500kV紧凑型输电线路跳闸故障分析

500kV紧凑型输电线路跳闸故障分析
王建伟;王志利;赵亚宁
【摘要】指出500 kV紧凑型输电线路导线与塔窗的空气间隙小,相导线之间的间隙小,若通道环境较为恶劣,尤其是易引发导线不同期摆动的区段,则跳闸率和停运率明显上升.针对500 kV紧凑型输电线路在运行中出现的不同类型跳闸故障,从塔型结构及线路的设计、运行和反措的角度分析总结,以期达到少跳闸、少停电的目的.【期刊名称】《山西电力》
【年(卷),期】2016(000)006
【总页数】3页(P5-7)
【关键词】500 kV紧凑型输电线路;跳闸分析;塔型结构
【作者】王建伟;王志利;赵亚宁
【作者单位】国网山西省电力公司检修公司,山西太原030032;国网山西省电力公司,山西太原030001;国网山西省电力公司电力科学研究院,山西太原030001【正文语种】中文
【中图分类】TM723
500 kV紧凑型输电线路以输送自然功率大、波阻抗小、有效抑制不平衡电流、节省输电走廊和杆塔塔材等优点，在我国东北、华北和华中等部分地区得到较为广泛的使用。

在实际运行中，与常规塔型线路相比，紧凑型输电线路在部分区段出现了跳闸率高、故障停运时间长等故障，值得专业人员去分析和研究。

500 kV紧凑型和常规型500 kV(单回和双回)的直线塔型结构示意图如图1所示。

紧凑型输电线路三相导线全部在塔窗之内，单回常规线路有一相在塔窗之内，双回线路导线分列两侧。

3种杆塔塔窗（或塔身）与导线之间的空气间隙距离都有所不同。

通过不同类型500 kV杆塔设计[1]推导计算：紧凑型杆塔与左右两边相导线
空气间隙距离最小，不大于500 kV复合绝缘子的结构高度（4 030 mm或4 450 mm），其空气间隙距离约为3 830~4 250 mm；单回常规塔型次之，左右两边
相与塔窗间隙约为5 050~6 000 mm；双回常规塔型最大，大于5 300 mm。

根据500 kV线路杆塔带电作业间隙控制知，紧凑型线路约为4 m，常规线路间隙一般在5 m以上，可应证以上推导和计算。

500 kV紧凑型输电线路和常规500 kV线路(单回和双回)的导线排列方式各有所不同。

紧凑型为倒等边三角排列，常规单回为水平排列、双回为垂直排列。

具体情况见示意图2。

500 kV紧凑型相相间距为7 700 mm，大尺寸塔头为9 118 mm；500 kV常规型（单回）最小相相间距为9 800mm，大尺寸塔头为12 300 mm；500 kV常规型（双回）最小相相间距大于12 000 mm。

500 kV紧凑型直线杆塔塔头尺寸较小，使其导线与塔身、导线与导线空气间隙小于常规塔型。

若线路运行通道较为恶劣，则紧凑型直线杆塔的运行安全裕度将大大小于常规型直线杆塔，以下是较为典型的紧凑型直线杆塔跳闸，具体分析如下。

3.1 雷击
2008年—2012年，山西电网500 kV紧凑型输电线路雷击跳闸最为频繁（根据《2008年—2015年山西电网500 kV及以上输电线路跳闸分析报告》统计），500 kV紧凑型输电线路雷击跳闸6线13次，12次发生在直线塔，1次为耐张塔外角侧引流串雷击放电，具体情况见表1。

跳闸的原因一方面为处于山区的大档距杆塔，其地线保护角叠加杆塔地面倾角的影响（屏蔽耦合作用减弱）而造成的雷击；另一方面的重要的原因是紧凑直线塔的导线与塔窗空气间隙小，耐雷水平先天不足导致的雷击放电。

常规型杆塔的雷击放电通道是绝缘子串，而紧凑直线塔的放电通
道为绝缘子串和塔窗空气间隙，如图3所示为紧凑型线路不同的5次雷击跳闸放
电通道的示意图。

3.2 鸟害
2010年—2013年，山西电网500 kV输电线路共发生鸟粪闪络8次，其中5次
跳闸发生在紧凑型线路（根据《2008年—2015年山西电网500 kV及以上输电
线路跳闸分析报告》统计），具体情况见表2。

5次跳闸固然与运行单位未能掌握所辖区域鸟类活动、防鸟刺安装数量不够和覆盖范围及高度不满足要求等有关，但是紧凑型导线与塔身空气间隙小且绝缘子悬挂为型V串（相同鸟粪拉丝长度下，V 串比I串短接绝缘爬电长度更长），是导致鸟粪闪络的重要原因。

3.3 导线不同期摆动
2010年—2014年，山西电网500 kV紧凑型输电线路共发生风偏跳闸9次、覆
冰舞动跳闸17次（根据《2008年—2015年山西电网500 kV及以上输电线路跳闸分析报告》统计）。

虽然风偏和覆冰舞动形成机理略有差异，但其共同的特点是紧凑型杆塔导线的不同期摆动，其故障相别均为倒三角排列导线的下相与任一上相之间（L2—L1 或L2—L3）的相间短路，故障区段比较集中，故障档距偏大（风
偏故障杆塔最小档距684 m、最大档距1 350 m；舞动故障杆塔最小档距562 m，最大档距1 001 m）。

运维人员在线路巡视中发现，500 kV常规型线路导线不同期摆动的频率和幅度并不低于紧凑型线路，但常规型线路发生跳闸的概率却远低于紧凑型线路。

由此推断，紧凑型线路在导线不同期摆动中更易发生跳闸，其最根本的原因为紧凑型线路导线相相间距小，在大档距条件下，导线摆动幅度大，上下相导线易放电。

针对雷击和鸟害跳闸，故障杆塔可加装避雷器（连续3基）和鸟刺（铺满横担），即可有效降低雷击和鸟害的跳闸率。

针对导线的不同期摆动产生的风偏和覆冰舞动跳闸，措施如下：安装相间间隔棒，
见图4；加装失谐摆、抑制扭振型防舞器、双摆防舞器、整体式偏心重锤等。

以上防范措施为简要的概述，具体实施时，还要多方面考虑线路的实际情况，如舞动和风区等级、地形、气象、跨越情况、档距大小、连接金具强度、杆塔防松、投资费用等。

在输电通道部分区段内，500 kV紧凑型输电线路之所以比常规型线路跳闸比率高，是因为其杆塔设计的两个短板，一是导线与塔窗的空气间隙小，二是相相导线之间的间隙小。

若输电通道环境较好，则紧凑型输电线路的优点是显而易见的；若通道环境较为恶劣，尤其是易引发导线不同期摆动的区段，则紧凑型输电线的跳闸率和停运率则会明显上升。

a）线路设计单位不宜在大风区、易舞动区以及易造成导线不同期摆动的微气象微地形区，采用紧凑型输电线路设计；采用紧凑型线路设计的区段，应避免大档距情况的出现，提高运行安全裕度。

b）运维单位应积累和总结500 kV紧凑型输电线路运维经验，跳闸事故多发和频发区段应及时将紧凑型杆塔改造为常规型杆塔，减小运维压力，避免反复多次的投资改造。