1000kV交流输电线路冰雪灾害故障原因及表象

    冰雪造成特高压输电线路的故障主要包括3种形式：①严重覆冰引起过荷载；②绝缘子覆冰之后绝缘强度下降引起的闪络事故；③不均匀覆冰使导线舞动。    1．覆冰倒塔    覆冰倒塔是指线路覆冰后的实际荷载超过设计值，从而导致架空输电线路发生机械和电气方面的事故。荷载按方向可分为垂直荷载、水平荷载、纵向荷载。    (1)垂直荷载：当导线、杆塔覆冰时，冰的重量会增加所有支持结构和金具的垂直负载，导致架空线的弧垂变大，使导线间或者导地线之间的档距减小，当风吹动时会由于绝缘距离不够而发生短路。另外，由于覆冰会增大导线张力，从而增大杆塔及其基础的力矩，如增大转角塔的扭矩，造成杆塔扭转、弯曲、基础下沉、倾斜，甚至在拉线点以下发生折断。    (2)水平荷载：覆冰也会使导线受风面积增大，此时杆塔所受的水平荷载随之增加，线路因此可能出现横向倒杆事故。    (3)纵向荷载：因为输电线路相邻各档之间距离、高度或安装质量不同，使导线在覆冰时引起纵向静力不平衡，产生纵向荷载。当覆冰不均匀、自行脱落或被击落时，导线的悬挂点处会产生很大的纵向冲击荷载，可能造成导线或地线从压接管内抽出，或者外层铝股断裂、钢芯抽出，或整根线拉断，如果导线拉断脱落，则最终的不平衡冲击荷载和两相邻档之间的残余荷载会大大增加，发生顺线倒杆事故。    近十多年来，我国发生了多起覆冰引起的杆塔倒塌或变形、导线断股、绝缘子金具损坏等事故。输电线路发生冰害事故时，由于天气恶劣，冰雪封路封山，交通受阻，进行抢修往往很困难，因此经常造成系统长时间停电。    2．导线舞动    在冬季，当水平方向的风吹到因覆冰而变为非圆截面的导线上时，将产生一定的空气动力，由此会诱发导线产生一种低频率(0.1～3Hz)、大振幅（可达10m以上）的自激振动，是较高风速引起的覆冰导线的驰振，称为舞动。舞动是一种空气动力不稳定现象，舞动的形成主要取决于三方面的因素，即覆冰、风的激励和输电线路的结构及参数。    输电线路的微风振动与舞动虽然同属于导线振动，但它们的性质却全然不同。导线微风振动是一种受迫振动，引发振动的风速在0.5～10m/s范围内，其振幅一般不大于导线直径的2～3倍，频率范围为3～120Hz，持续时间较长，一般为数小时，有时可达数天。微风振动的主要危害是造成导线的疲劳断股、金具和杆塔构件的疲劳破坏和磨损，其防治方法已经比较成熟，应用最为广泛的就是防振锤。防振锤是一个用钢绞线作为弹性元件，悬挂几个重锤而形成的振动系统，实质上是一个动力减振器，挂在导线上吸取微风振动能量。驰振是非圆截面构件在风激励下产生的一种自激振动，导线舞动是对输电线路导线驰振的一个表现。    线路舞动通常包括三种形态：①横向振动，包括垂直与水平两个方向的振动；②档间弧垂导线绕两端固定点的摆动；③导线绕其自身轴线（分裂导线为其分裂圆的中心线）的扭转振动。在以上振动中，以横向与扭转振动为主，它们之间还存在惯性耦合与空气动力耦合关系，并且常常是由于这种耦合而诱发舞动。导线舞动的能量是非常巨大的，远非微风振动可比，可引起导线破断、金具破坏、线塔损坏等重大故障。    3．绝缘子冰闪    污秽较重的空气环境中易发生冰闪跳闸。雨凇时大气中的污秽伴随冻雨沉积在绝缘子表面形成覆冰并逐渐加重，在绝缘子伞裙间形成冰桥，一旦天气转暖则在冰桥表面形成高电导率(现场实测曾高达300μS/cm)的融冰水膜。同时杆塔横担上流下的融冰水可直接降低绝缘子串的绝缘性能。融冰过程中局部出现的空气间隙使沿串电压分布极不均匀，导致局部首先起弧并沿冰桥发展成贯穿性闪络。绝缘子覆冰过厚完全形成冰柱时，绝缘子串爬距大大减少；融冰时冰柱表面沿串形成贯通型水膜，耐压水平降低导致沿冰柱贯通性闪络。在超特高压线路覆冰故障类型中，绝缘子冰闪是发生最频繁的事故之一。冰闪受绝缘子表面的污秽程度影响，空气中悬浮尘埃和绝缘子表面的积污加大了覆冰水电导率，使得沿绝缘子串的电压分布极不均匀，导致绝缘子闪络电压降低。对绝缘子覆冰引起的闪络事故应给予足够的重视。    线路绝缘子冰闪故障点查找较为困难，因为在故障点查找时线路绝缘子往往伴有覆冰，且特高压线路杆塔较高，所以应在线路融冰后及时进行故障点的查找，如图5-6～图5-8所示。
    图5-6    冰闪故障瓷质绝缘子闪络点
    图5-7    特高压绝缘子覆冰图片
    图5-8    冰闪故障线路导线闪络点