输电线路绝缘子覆冰的防治措施

摘要:输电线路覆冰灾害在我国大部分地区极其普遍,是困扰输电线路安全运行最严重的故障根源之一。文章分析了桥常线跳闸的原因,及其预防措施和取得的效果,对其他输电线路防止绝缘子串“冰闪”具有一定的借鉴作用。

关键词:输电线路;绝缘子;覆冰;冰闪

中图分类号:TM726文献标识码:A

文章编号:1009-2374 (2010)19-0091-02

2008年1月13日12时53分,中卫供电局110kV桥常线C相接地,线路跳闸,重合成功。原因:#19塔上相(线路C相)因覆冰,致使绝缘子发生“冰闪”(摘自宁夏电力公司《事故通报》)。事故发生后,我们通过分析线路的绝缘配置、绝缘子的结构参数和所处的环境及天气状况,总结出防止这种“冰闪”的有效方法是采用大小伞结构的复合绝缘子。

覆冰是在特定气候条件下,由过冷却水滴或过饱和云粒在运动阻止力和惯性力作用下,与自然界中的物体表面碰撞释放潜热而凝固的晶状或粉状附着物,对处在自然环境中的输配电线路会构成严重灾害。

覆冰灾害的类型有两种:其一是绝缘子覆冰,由于空气中有一定成分的导电介质,当覆冰汇集绝缘子表面和边沿桥接至导线与横担连接时,绝缘子泄漏距离缩短,绝缘下降;融冰时,绝缘子表面的局部电阻不同,此时便发生闪络,导致线路跳闸。比如110kV桥常线发生的“冰闪”就属于这种情况。其二是导线覆冰,覆冰形状多为椭圆形和翼形,当导线覆冰到一定程度,直径最大可达200～300mm,导线弛度大幅增加,若相邻档覆冰程度不同或档距相差较大时,使导线对跨越物距离不足或接近,从而造成线路接地跳闸。

1输电线路覆冰的影响因素

根据多年覆冰现场的观测分析和有关覆冰研究的论断,可得出造成输电线路覆冰的因素有四个:(1)气象因素:受温度、湿度、过冷却水滴直径、冷暖空气对流、环流以及风等因素决定的综合状况,多出现在一些微气象区;(2)地形及地理环境:山顶、分水岭、风口、迎风坡处以及水汽较重的湖库、山腰等线路覆冰较其它地形区严重;(3)海拔高程、线路走向及导线的悬挂高度:海拔越高,线路走向与风向相交,导线的挂点越高覆冰越严重;(4)线路本身的条件:绝缘子、导、地线表面形状、直径、刚度等影响过冷却水滴、云粒的附着,且电场对过冷却小水滴或过冷却云粒有吸引力作用。

2跳闸线路基本地理情况

110kV桥常线地处中卫西南部,跨黄河两岸,南部是山脉,海拔1230m。每年冬春季节交替的1～3月,最低气温在-5℃～-25℃之间,空气相对湿度较大,并伴有3～4级东南风,极容易使线路绝缘子表面形成覆冰。

3110kV桥常线覆冰跳闸原因及分析

3.1线路的绝缘情况

该跳闸段线路于2005年12月投运,绝缘子型号为XWP2-70,片数是7片。该种绝缘子的主要结构和技术参数,见表1和图1:

表1

型号 结构高度H(mm) 盘径D(mm) 爬电距离λ(mm) 机电破坏负荷(KN) 工频湿耐受电压(KV) 雷电冲击耐受电压(KV) 工频击穿电压(KV)

XWP2-70 146 255 400 70 45 120 120

3.1.1单位爬电比距计算线路绝缘子的单位爬电比距(也称为泄漏比距)计算公式是:

S0=nλ/U

式中:S0――单位爬电比距(mm/kV);n――绝缘子片数;λ――绝缘子的爬电距离(mm);U――线路额定电压(kV)。

代入数值,该绝缘子串的单位爬电比距为25.45(mm/kV)。

3.1.2污秽等级

(1)依照《架空送电线路运行规程》的规定,爬电比距在25～32mm/kV之间属于d级污秽区,因而该线路的绝缘配置达到d级污秽区的配置标准。

(2)查证2008年盐密度测试结果,110kV桥常线#19塔在盐密值为0.1947mg/cm2(#22塔)和0.1579 mg/cm2(距此约1.5公里)的杆塔之间,因此其污秽等级从盐密度划分也处于d级。

3.1.3结构长度验算绝缘子串的结构长度L=n(绝缘子个数)×H(单个绝缘子结构高度)=7×146mm=1022mm>1000mm(注:1000mm为110kV线路带电部分与杆塔构件的最小间隙距离)。

综合上述3点,该线路绝缘配合设计是满足要求的。

3.2天气情况

依据气象记录,2008年1月12日,宁夏地区普降大雪,110kV桥常线所在的中卫迎水桥降雪厚度达到5cm。12日夜间温度为-17℃,13日中午最高温度为8℃。1月13日天气为晴转阴,中午晴朗,积雪有融化现象。

3.3闪络相绝缘子串的情景

经过登杆检查,发现#19塔上相绝缘子串导线及线夹和绝缘子挂点处有明显的银白色放电痕迹,绝缘子的瓷裙被冰柱“桥接”起来(图2);绝缘子上表面有黑色的放电痕迹,闪络点都是沿冰柱的连接处,且都处在背阳的一面。

3.4闪络原因分析

(1)由于线路跳闸的前一天(12日)下中雪,在13日中午温度升高时(12时左右),绝缘子阳面的积雪开始逐渐融化。而这种双瓷裙防污绝缘子的上面瓷裙是平的,雪水在下滴的过程中,由于阴面未接受日光照射,电瓷又是热的不良导体,这面的温度远低于阳面的温度,甚至还在0℃左右。所以雪水在背阳面边滴边凝结,就形成了冰柱,把绝缘子“桥接”起来,构成了导电通道。

(2)清洁的水一般是不导电的,冰也一样。研究结果表明,若冰中不含导电杂质,绝缘子覆冰后仍具有很高的绝缘强度。也就是说,如果覆冰水含有导电杂质,那么绝缘子串的绝缘强度就会下降。桥常线最近一次清扫在2007年5月;绝缘子受到工业污秽的污染(由图3也可看出),覆冰绝缘子串的绝缘性能下降,最后在工频电压下发生闪络。

(3)该线路安装的绝缘子为瓷质双伞群防污绝缘子,型号XWP2-70,两瓷裙间的距离为50mm;而现场大多数冰柱的长度都大于50mm,这也为雪水结“冰桥”接创造了条件。

4针对本次覆冰跳闸所采取的防范措施

通过以上的分析可以看出,只要不使冰水凝结或者绝缘子瓷裙间距足够大,就可以防止“冰闪”发生。

4.1不使冰水凝结

我们首先采用的方法是在绝缘子上方加装防鸟板或防鸟罩,防止飘雪落在绝缘子伞群上。但经过安装试用,安装防鸟板或防鸟罩对防积雪的效果不理想,因为雪花不总是垂直下落。

4.2输电线路防覆冰闪络型复合绝缘子的应用

我们结合运行经验和其他线路运行单位的建议,采用了至少在上部和中部增加大伞群的复合绝缘子,我们称之为防覆冰闪络型复合绝缘子。结构如图3所示:

这种复合绝缘子通过模拟覆冰闪络试验以及两年多的现场挂网运行,符合覆冰环境要求的电气和机械条件,并具有以下优点:伞裙平直无凹槽,表面光滑,憎水性强,不易浸润,伞盘都有不小于5°的倾角,增加了雪水的流速,不易凝结成冰,伞裙边沿结冰速度也缓慢;由于加大了伞裙直径和大小伞裙有序间隔排列增大了爬电距离,因此其闪络电压相对较高;复合绝缘子的材质容易吸收热量,积雪融化较快,又随时流下,结冰的机会小,不易桥接。

2008年2月,110kV桥常线、宣常线安装试用这种防覆冰闪络型复合绝缘子。挂网运行两年多,经过两个冬春交替季节,多次覆冰的考验,处在迎风坡处的重覆冰区段线路绝缘子未发生绝缘子闪络故障。

输电线路防覆冰技术的研究在全国还处于探索阶段,在电网运行过程中,我们将不断积累和总结运行经验,探索新的防覆冰措施,解决覆冰灾害在运行中出现的新问题,更进一步提高输电线路的安全运行水平。

参考文献

[1] 陶元忠,包建强.输电线路绝缘子运行技术手册[M].中国电力出版社,2003.

[2] 架空输电线路运行规程(DL/T741-2001)[S].中国电力出版社,2002.

[3] 贾雷亮,陈宝骏.输电线路绝缘子冰闪特征与防范[J].山西电力,2007,(1).

作者简介:谢金柱(1978-),男,宁夏中卫供电局线路工区助理工程师,研究方向:高压输电线路技术管理。