2襄樊地区超高压线路故障分析及治理对.docx
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2襄樊地区超高压线路故障分析及治理对
目录
第1章绪论1
1.1超高压线路的发展现状1
1.2超高压架空输电线路故障及其影响2
1.3选题依据和意义3
1.4选题依据和意义4
第2章襄樊地区特高压线路雷击故障分析6
2.1双白线故障跳闸6
2.1葛双二回故障跳闸8
2.3三江一回故障跳闸11
2.4葛双二回故障跳闸14
2.5雷击跳闸原因分析17
2.6雷击跳闸防治措施17
第3章襄樊地区特高压线路风偏故障分析19
3.1导线对杆塔风偏时安全距离不足导致放电跳闸19
3.2风偏放电原因分析20
3.3风偏放电防治措施21
第4章襄樊地区特高压线路覆冰故障分析22
4.1双樊线故障跳闸22
4.2斗樊线冰闪跳闸24
4.3葛双二回冰闪跳闸26
4.4覆冰跳闸原因分析29
4.5防治措施30
第5章襄樊地区特高压线路鸟害故障分析32
5.1葛双二回故障跳闸
（1）32
5.2葛双二回故障跳闸
（2）33
5.3鸟害跳闸原因分析35
5.4防治措施36
第6章襄樊地区特高压线路污闪故障分析37
6.1樊白一回故障跳闸37
6.2污闪跳闸原因分析39
6.3防治措施39
第7章襄樊地区超高压线路故障治理对策41
7.1防雷击跳闸41
7.2防风偏闪络46
7.3防覆冰跳闸47
7.4防鸟害跳闸53
7.5防污秽闪络55
7.6外力破坏57
第8章结论60
参考文献61
附录：
攻读工程硕士学位期间发表的部分科研成果63
致谢64
第1章绪论
1.1超高压线路的发展现状
电力是一种便于集中、传输、分散、控制和转换成其他形式的能源，它的利用已遍及国民经济和人民生活的各个方面，成为现代社会的必需品。
同时，电力又是使用方便、清洁的能源。
因此，世界各国都尽可能地将各种能源转换成电能再加以利用，例如：
美国的发电能源消耗量占一次能源消耗总量的比重已经超过50％。
自从20世纪初发明三相交流输电以来，输电技术朝着高电压、大容量、远距离的目标不断进步，20世纪后半叶发展更加迅速。
1952年瑞典首先采用380kV输电电压，1954年美国354kV线路投运，1956年前苏联建成伏尔加河水电站至莫斯科的400kV线路并于1959年升压到500kV。
进入60年代欧洲各国普遍采用380kV级输电电压，北美和日本则建设大量500kV线路。
以后加拿大、前苏联和美国又相继建成一批735－765kV线路。
亚洲、非洲、拉丁美洲和大洋洲许多国家都建设了330-500kV线路。
300-750kV超高压（EHV）线路已在各国主干电网和国际互联网中广泛采用。
在交流超高压发展的同时，高压直流（HVDC）输电技术也进入工程实用阶段。
1962年前苏联建成±400kV工业性试验线路，随后又建设±750kV长距离直流线路；1970年美国第一条±400kV直流线路建成，1985年升压到±500kV；加拿大于1990年建成全750kV级直流线路并向美国延伸。
巴西伊泰普水电站也用±600kV直流线路送出。
欧洲、非洲、日本、印度、新西兰等地区和国家的直流线路也相继投入运行。
70年代，欧、美各国对交流1000kV级特高压（UHV）输电技术进行了大量研究开发，1985年前苏联建成第一条1150kV工业性线路，日本也在90年代初建成1000kV线路。
此外，多端直流输电线路、高自然功率的紧凑型线路以及灵活交流输电（FACTS）等多种多样输电新技术的研究也取得很大进展，有的已进入工程实践。
1949年以来，我国的输电线路工程技术也得到了长足的发展。
随着电源建设的发展，特别是大型水电工程的建设，输电网电压等级逐步提高，电网规模不断扩大。
目前，我国正运行着世界上最高电压等级（1000kV）的输电线路和系统总容量达6亿kVA的大型互联电网，互联的6大区域电网中，有3大区域电网的系统容量超过1亿kVA。
我国输电线路发展历程中的重大事件有：
（1）1954年，新中国首条220kV高压线路─松（丰满）东（虎万台）李（石寨）线投入运行；
（2）1972年我国第一条330kV超高压输电线路─刘天关线（刘家峡─天水─关中）投入运行；
（3）1981年我国第一条500kV超高压输电线路─平武线（平顶山─武汉）投入运行；
（4）1990年我国第一条±500kV超高压直流输电线路─葛上线（葛洲坝─上海）投入双极运行；
（5）1999年我国第一条500kV紧凑型输电线路─昌房线（昌平─房山）投入运行；
（6）2005年我国第一条750kV超高压交流示范工程在西北电网投入运行；
（7）2009年我国第一条1000kV特高压交流试验示范工程（晋东南─南阳─荆门）正式投入商业运行；
（8）2006年世界首条±800kV云南─广东特高压直流输电工程开工兴建，并于2009年12月单极试运行成功；
（9）2007年和2009年向家坝─上海和锦屏─苏南两条±800kV特高压直流线路分别开工兴建。
截止到2008年底，我国500kV及以上输电线路总长度已超过10万公里，变电容量5.3亿kVA；已投运的直流输电工程9项，直流输电线路总长度和输送能力均居世界第一位。
交、直流输电技术的发展为大电网的建设以及实现“西电东送”和全国联网发挥了重要作用。
从1990年±500kV葛上线投运实现华中和华东两大区域电网的非同期互联，到2001年东北和华北电网通过500kV交流线路实现同步互联；从2004年和2005年，三广直流工程（三峡─广东）和灵宝“背靠背”工程的分别投运实现了华中与南方电网，以及西北与华中电网的非同期互联，到2009年华北电网与华中电网通过1000kV特高压交流线路实现互联，全国联网的格局基本形成。
全国联网对优化资源配置的作用日益明显。
全国跨区资源配置的电量由2000年的23亿kw·h增加到2005年的773.8亿kw·h，2008年跨区配置电量达到了2402.9亿kw·h。
1.2超高压架空输电线路故障及其影响
我国500kV超高压输电网自1982年1月13日我国第一条平（平顶山）武（武昌）线投产以来，已运行27年。
此间，我国又有许多500kV输电线路投入运行，而且±500kV直流葛南线也于1989年9月17日正式投运。
这些跨省、地区的大电网联合运行，对提高供电能力和可靠性提供了强有力的保证。
但是，电网结构仍很薄弱，电网的优化配置仍需加强，电网建设的步伐与经济发展对电能的需求仍然存在一定的矛盾。
由于我们过去存在重视电源建设，忽视电网建设的思想，使得我们的电网建设相对滞后，而500kV超高压输电线路的安全运行，直接关系到系统的安全稳定运行，因此努力提高主网线路的运行质量，尽量减少因线路故障引起的电网事故在当前具有现实的意义。
对于电力系统而言，低电压等级的线路故障因为其供电范围小，输送的容量小，发生故障时只会影响局部地区的供电，对系统的冲击也较小，恢复送电的难度也较小，而500kV输电线路一旦出现故障，不仅会造成大面积的停电，而且会对系统的稳定带来威胁，引起系统振荡，导致切机切负荷，基至在系统调节裕度较小或变电设备动作不正确时，会引起整个电网的瓦解和崩溃。
超高压输电线路一般来说出现故障的机率比其它低电压等级线路要低，因为杆塔、导地线、金具的设计强度较高，导线对地的距离较高，线路抵御自然灾害的能力也比低电压等级线路要强，但是，由于超高压线路出现故障时，对系统的影响太大，因而受关注的程度却更高，对故障的考核更严。
运行经验表明，目前电力系统各个电压等级的线路故障以单相接地为主，约占65%，两相短路占20%，两相短路接地故障占10%，其它占5%。
对于超高压线路来说，因其故障机率相对较小，相间距离较大，继电保护动准确率高，单相接地故障所占的比例更大，约占98%以上。
因此，超高压线路的故障治理主要以防单相接地故障为主。
超高压线路出现故障时，除了对系统的安全和稳定带来危害以外，还会对输电设备造成伤害，超高压线路的故障电流一般达到几十千安以上，并且伴有强烈的放电和巨响，对故障电流入地点影响较大，线路设备的绝缘子或导线会受到灼伤，变电一次设备在动作时也会受到强电流的考验。
超高压输电线路运行管理的一项重要指标是故障跳闸率。
目前，各级电网运行企业都在通过各种技术监督和设备改造措施来降低线路的故障跳闸率，尤其是针对500kV超高压系统，提出了较高的控制目标，以湖北省电力公司为例，500kV输电线路的年事故率考核指标为0.143次每百公里年。
发生故障跳闸的原因分为：
1）雷击、雾、冰、舞动、大风等自然现象；2）绝缘导地线、金具、杆塔、基础等设备的破坏；3）树木、火灾及人为破坏等外力因素；4）系统原因；5）继电保护；6）其他。
由于输电线路长期运行在野外，线路经过的特殊区段较多，特别是一些微气条件区，往往超出了线路的设防水平，而有的线路在投运不久后，各种设计中考虑不全的问题必然引起一轮线路故障的高发时段，加上沿线群众对超高压线路的放电机理了解不多，各种交叉作业施工引发的线路故障也会经常出现。
1.3选题依据和意义
襄樊位于湖北省西北部，汉水中游，为襄阳与樊城的合称，现辖襄阳、南漳、保康、谷城四县和枣阳、老河口、宜城3个县级市。
总面积1.98万平方公里。
襄樊市呈不规则的正方形，属于我国地形的第二阶梯向第三阶梯过渡地带。
西部为荆山山脉放武当山余脉的山区，东部为大洪山和桐柏山之间的低山丘陵区，北部地处武当山、桐柏山之间，素称“鄂北岗地”，汉水流域及南部地区为较开阔的冲积平原。
全区属亚热带季风气候，年均气温15—16℃，年降水量1000mm左右，具有我国南北过渡型的气候特征。
据统计，引起襄樊地区超高压输电线路故障的主要原应有雷击、冰害、鸟害、污闪、风偏距离不足、外力破坏等。
襄樊地区超高压线路在2004年共发生故障跳闸10次，2005年1—5月发生故障跳闸3次，合计13次，按故障原因分类如图1.1所示。
图1.12004-2005年襄樊地区超高压线路故障原因统计
经过现场的查证，这些故障的故障点都得到了确认，这些故障的影响之大，破坏性之严重，发生的机率之高，是以往多年的运行过程中前所未有的，成为了全国电力行业关注的焦点，如果不能准确地分析故障发生的原因，并采取治理措施，这些问题还将会继续威胁设备的安全运行。
雷击故障是输电线路的多发故障，也是多年来困扰线路正常运行的一道难题，如果能够准确地查找到雷电易击的杆塔和地段，并采取针对性的治理措施，无疑可以大大的降低线路跳闸率。
目前随着高电压领域的研究不断深入，一系列防雷理论和措施也在不断丰富，如果能够通过具体的分析和治理工作，降低雷电故障机率，将对超高压线的防雷工作积累宝贵的实践经验。
由于襄樊地区的线路环境较复杂，近几年来局部的大风和强降雪对线路运行带来了极大的危害，特别是风偏和冰闪故障常常造成线路停运，这对电网的稳定运行十分不利，如果不能进行专项治理，这些隐患随时会酿成大的电网事故，所以开展防风偏及防冰治理工作迫在眉睫，不容我们回避。
本课题所要解决的问题，就是要首先分析超高压线路因自然灾害引起故障的机理，找出综合治理的工作思路；掌握现场的故障特点，分析典型故障发生的具体原因，找出治理的工作重点和方向；通过收集和对比国内外先进的治理手段，提出针对性的治理措施；拟定详细的治理方案，开展现场的设备整改工作；最后要通过一段时间的运行实践，检查治理工作取得的成效，总结治理工作取得的经验，指导今后的线路故障预防工作。
1.4选题依据和意义
国内外对于超高压线路故障的研究较多集中在确定故障点和故障后迅速恢复等方面,针超高压线路的故障原应及预防措施的研究相对较少，而其中又对雷击故障和风偏故障的分析案例较多，对于鸟害和冰闪故障的介绍比较少，对于某一地区各种故障综合分析也很少见。
对于线路故障的治理工作，国内文献只是针对具体的单一故障进行处理，没有故障综合治理的介绍，对于大规模的故障治理少有可供借鉴的经验。
线路防风偏方面主要是针对绝缘子串对杆塔之间的研究，没有对动态交叉跨越的分析，对于特殊地形条件下的风偏故障认识不足。
在防雷方面的研究以武汉高压研究所为代表，有一系列理论文献可供借鉴，而且研发了一系列防雷的新设备、新技术，如可控避雷针、线路避雷器等，国网公司内部也正开展防绕击避雷针的研发和运用工作，目前超高压线路防雷的研究主要是针对防绕击雷。
统计资料表明，由于鸟类活动引起的线路故障仅次于雷害和外力破坏，占线路故障总数的第3位。
目前通过模拟试验的对照，基本弄清了鸟粪闪络的机理。
但是对鸟类啄损复合绝缘子的规律、鸟害与故障相别关系和鸟害与绝缘子串型关系等问题还有待进一步研究。
在防冰闪故障方面，以重庆大学为代表，对冰闪的机理研究较为可信，实验数据充分，由于超高压线路在建成以后受各种条件下空气间隙的限制，不可能随意进行绝缘改造，因此防冰闪的工作尚处于探索阶段，一些防冰闪的措施需要通过试运行来验证。
在解决现场的故障时，目前只能依靠现有的设计规程和教学参考书作为理论基础，结合现场的具体情况进行专项分析，所以在超高压线路故障治理工作中，要通过自己的分析寻求解决的方法和思路，再通过设计单位进行专业的校核，才能确保故障治理的针对性和有效性。
第2章襄樊地区特高压线路雷击故障分析
雷击是引发超高压线路跳闸的主要原因之一，2005年全国500kV交流线路发生雷击跳闸63次、±500kV直流线路3次。
从线路气候环境分析，雷电作用下输电线路出现一定的雷击跳闸难以避免。
每一地区一般有一定的雷电活动周期和规律，在高山、丘陵、江河湖泊纵横，地形复杂的地区易形成雷云、暴雨天气，在这些线路区段会出现易雷击区、易雷击带和易雷击点。
如在该区段无有效防雷措施，则可能多发雷击跳闸故障。
从线路地理环境分析，部分地区土壤电阻率高，杆塔接地电阻偏大易引起反击跳闸；山区线路导线易遭受雷电绕击，山坡倾角使导线的暴露弧面增大，增加了雷电绕击的概率，特别是对500kV线路，雷电绕击己成为雷击跳闸的主要影响因素。
2.1双白线故障跳闸
2004年3月19日500kV双白线B相于19日22时34分59秒故障跳闸，重合成功，双河变测距故障点范围为70～76.5km。
图2.1双白线#199塔15米右相#4子导线放电痕迹
在故障点查找时，检查人员发现距199#15米处导线有放电痕迹，同时发现导线放电点的正上方地线上也有明显的放电痕迹、199#、198#地线间隙有明显的放电痕迹（图2.2～2.4），故确认该处为故障点。
杆塔基本信息见表2.1。
图2.2双白线#199塔右地线烧蚀点
图2.3双白线#199塔右侧地线绝缘子金具
图2.4双白线#199塔右侧地线绝缘子金具
表2.1线路基本参数
线名
双白线
杆号
199
塔型
ZJ2-27
转角
右3°20′23″
垂直档距
437
水平档距
457/429
地貌地形
丘陵
地质特征
耕地
相邻杆塔塔型
ZBK-60/ZV1-30
避雷线保护角
≤15度
接地电阻
设计
C1:
10Ω
实测
0.7Ω
绝缘子
型号
05:
LXY3-160x14+LXHY3-160x14
串数
1
长度
4.34米
污区级别
3
导线型号
LGJQ-300
放电点导地线间距
10.5m
进一步调查显示故障时当地雷电活动明显，雷电定位系统查询结果显示雷电流为-122kA（见图2.5）。
图2.5双白线雷电定位系统查询结果报表
查询时间:
2004-07-29；
查询时段:
2004-03-1922:
33:
002004-03-1922:
35:
00；
操作对象:
线路\湖北\超高压局\500\双白线；
查询半径:
1公里；
故障时间:
2004-03-1922:
34:
59
通过对故障表象的分析，可以初步判断该次B相故障跳闸为雷击所致（可能为-37KA雷绕击导线造成导地线间闪络）。
2.1葛双二回故障跳闸
2004年7月9日16时32分31秒500KV葛双二回C相发生故障跳闸，重合成功。
双河变电站测距故障点为124.8km（线路全长124.035kM）、葛洲坝大江开关站测距故障点为1.6km，对应线路运行塔号为1#附近。
经故障巡视发现1#塔引下线与塔身间和左架空地线绝缘子螺栓有放电痕迹，同时发现在葛双二回3#塔左相小号侧水平绝缘子串#1串上有明显的沿面闪络击穿痕迹、地线间隙对塔身的放电痕迹，在5#塔左相绝缘子串上也发现明显的沿面闪络击穿痕迹，在3#、5#塔的左架空地线金具上也发现新鲜的放电痕迹，故确认这两点是故障点（图2.6～2.9）。
线路基本信息见表2.2和2.3。
图2.6葛双二回3#塔#1水平绝缘子串闪络及屏蔽环上的放电痕迹
图2.7葛双二回3#塔#1水平绝缘子串闪络放电痕迹（横担第一片）
图2.8葛双二回3#塔架空地线与塔身间的放电痕迹
图2.9葛双二回#5塔左相绝缘子串闪络放电痕迹（横担第一片）
表2.2葛双二回3#线路基本参数
线名
葛双二回
杆号
3
塔型
J2-27
转角
右47度54分
垂直档距
675
水平档距
703/607
地貌地形
山区
地质特征
岩石
相邻杆塔塔型
G2-36/G3-29-3
避雷线保护角
≤15度
接地电阻
设计
T3：
20Ω
实测
9.0/9.3Ω
绝缘子
型号
11:
XP3-16x27
串数
4
长度
6.695米
污区级别
1
导线型号
LGJQ-400
（1）
天气情况
雷雨大风，局部冰雹暴雨
爬距（CM/KV）2.40
2.01
风速（M/S）
24
表2.3葛双二回5#线路基本参数
线名
葛双二回
杆号
5
塔型
G1-24
转角
0
垂直档距
170
水平档距
159/197
地貌地形
山区
地质特征
岩石
相邻杆塔塔型
G3-29-3/K-27
避雷线保护角
≤15度
接地电阻
设计
T3：
20Ω
实测
9.0/9.3Ω
绝缘子
型号
01：
XP-21x25
串数
1
长度
4.504米
污区级别
1
导线型号
LGJQ-400
（1）
7月9日湖北省雷电定位系统查询纪录雷电流为289kA（见图2.10）。
图2.10葛双二回雷电定位系统查询结果报表
查询时间:
2004-07-29
查询时段:
2004-07-0916:
31:
002004-07-0916:
33:
00
操作对象:
线路\湖北\超高压局\500\葛双二回
查询半径:
1公里
故障时间:
2004-07-0916:
32:
31
通过对故障表象的分析，可以初步判断3#塔左相小号侧#1耐张水平串绝缘子，5#塔左相绝缘子沿面闪络击穿，可以判断因雷击引起3#、5#塔的绝缘子闪络。
2.3三江一回故障跳闸
2004年07月31日21时32分20秒，500kV三江一回线C相故障跳闸,重合成功。
保护测距为距江陵站4.9km。
8月1日经故障巡视发现三江一回#273塔右相（C相）绝缘子有明显的放电痕迹（图2.11～2.13），并经附近村民证实确有打雷声和爆响声，时间基本与跳闸时间吻合，故确认该处为故障点。
线路基本信息见表2.4。
图2.11三江一回#273塔#4腿接地引下线上很不明显的放电痕迹
图2.12三江一回#273塔右相第一片绝缘子上明显的放电痕迹
图2.13三江一回#273塔右相#子导线上明显的放电痕迹
表2.4线路基本参数
线名
三江一回
杆号
273
塔型
ZBV-27
转角
0
垂直档距
335
水平档距
265/388
地貌地形
丘陵
地质特征
耕地
相邻杆塔塔型
ZBV-27/GJ1-27
避雷线保护角
≤15度
接地电阻
设计
C1S:
10Ω
实测
0.6/0.6/0.6/0.6Ω
绝缘子
型号
LXHY3-160x28
串数
1
长度
4.34米
风偏角设计
按过电压净距不小于：
工频1.2米，内过电压2.5米，外过电压3.3米设计
导线型号
LGJ-500/45
273#塔（塔型为ZBV-27）C相雷电跳闸，雷电流为-18.8kA、实测273#塔接地点的接地电阻分别为0.6/0.6/0.6/0.6欧，架空地线全线分段绝缘。
经技术人员现场查验，结合湖北省雷电观测系统查询结果（图2.14），分析认为约-19KA雷绕击C相（右相）所致。
图2.14雷电定位系统查询结果报表
查询时间:
2004-08-01
查询时段:
2004-07-3121:
30:
002004-07-3121:
34:
00
操作对象:
线路\湖北\超高压局\500\三江一回
查询半径:
1公里
故障时间:
2004-07-3121:
32:
20
查询时间:
2004-08-01
2.4葛双二回故障跳闸
2005年4月29日23时36分,500KV葛双二回C相故障跳闸，重合成功。
双河变电站测距故障点为8.3kM（线路全长124.035kM），具体对应线路运行塔号为#261附近。
巡线人员对塔号为#243—#282段进行地面巡视和沿线村民调查，并安排带电检修队登杆检查#250—#270；大约9点，分局人员发现葛双二回#261塔左侧的接地引下线与塔身间有明显的放电痕迹；进而登杆检查发现左相（C相）小号侧水平绝缘子串#2、#3串上有明显的绝缘子闪络放电痕迹，两个屏蔽环近塔侧上也有新鲜的放电点（见图2.15～2.17）。
#261塔距离双河变电站距离8.347kM，通过调查当地村民及荆门市气象局的资料，当时当地的气候特点、跳闸时间和测距等条件与跳闸故障点是吻合的，因此确认#261塔即是该次故障点。
图2.15葛双二回#261小号侧左相#2、#3绝缘子串上的放电痕迹（放落地面后）
图2.16葛双二回#261塔引下线与塔身间的放电痕迹
图2.17葛双二回#261小号侧左相#2、#3绝缘子串及地线绝缘子上的放电痕迹
#261塔为耐张塔J2-21，水平绝缘子为4串XP3-16型27片。
经测量，#261塔的接地电阻为1.5/1.8欧姆，均合格，测量值都在设计值以内；测量#2、#3串分布电压，无任何异常情况。
雷电定位系统查询结果如图2.19。
图2.19雷电定位系统查询结果
查询时段:
2005-04-2923:
34:
002005-04-2923:
36:
00
操作对象:
线路\湖北\超高压局\500\葛双二回
查询半径:
1公里
故障时间:
2005-04-2923:
36
通过对故障表象的分析，可以初步判断：
在29日的雷雨天气中，有一雷电（雷电定位系统显示为-6.1KA，落雷点刚好在#261附近）绕击在葛双二回C相#261塔的小号侧导线屏蔽环上，引起该相电压的突然升高，其中#261塔水平绝缘子#2、#3串因承受不了高电压的作用而发生闪络击穿，引起故障跳闸；而且闪络自导线侧发生，由于雨水冲刷污秽物落至下侧串，加上集污的不均匀性、雨量风力的不均衡、不稳定性，闪络通道在#2、#3串之间发生跳转，出现#3串自导线侧闪络12片（16-27片）、#2串闪络15片（1-15片）。
由于绝缘子的闪络击穿属于瞬间可恢复性的绝缘击穿，因此重合闸能够成功。
雷击发生在C相屏蔽环上，雷电流较小，#260—#261档C相处于山坡地的下坡方向，符合绕击雷
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