一片绝缘子 当雷击杆塔或上导线时 由于上导线绝缘相对较 弱 而先击穿 雷电流经杆塔入地 可避免两相闪络 此措施适宜于中性点不接地或经消弧线圈接地的系统 并且导线为三角形排列的情况 湖南郴州电业局和包头供电局在雷害严重的一些35kv线路上应用了这一方法 收到了事故率明显下降的效果 据计算 采用差绝缘后 线路的耐雷水平可提高24 其二 对于双回线路 可使两回线路的绝缘配置不同 当雷击线路时 由于一回线路的绝缘相对较弱而先击穿 从而避免两回线路均闪络 此法在山西电网有应用 4 架设耦合地线 提高线路的反击耐雷水平 降低反击跳闸率 一般主要应用在接地电阻较高的线路 耦合地线提高耐雷水平的机理 可增加导线和地线间的耦合作用 雷击塔顶时在导线上产生更高的感应电压 从而减小绝缘子串承受的冲击电压 可降低杆塔的分流系数 特别是在接地电阻较高时 可使雷电流易于通过邻近杆塔的接地装置散流 从而降低塔顶电位 据资料介绍 架设单根耦合地线相当于降低接地电阻30 左右 问题 增加造价及运行成本 需要验算杆塔强度 耦合地线对导线及地面的距离 以及大风时耦合地线与导线不同期摆动后的距离 线路运行维护的工作量与难度将会加大 不同塔型采用耦合地线后耐雷水平的改进效果有所不同 直流直线塔和交流直线酒杯塔采用耦合地线的效果较好 而直线猫头塔和同杆双回塔的效果略差 从总体效果来讲 采用耦合地线对改善耐雷水平的效果不太明显 与增加两片绝缘子的作用基本相同 从经济性来看 其费用远远超过增加绝缘子片数等措施 主要是增加了耦合地线的材料和施工费用 及杆塔基础和重量增加的费用等 根据日本电力中央研究院对500kv同杆双回线路的计算结果表明 在对雷击性能改善效果相似情况下 采用耦合地线的总费用约为增加绝缘的4 5倍 因此在使用耦合地线时应对效果和费用做综合比较 多数情况下该方法的性价比较低 沿线路在地中埋设 并可与下一基塔的杆塔接地装置相连的l 2根接地线 耦合地埋线可起两个作用 可降低接地电阻 电力工程高压送电线路设计手册 指出 采用偶合地埋线的线路对工频接地电阻值不作要求 国内外的运行经验也证明 这是降低高土壤电阻率地区杆塔接地电阻的有效措施之一 起一部分架空地线的作用 既有避雷线的分流作用 又有避雷线的耦合作用 据某单位的运行经验 在一个20基杆塔的易击段埋设耦合地埋线后 10年中只发生一次雷击故障 另有文献介绍此法可降低跳闸率40 能显著提高线路耐雷水平 5 耦合地埋线 预放电棒的作用机理 减小了导 地线间距 增大耦合系数 降低杆塔分流系数 加大导线 绝缘子串对地电容 改善电压分布 负角保护针 可看成装在线路边导线外侧的避雷针 其目的是改善屏蔽 减小临界击距 具体做法是 在易遭受绕击杆塔的横担处用角钢固定在横担上 伸出边相绝缘子串3m左右 其安装方便 能有效防止绕击的发生 预放电棒与负角保护针常一起装设 这一方法曾在广东 贵州等地采用 有一定的效果 其特点是制作 安装和运行维护方便 以及经济花费不多 6 预放电棒与负角保护针 侧向避雷针 对于某些缓山坡 地形开阔处 当避雷线保护角较大时可考虑使用这一方法 目的是降低绕击率 具体可在杆塔处装弓子线等 但要求杆塔有合格的接地装置 7 升高避雷线减小保护角 图2 11跨越山谷时直线酒杯塔减小保护角效果 a 改造前地线支架结构 b 改造后地线支架结构图2 10直线酒杯塔zb3减小保护角方案 四川达县供电局在两基110kv易击杆塔上各装2根5m长的塔顶避雷针 运行11年未发生雷击事故 存在问题 安装避雷针后杆塔落雷机率将增大 是否会增加反击 故应计算耐雷水平及其超过此耐雷水平的概率 研究运行上能否接受 采用这一方法时还要求杆塔接地电阻r地 10 否则应考虑增加绝缘于片数以加强绝缘 8 塔顶避雷针 9 装设消雷器 此装置由我国首席防雷专家解广润等在70年代研究开发 其技术居世界先进行列 消雷能力是美国短针阵型消雷器的46倍 现已获中国和美国专利 消雷器是一种新型的直击雷防护装置 在国内已有十余年的应用历史 目前架空输电线路上装设的消雷器已有上千套 运行情况良好 虽然对消雷器的机理和理论还存在怀疑和争论 但它确实能消除或减少雷击的事实已为越来越多的人承认与接受 消雷器对接地电阻的要求不严 其保护范围也远比避雷针大 在实际装设时 应认真解决好有关的各个环节中的问题 1 加装悬挂式避雷器 见图示 阀型避雷器 限流引弧角等 10 其他 图2 27复合外套zno避雷器整体结构示意图1 硅橡胶裙套 2 金属端头 3 zno阀片4 高分子填充材料 5 一环氧玻璃钢芯棒 6 吊环 7 环氧玻璃钢筒 8 法兰 图2 28安装在输电线路上的带有间隙的复合外套zno避雷器1 复合外套氧化锌避雷器本体2 串联间隙环状电极3 固定间隙距离用的合成绝缘子4 线路绝缘子串 图2 1zno避雷器的安装方式 江苏220kv谏奉线长江大跨越段 该线路跨越塔高106m 原设计为单回路 后改成为双回线路 其顶端两根避雷线改为运行的相导线 成为无避雷线的双回路跨江段 防雷措施只好采用避雷器 在2基高塔顶上两相导线与横担之间安装了日本日立公司生产的zla x25c型moa 这种避雷器具有0 5m串联空气间隙 从1989年5月到1996年11月之7年半的时间里 所装4支避雷器共动作6相次 而线路绝缘从未发生闪络 广东220kv韶郭线 安装了16支线路避雷器 经过两个完整雷雨季节的考验 发现 206杆避雷器动作记数器有4次动作记录 而线路绝缘没有发生雷击闪络跳闸 实例 线路避雷器安装的支数和部位 1 从技术经济角度考虑 当杆塔接地电阻较小 如15 时 单回路线路可在边相各安装1支 共2支 避雷器 双回路线路则在下导线各安装1支 共2支 当杆塔接地电阻较大 如60 时 单回路线路在三相各安装1支 共3支 避雷器 而双回路线路则以在下侧及中间或下侧及上侧的对称相各安装1支 共3支 注意 杆塔接地电阻较大时 在某些安装方式下 如安装2支 避雷器是不能承受 300ka的雷电流的 2 雷击故障多发的杆塔或易击相上 3 高度很高或大跨越等易发生雷击 且可靠性要求很高的杆塔上 4 对于地形复杂绕击率较高的线路 通过增强绝缘等方法仍无法有效降低雷击跳闸率时 可以在外边相选择性安装避雷器 以达到防雷效果和经济性的最优选择 5 一般线路 采用线路避雷器抑止反击跳闸需要安装三相 成本较高 因而建议采用其他措施如改造接地装置构型或使用降阻剂等 1 线路避雷器价格较昂贵 500kv线路避雷器约为8 0万元 相 220kv线路用约0 8 1 2万元 相 2 线路避雷器的运行维护与检修工作量很大 因此线路避雷器不能在所有的杆塔上使用 注意 2 避雷绝缘子国外近年来还着手研制采用氧化锌元件的架空输电线用避雷绝缘子 避雷绝缘子功能 遇到雷击时 通过避雷绝缘子的动作来抑制熄弧角间的电压 使熄弧角不闪络 变电站的断路器无需动作 故送电不会中止 研究认为 避雷绝缘子不仅具有防止架空输电线路雷击事故的应用效果 人们还期望通过其应用进一步降低对变电站绝缘的要求 3 火箭引雷 通过装在火箭上的电线把雷引导到其它任意地方 激光引雷 以上两种方法目前日本正在试验中 4 装防雷拉线 挂于塔顶 有单独的人工接地装置 每根拉线可做1 2根20 30m的短线 结构上不承受张力 松紧适度 布置方式可以为四方拉线 也可为120 三方拉线 采用gj 35 作用 减少塔身电感 有一定的分流作用 注意 需穿越导线 安装时需要和导线保持足够的空气间隙 l 线夹2 架空地线3 预绞丝护线条4 避雷针杆5 防振锤头6 平衡球 防绕击避雷针是一种结构独特的专利产品 适用在架空电力线路地线上安装 按不同型号可适用于35kv 500kv直至1000kv输电线路地线 截面在35 250mm2钢绞线 铝包钢绞线 良导体绞线 光纤复合架空地线等 在架空地线上距铁塔横担中心30m 15m各装一个 5 防绕击避雷针 5 可控避雷针 可控放电避雷针是武汉高压研究所经长期防雷研究和大量的高压试验而取得的最新研究成果 它的保护原理是 以变化缓慢的小电流上行雷闪放电形式释放雷云电荷 避免强烈的下行雷闪放电危害被保护对象 可控放电避雷针由针头 接地引下线 接地装置组成 它的针头不再是单针 而是由主针 动态环 贮能装置组成 当可控放电避雷针安装处附近的地面电场强度较低时 如雷云离可控放电避雷针及被保护对象距离较远等情况 雷云不会对地面物体发生放电 此时可控放电避雷针针头的贮能装置处于贮存雷云电场能量工况 由于动态环的作用 针头上部部件 动态环和主针针尖 处于电位浮动状态 与周围大气电位差小 因此几乎不发生电晕放电 其由主针 动态环 贮能装置组成 图2 1可控放电避雷针 6 在线路中加装自动重合闸 雷击掉牌器或采用雷电定位系统 lis 等 lis的组成框图如图2 17所示 它主要由四部分构成 探测站 数据处理及系统控制中心 简称中心站 用户工作站 雷电信息系统 1 线路遭受雷击的形式有哪些 雷击线路的表现有哪些 危害怎样 2 我国现有的防雷保护措施主要有哪些 还存在什么问题 3 避雷线的主要作用有哪些 为什么有的线路在装有避雷线的情况下依然会发生雷击故障 如何避免 4 接地装置的接地电阻对防雷效果的影响怎样 现有降低接地电阻的方法有哪些 其原理如何 思考题 2 3绝缘子的污闪故障及预防 污闪 绝缘子因染污 在一定条件下产生的 在正常运行条件下沿绝缘子表面闪络放电的现象 污闪故障 因污闪而导致的接地 线路开关跳闸 导线烧伤 供电中断等的现象 据统计全国电网1986 1989年均污闪故障400次 年均损失电量达6000万千瓦 时 案例1 1990 2 10 17 8天时间内 京津唐电网大面积污闪 该地区110 500kv线路共358条段 6765 318km内 中 跳闸159次49条段 事故现象 有4基塔上的绝缘子钢帽炸裂 球头脱落 导线落地 有5基塔上的导地线严重烧伤 断股 后果 送电量损失12gw h 直接经济损失4360 300万元 影响 500kv线路全部停运 电网两度解列 双环网结构破坏 电网可靠性 加剧了负荷的紧张程度 原因 大雾弥漫 雨雪交加 能见度只有几米 十几米 相对湿度为90 100 绝缘子的泄漏比距不足 清扫效果不好 方法落后 此外 设计时这部分地区为防污设计是按0线污区配置的绝缘 此区域大多为农田 在此期间河南电网 河北电网 山西电网 辽宁电网等也相继出现大面积污闪事故 此次污闪事故影响面积之广 威胁之大 在我国电力系统是前所未有的 案例2 1991 1 17日 清晨大雾 6 55 8 10左右 湖北荆门输电工区 荆门电厂 周家岭变电站段 220kv线路连续3次跳闸 事故调查 农民反映有一塔 243 上两相绝缘子串有闪络放电现象 事故原因 在事故塔以北100m内 有18家炒盐瓜子的专业户在炒瓜子 事故塔上的盐密值达到0 13mg mm2 严重 在低温 大雾时引起闪络 事故处理 停电更换绝缘子 停电2 5小时左右 案例3 2001 1 2月 华北大部地区和东北辽宁相继几次出现雪雨交加 大雾迷漫开天气 由此引起从河南电网发生 并逐渐北移 经河北电网 京津唐电网直至辽宁南部的污闪事故 此次污闪共造成66 500kv线路238条 变电站34座跳闸972次 其发生时间 发展过程 覆盖区域及面积 社会影响与案例1相同 但重灾区转移到了辽沈地区 并涉及到500kv变电站 辽宁 河北和河南 和输电线路的耐张串 绝缘子的污闪由两个因素决定 一是大气污染造成的绝缘子表面积污 二是能使积聚污秽物质充分受潮的气象条件 在干燥气象条件下 表面脏污的绝缘子仍有很高的绝缘强度 但在大雾 凝露 毛毛雨等气象条件下 污层中的电解质成分会充分溶于水中 在绝缘子表面形成导电通路 使绝缘强度大大降低 在正常运行电压下就能导致绝缘子沿面闪络 即污闪 一 污闪机理 沿面放电 按污秽的来源分 1 自然污秽 指无人参与在自然条件下所产生的污秽 如在空气中飘浮的微尘 海风带来的盐雾 盐碱严重地区大风刮起的尘土及鸟类粪便等 2 工业污秽 指在工业生产中所产生的工业型污秽 如火电厂 化工厂 水泥厂 蒸汽机车等工业企业排出的烟尘或废气等 3 生活污染 汽车 摩托车 助动车尾气污染 生活锅炉废气污染等 按污秽的形态分 颗粒性污秽 以各种颗粒形式存在的污秽 如氧化铝 氧化钙 氧化硅等 液体性污秽 如冷却塔 喷水池放出的水雾 水滴和酸雨等 气体性污秽 如各种化工厂排出的no2 so2 co2 co等气体及海风带来的盐雾等 这类污秽物有的附着力 1 污秽的种类 2 污秽事故的产生机理 污闪放电是涉及到电 热和化学现象的错综复杂的变化过程 一般而言 可将污闪过程分为四个阶段 1 绝缘表面的积污 2 绝缘表面的湿润 3 局部放电的产生 4 局部放电的发展 1 故障表现绝缘子串闪络 导地线烧伤 导地线及杆塔上金属构件部分发生锈蚀 以及由此而引起的线路跳闸 供电中断等 二 线路污闪故障的形式及特点 2 污闪事故的特点 1 一般发生在工频运行电压长时间作用下 2 区域性强 同时多点跳闸的几率高 且重合成功率小 一旦发生可造成大面积 长时间的停电事故 且不易被自动重合闸消除 受影响的面积大 范围广 后果严重 区域性故障 是电力系统重大灾害 恶性事故 之一 3 与气象条件关系密切 季节性强 一般发生气温低 湿度大的气象条件下 毛毛雨 大雾 小雪及雨雪交加的天气 时间大多在傍晚 后半夜或清晨 占70 以上 90 以上的污闪故障发生在秋季后期和冬季 4 绝缘子串中有零值绝缘子时易污闪 5 直线串绝缘子比耐张绝缘子易污闪 耐张绝缘子自洁性好 积污轻 直线串绝缘子个数比耐张串绝缘子个数少一个 也是原因之一 v型串由于其积污程度介于直线串和耐张串之间 污闪率也在以上两种绝缘子串之间 6 直线双串比单串绝缘子易闪络 特别是500kv带均压环的双串绝缘子 7 污闪与相别 塔型无关 8 绝缘子串有覆冰 积雪现象时 在冰雪消融时易发生污闪 3 污闪与雷击闪络的判别 1 发生的条件 运行条件 气象条件 时间段及季节等 2 绝缘子上留下的痕迹 污闪发生在运行电压 工频电压 下 一般只在绝缘子串两端各1 2片绝缘子上留下明显的闪络痕迹 只有重复闪络才会造成整个绝缘子串均有闪络痕迹 甚至造成绝缘子破碎和钢脚或钢帽的烧伤 雷击闪络发生于雷击过电压下 且雷击时 由于雷电流很大 一般形成的是沿绝缘子串表面的爬闪 有时一次雷击就会引起整串绝缘子闪络 因此说 雷击引起的闪络是爬闪 污闪则是跳闪 2 导线上的烧伤痕迹 污闪在绝缘子上留下的烧伤痕迹比较集中 甚至在线夹上或靠近线夹的导线上留下痕迹 但由于污闪形成和作用的时间很长 因此导线烧伤面积虽小但严重 而雷击闪络往往在线夹到防振锤之间的导线上留下痕迹 且因雷电流大但作用时间短 因此导线烧伤面积大而烧伤程度相对轻 防治污闪工作的目标 输电线路运行管理规程 国家电网公司 1 杜绝500kv及300kv线路污闪停电事故和电网大面积污闪停电事故 2 最大限度地降低线路污闪跳闸率 各网省公司的线路污闪跳闸率应控制在 三 防污措施 爬 扫 涂 500 含330 kv线路 0 05次 100km a110 220kv线路 0 1次 100km a 注 35kv 66kv线路暂不考核污闪跳闸率 目前有效的防污技术措施有以下 国家电网公司防污治理的基本原则 绝缘到位 留有裕度 即依靠设备本体绝缘水平抵御恶劣自然环境导致的污闪 不把绝缘设计建立在大规模清扫工作 一年一次 的基础上 留有裕度则是为了预防大气污染日益增长和可能出现的灾害性天气 包括灾害性天气带来的湿沉降 1 准确划分线路所经过地区的污秽等级 为线路设计 运行维护及防污提供依据 污秽等级的划分依据 1 污湿特性 2 运行经验 污闪跳闸事故和污闪事故记录 绝缘子型式 片数 泄漏比距和老化率 地理和气候特点 采取的防污措施和清扫周期等 最主要的原则 3 污物的性质 等值盐密w0 只具有参考价值 但其是定量指标 较为直观 划分方法 a 确定线路的污秽季节 b 查清污物的性质 测绝缘子表面的污物的w0 c 确定污秽等级 由w0值的大小划分 见p32表2 6 表2 1线路污秽等级及爬电比距 2 加强运行维护 1 有针对性地做好线路巡视 巡视中注意多听 多看 绝缘子有严重污染时白天即可听到较大的放电声音 注重特殊气象下的巡视 如夜间巡视 日出前的巡视及相应气象条件下的巡视等 有资料表明 发生污闪的气象条件中 雾 露占48 57 溶雪占20 25 降雪占10 1 毛毛雨占7 54 久旱无雨又逢大雾的情况下极易发生污闪 化工厂附近的化工污染特别容易引起污闪跳闸 其次是水泥 冶金 矿物 盐场 煤烟 2 定期测试和及时更换不良绝缘子 线路如果存在不良绝缘子 线路绝缘水平就要相应降低 再加上线路周围环境污秽的影响 就容易发生污秽事故 因此必须对绝缘子进行定期测试 及时更换不良绝缘子 使线路保持正常绝缘水平 一般1 2年测试一次 测试方法见第3章 1 定期清扫绝缘子 一般每年一次 2 采用防污绝缘子 如双伞型 钟罩型 流线型 大爬距或大盘径绝缘子等 这些绝缘子不仅爬距比普通绝缘子大40 50 且大多具有表面光滑 不易积污 有一定的自洁性能等 3 增加绝缘子的片数 调爬 调爬是防污的主要措施 但是现在调爬要注意两个问题 一是不要盲目地将所所有线路都换成防污绝缘子 二是加强线路的绝缘强度要注意与变电站的绝缘配合 否则反而全导致增多变电站的污闪事故 3 做好防污工作 4 绝缘子表面涂上一层涂料 ptv或prtv 硅油涂料等 rtv 一种室温硫化硅橡胶 roomtemperaturevulcanizedrubber 属于有机硅涂料的一种 干性固体涂层 其本身是无色透明或白色半透明的液体 奖其涂在绝缘子的表面后 通过空气及触媒的作用 不久即固化为橡胶似的薄膜 能较牢固地覆盖在绝缘子表面上 利用其优良的憎水性能 绝缘性能和耐气候 耐老化等性能达到防污闪的目的 rtv涂料的优点 1 涂覆工艺简单 2 涂料的附着程度好 在风吹 雨淋 日晒等自然条件下涂层不会破坏 3 涂层更新较方便 可以仅清除涂层表面的积污 在旧涂层上再涂敷开一层新的涂料 4 使用其间可不清扫或少清扫 可显著减少输变电设备运行维护的工作量 5 使用寿命较长 prtv 电力设备外绝缘复合化硅氟橡胶涂料 电力设备外绝缘用就地成型永久性防污涂料 寿命约20年 其既有rtv涂料的室温硫化 就地成型特性 同时具有作为外绝缘材料的高温硫化橡胶的材料特性 硅油 二甲基硅油 其具有一定的稳定性 绝缘性 柔韧性和憎水性 使用寿命较短 3 6个月 5 采用合成橡胶防污增爬裙 其爬电距离可比原来增加20 左右 污闪电压能提高50 以上 是较好的防污措施 6 采用硅橡胶合成绝缘子 7 涂层复合绝缘子 将硅橡胶复合在盘形悬式瓷绝缘子表面 已经研究成功 但尚没有样品问世 硅橡胶合成绝缘子应用现状 到目前为止 我国合成绝缘子挂网总量已达上千万只 仅次于美国居世界第二位 其主要用于各类中等及重污秽地区 年事故率仅0 018 远低于瓷绝缘子的事故率 例如 京津唐电网在1998年就有3万余支合成绝缘子在网上运行 占该网输电线路绝缘子总数的1 3 而110kv线路和220kv线路合成绝缘子已占主流 1991 1998年8月 京津唐电网合成绝缘子总的闪络跳闸次数是同期瓷绝缘子的1 7 20余次闪络跳闸大都重合成功 4 其它 如 安装泄漏电流记录仪 采用便携式电流检测仪 采用新型耐污绝缘子 棒形悬式绝缘子 及污闪季节临时降压运行等 三门峡地区为了防止事故的扩大和线路绝缘子重复发生闪络 采取电网临时降压运行的方式 保住了电网的稳定运行 防止了系统解列 思考题 1 简述污闪事故的特点及危害 2 试从故障成因 表现及影响程度等方面分析污闪故障与雷击故障的区别 2 4大风故障及预防 案例1 1996年湛江 遭受15号台风袭击 造成35kv及以上线路倒杆61基 其中 铁塔 220kv倒30基 110倒8基混凝土杆 220倒5基 110倒14基 35倒4基 案例2 2005年8月7日夜间开始并持续到8日白天的雷雨和大风导致乌克兰境内15个州共700多个居民区大面积停电 持续的雷雨和狂风损坏了乌境内几十根主要的输电线路和地方供电网 此外 恶劣的天气还使1000多个变电站出现了故障 2007年第13号强台风 韦帕 9月20日凌晨2 30分在温州市苍南县登陆 登陆时 近中心最大风力14级 风速达到45米每秒 韦帕 横扫浙江14小时 605万多人受灾损失38亿元 全省共安全转移危险地带人员159万人 船只回港避风39473艘 这是浙江抗台历史上灾前转移人数最多的一次 大风 我国气象上规定 当风力达8级或以上 即风速大于17米 秒 者 称为大风 大风引起的输电线路故障类型 第 类 风力超过杆塔的设计强度 倒杆 塔 倾斜 歪倒或折断 第 类 风力过大造成导线摆动 周期性和非周期性摆动 导线碰撞 相间闪络放电 短路等 如风卷起地面杂物 塑料袋 树枝等 落在导线上 短路或增加迎风面积 p p 断线等 常见 杆塔歪倒 倒杆 导线间或导 地线间闪络放电及对其它物体放电 外物短路及由此而引起的其它事故 断线 金具破坏 绝缘子损坏等 具体故障表现见p37页 一 大风故障现象 故障原因主要有以下方面 1 设计方面 考虑不周 不符合客观规律 如 基准设计风速不太合理 如以10min连续记载的平均风速作为基准设计风速 则将因风速时间间隔太长而不能反映客观情况 例1中 按最大风速v 35m s设计 而15 台风平均最大风为33m s 但台风中心的最大阵风则达到了57m s 远远超过设计风速 倒杆 设计裕度不足 例1中 强度裕度为33 3 所允许的阵风速为42 49m s 设计风载未考虑阵风的动力效应 导线 动载荷增加 因此而导致杆塔的实际抗风水平偏低 二 事故原因 2 施工方面 遗留的缺陷未及时处理 如基础未夯实 拉线夹角不符合要求等 3 客观因素 客观气象恶劣 风速超过了设计值 4 运行维护方面 线路缺陷未及时发现或处理等 如塔材被盗未及时发现 拉线花兰螺丝被盗 拉线失去作用 基础埋深不足2 8m 卡盘外露 例 东北某电业局35kv线路一杆塔 被6级风刮倒 即是由基础缺土所致 缺土达1m多 送电线路设备缺陷管理分类标准 规定 水泥杆上拔或缺土达20 即应定为重大缺陷 而运行人员在之前的巡视中已发现缺土10 但未进行汇报 此后发现缺土已达1m多 20 只填了一张二类缺陷小票 运行人员业务不熟 对缺陷管理制度不熟悉 对症处理 1 设计上 提高杆塔设计的安全系数 有资料建议把原来的设计安全系数k 1 5 1 8提高到2 5 3 0 即相当于导线及铁塔均乘以风振系数1 4 1 8 实践证明防风效果较好 提高杆塔的抗阵风能力 取阵风系数 1 5 沿海地区 属大风故障区 应将设计基准风速值 35m s 提高 建议取v 40m s以上 三 防风对策 风季应加强巡查 及时处理线路自身缺陷 包括 特殊地段的杆塔进行防风强化处理 如加拉线 加固基础等 特殊地段 风口 山顶 大档距 大高差 河水冲刷区等 检查线间距离 检查拉线及拉线基础 发现缺陷及时处理 2 运行维护方面 对施工遗留的缺陷必须及时处理 3 严格竣工验收 2 5振动故障及预防 架空线路导线的振动类型 1 微风振动2 次档距振动3 舞动4 电晕振动本节主要从各种振动产生的原因 危害及故障特点的分析着手 重点介绍微风振动及舞动的防范思路及预防措施 1 微风振动 在风速不大的情况下产生的垂直平面内的高频低辐的振动现象 一 振动的类型 特点及故障型式 当架空导线受到风速为0 5 8m s稳定的横向均匀风力作用时 在导线的背面将产生上下交替变化的气流旋涡 如图2 18 又称卡门旋涡 从而使导线受到上下交变的激励 当这个交变的激励频率与导线的固有频率相等时 导线将在垂直平面上发生谐振 形成有规律的一上下波浪状的往复运动 即微风振动 振动的原因 1 风速一般为0 5 8m s 风速过小 能量不够 不足以推动导线上下振动 风速过大 气流与地面磨擦加剧 使地面以上一定高度范围内的风速均匀性遭到破坏 使一导线处在紊流风速中 而不能形成稳定振动 2 风向风向与线路成45 90 时易发生微风振动 20 以下一般不发生振动 3 导线悬挂高度导线悬挂越高 越易起振 4 档距实测表明 档距500m时 一般会发生振动 在导线的防振设计中 电线振动风速与悬挂高度及档距的大小关系取下表2 1的数据 振动的条件和影响因素 5 地形一般出现在地形平坦的开阔地带 高山树林 建筑物能屏蔽风的区段 导线一般不易起振 6 导线应力导线的静态应力 即导线的平均运行应力 越高 动应力就越大 导线越易起振 并且促使导线很快疲劳断股 甚至断线 因此 规程 规定 导线和避雷线的年平均运行应力的上限值和防振措施应符合表2 2 1 微风振动是一种高频 f 10 120hz 小振幅 a d 导线直径 有时只有3cm左右 呈驻波型式的振动 在高压架空线上所产生的这种振动 常常是看不见摸不着的 它不象电线舞动时那样直观 2 微风振动所引起的线路疲劳断股等事故 需要有一个累积时间和过程 一般发现危害是在产生疲劳断股或防振器毁坏脱落之后 而这时线路危害较重 3 微风振动产生的破坏有一定的隐蔽性 疲劳断股有时会从导 地线内层开始 从电线外表发现不了 这给巡线工作造成假象 4 在有防振器的线路上依然会出现振动破坏故障 防振器经过长期运行后 其参数变化 特性老化 消振性能衰减 很难准确判断 只有借助于现场测振 以掌握防振效果 微风振动的特点 微风振动的能量及振幅虽然都不大 但是发生振动的时间却很长 约占全年时间的30 50 悬垂线夹处的导线长期处于这种反复波折的状态 容易引起导线的耐受疲劳强度降低 导致断线 金具磨损和杆塔部件损坏等 微风振动的危害 在60年代 我国曾组织有关部门对全国部分地区架空输电线路的风振危害情况进行调查 调查包括数百回线路及大跨越线路运行情况 其中钢芯铝绞线导线9568m 钢绞线避雷线8968m 结果发现比较普遍存在着断股现象 例如 某线路导线采用钢芯铝绞线 平均运行应力25 cuts 因未安装防振锤 运行2年后检查1098个线夹 发现断股322处 占29 3 风作用在同一水平面的两根子导线上 其中一根子导线被另一根子导线所屏蔽 而被屏蔽的导线处于前方子导线形成的尾流中 气流的漩涡区内 由于尾流效应 使得下风的子导线更容易吸收风的输入能量 从而发生在交变的风力作用下的低频大振幅振动 2 次档距振动 荡 采用相分裂导线的线路 在较大风 风速v 7 20m s 的情况下发生的两间隔棒间线段的振荡现象 形成原因 振幅 频率介于微风振动和舞动之间 约1 3hz amax可达几十厘米 一般几厘米 一般发生在水平面上 呈椭圆形轨迹 特点 会造成同相子导线互相碰撞和鞭击 导线碰伤 造成阻尼性能差的间隔棒松动 脱离或破断 甚至造成导线断股 短路等恶性事故 威胁架空导线及金具的运行寿命 以至需要更换造价昂贵的导线和金具 我国第1条500kv输电线路 即华中的平武工程 在投运初期 因次档距振动而产生的顺线应力使间隔棒松动 掉爪并磨伤导线的情况非常严重 在运行1年后经检查发现 全线约有10 的间隔棒受到不同程度的影响 其中最严重的一段 在103个间隔棒中就有80个螺栓松动 造成导线脱落并磨伤 危害 由于导线表面电场强度太高 当空气中有雾或下毛毛雨及避雷线上结露时 微小水珠受电场力的作用有规律地脱离导线时所引起的导线振动 严重时可诱发舞动 机理尚在研究中 特点 振动强度不大 持续时间不长 从国外的研究资料看 对线路的威胁不大 但若引起舞动 则应予以重视 3 电晕振动 由于导线上的非回转对称的翼状覆冰和不同期脱冰而导致的避雷线的空气动力特性发生变化而引起的低频 高振幅的振动现象 舞动 dancing或galloping 驰振 是指由水平方向的风对非对称截面线条所产生的升力而引起的一种低频 频率约在0 1 3 大振幅 振幅约为导线直径的5 300倍 可达10 的自激振动 导线舞动通常发生于因导线覆冰而形成非圆截面的情况下 只有个别情况例外 所以舞动的形成取决于3方面的因素 即导线覆冰 风激励和线路结构与参数 4 舞动 1 气象条件 气温t 0 7 风速v 5 15m s 有时在 5 或更低 如 10 冬季及早春 如87年2月16 17日天津塘沽 湖北中山口大跨越等地的舞动均发生于此气象条件下 2 地形条件 风口地段 开阔的平原 3 风向 风向与线路轴向线的夹角为45 90 30 70 时易舞动 4 气压条件 气压高 易舞动 p 导线在大气中的比重 易推动导线上下运动 p 导地线在大气中的比重 不易推动导线上下运动 西北地区不发生舞动 海拔高 气压低 而中原一带 p 如邯郸地区 海拔低 气压高 在1968 1980年间 35kv 110kv 220kv 7条线路舞动 舞动的形成条件及舞动机理 舞动机理 1 den hartog垂直舞动机理当覆冰导线的空气动力阻尼为负并大于导线的横向固有阻尼时 无耦合的垂直运动出现不稳定性 即舞动是由空气动力产生的负阻尼所引起的 2 o nigol扭转舞动机理当覆冰导线的空气动力扭转阻尼为负 并大于导线的扭转固有阻尼时 扭转运动成为自激产生振动 当扭转运动频率接近垂直或水平谐振频率之一时 从而产生大幅度