输电线路论文

输电线路论文 序号(学号): 毕 业 论 文 武胜架空输电线路现状及常见故障 姓 名 杨炯 工作单位 四川武胜供电有限责任公司 专 业 电气工程及其自动化 班 级 指导教师 12 20 2010 年 月 日 武胜架空输电线路现状及常见故障分析 摘要:目前由架空输电线路构成的武胜输电网络还比较薄弱，受各类外部因素影响大，发生故障的几率大， 线路维护运行人员必须对线路和周边环境有充分的了解，掌握线路状况，了解各种故障发生的几率和原因，才有可能减少线路故障跳闸等情况发生，保证武胜输电网络的坚强。 一、武胜架空输电线路概述 电力线路是电力系统的组成部分，担负着输送和分配电能的任务。根据输送距离和输送容量的大小，输电线路采用不同的电压等级。武胜电网采用的电压等级由低向高分别是0.38、10、35、110千伏共4个电压等级。 这里主要分析35千伏及以上的线路。目前武胜管辖的架空输电线路主要按照电压等级、输送介质和所属分区进行分块管理，大体上划分为主网输电线路和农网输电线路。 输电线路位于野外，受各类外部因素影响巨大，同时因设备众多，发生故障的机率相对变电设备而言更加频繁。 2010年武胜供电公司所辖110kV线路6条，35kV线路8条。 关东线110东西关水电站110kV南充东变电站16.8关荆东线110东西关水电站110kV河东变电站16.8关荆西线110东西关水电站110kV河东变电站16.8关沿线110东西关水电站110kV沿口变电站18.6关龙线110东西关水电站110kV龙女变电站10.532龙东线110110kV龙女变电站110kV南充东变电站29.75沿中线35110kV沿口变电站35kV中心变电站12.1沿飞线35110kV沿口变电站35kV飞龙变电站11沿万线35110kV沿口变电站35kV万善变电站18.4沿乐线35110kV沿口变电站35kV乐善变电站11.5乐固线3535kV乐善变电站乐渡水泥厂22.9龙万线35110kV龙女变电站35kV万善变电站6.9万烈线3535kV万善变电站35kV烈面变电站20.52龙烈线35110kV龙女变电站35kV烈面变电站26.87 合计239.472 线路总长度239.472km; 武胜电网主网输电线路整体特点是:线路条数多、平均长度短，设备状况相对较差，锈 蚀、老化情况严重，外力破坏频繁。110kV龙东线投运已经38年，其他线路平均15年左右。 二、武胜架空输电线路设备构成 输电线路相对于变电设备而言较为简单，构成也较为单一。按照设备状态检修规定，输电线路主要划分为7个单位+1个环境，7个单元分别是杆塔、导地线、绝缘子、金具、杆塔基础、接地装置、附属设施，一个环境是指通道环境。 (一)杆塔 杆塔从材质上主要分为铁塔和钢筋混凝土杆，当然也有钢管塔和水泥塔，主要用于大型跨越如跨江等情况下。杆塔主要用来支撑导、地线及其附件，并使导地线、杆塔之间，以及导线和地面及交叉跨越物或其他建筑物之间保持一定的安全距离。从杆塔型式和受力上主要划分为直线杆塔、耐张杆塔、转角杆塔和终端杆塔四种。耐张杆塔能承受较大的导线张力差，同时能够承受导线对杆塔的断线张力。转角杆塔主要用于线路转角处，允许受力小于耐张杆塔，终端杆塔用于线路首、末端，或电缆线路与架空线路的分界处，允许受力大于耐张杆塔，转角与终端杆塔从型式和受力上类似于耐张杆塔，转角杆塔承受垂直线路方向水平力，还承受导线张力引起的角度合力，终端杆塔能承受单侧导线张力。直线杆塔是位于两承力塔之间的中间杆塔，正常情况下不承受导线的张力，仅承受导地线及相关金具、附属设施的垂直地表方向的重力和风引起的垂直线路方向的水平力。杆塔与杆塔之间的距离称为档距，档距的大小主要取决于地形，杆塔形式，气象条件等多种复杂因素，一般情况下，以武胜电网线路为例，110千伏线路平均档距在500米左右，35千伏线路档距在250米左右。当然受到地形影响，如在山区，跨越大沟等地形条件下，档距也有超过1000米的，在平原地区环境条件较好的情况下，档距也会适当加大。直线塔与耐张塔的比例一般在4-5:1左右，这主要取决于受地形及外部环境影响下的线路的曲折程度。 (二)导地线 导、地线主要指承载电流的导线和主要起避雷作用的地线。导线的正式名称是钢芯铝绞线，地线的正式名称是钢绞线。目前武胜电网输电线路采用的导线型号主要为LGJ-175和LGJ-120。L代表铝线，G代表钢线，J代表绞合，后面的数字代表截面。根据导线额定载流量，一般情况下，35及110千伏线路采用每相1根导线的方式，220千伏线路采用每相2根导线的方式，双称为分裂导线，500千伏线路采用每相4根导线的方式，1000千伏特高压线路采用每相8根导线的方式。地线型号主要为GJ-35、GJ-50和GJ-70，分别用在35千伏，110-220千伏和500千伏线路上，同时目前架设的光缆也起到地线的作用，其结构外层为铝线，内层为钢线和光缆纤芯，光缆作为地线使用必须与另一侧的铝包钢配合使用。按照设计规程要求， 一般35千伏线路使用单根地线，极重要的35千伏线路和110千伏及以上线路采用双根地线作为最主要的防雷设施。 (三)绝缘子 绝缘子是线路绝缘的主要元件，用来隔离导线使之与杆塔绝缘。高压输电线路上使用的主要是悬式绝缘子，在10千伏和部分35千伏线路上也使用针式绝缘子和瓷横担绝缘子。悬式绝缘子主要分为瓷质绝缘子、玻璃绝缘子和复合绝缘子三大类。目前武胜电网输电线路上，耐张杆塔主要使用瓷质绝缘子和玻璃绝缘子，直线塔主要使用复合绝缘子。其使用地点的区别主要受承力的不同进行划分。目前，为加强线路的防污闪工作，绝缘子厂家研制出了复合瓷绝缘子，结构和瓷质、玻璃绝缘子相同，但伞群采用复合材料。 (四)金具 输电线路金具主要起支持、固定、接续导地线的作用，是连接导线与绝缘子、绝缘子与杆塔以及地线与杆塔的重要部件，种类非常繁多，从大类上分主要有线夹、连接金具、接续金具、保护金具。线夹用于连接导线与绝缘子串;连接金具用于绝缘子之间的连接，形成绝缘子串;接续金具用于连接导线及跳线;保护金具主要起到均压、防振等作用。在此不一一介绍。 (五)杆塔基础 杆塔基础是将杆塔固定在地面上，保证杆塔不发生倾斜、倒塌、下沉。铁塔基础一般为现浇混凝土构成，每个塔脚均有自己独立的基础，钢筋混凝土杆一般使用底盘和卡盘对杆体进行固定。 (六)接地装置 接地装置主要是为了导泄雷电流入地，以保持线路有一定的耐雷水平。工频接地电阻是标明接地装置良好性的主要指标，其电阻值的大小与当地的土壤电阻率关系很大。按照线路设计规程规定，土壤电阻率在100Ω?m及以下时，工频接地电阻要求小于10Ω，100-500Ω?m时，接地电阻在15Ω以下，500-1000Ω?m时，小于20Ω，1000-2000Ω?m时，小于25Ω，2000以上为30Ω，同时如果土壤电阻率很高时，同时接地线已敷设6-8根，总长不超过500米的放射形接地体或连续伸长接地体，接地电阻可不受限值。 (七)附属设施 线路附属设施主要包括线路杆塔及名称的识别标牌，如杆号牌、警示牌、防误登杆塔牌等;辅助防雷设施，如线路避雷器、防绕击侧针、消雷器等;防鸟设施，如鸟刺等;线路状态在线监测装置，如杆塔倾斜在线监测设备、绝缘子盐密在线监测设备、线路视频在线监测 设备等等十余种;杆塔爬梯及防坠落装置，工作人员攀登上塔使用;附属通信设施，如ADSS，以及光缆的接头盒等。 (八)通道环境 通道环境是影响线路运行安全的首要因素，主要指线下及周边因素与导线之间是否能够保证安全距离，如线下建房、等人员作业与机械施工，均极易引发碰线导致线路掉闸。其余还包括杆塔基础周围的地质情况、线路个别区段所处的微气象区、重污秽区、雷害区、覆冰区、舞动区等。 三、武胜架空输电线路常见故障类型 输电线路常见故障可以分为设备类和环境类。设备类故障按照严重程度划分为倒塔、断线、绝缘子掉串、绝缘子污闪、导线风偏等等，环境类故障按照出现的频繁次数划分为外力破坏、雷击、鸟害等。上面的划分也仅是从大的方面进行，往往设备、环境之间的因素互相交织，互相作用，较为复杂，需具体问具体分析，以下仅作大致介绍。 (一)倒塔、断线 引起倒塔、断线的原因很多，发生的机率非常小，因其恢复和故障抢修难度大，时间长，因此对线路供电和安全造成极大影响。从省内线路倒塔、断线的历史故障来看，地质原因引起的倒塔断线较多。同时，采空区塌陷对于线路威胁也非常大，矿产丰富地区，开采活动频繁，加之管理复杂，在线路下方地表以下开采后造成地面整体塌陷的情况时有发生，甚至在线路设计之初，就存在很多难以绕开的已开采或开采区域，当地表塌陷涉及到杆塔基础的稳固时，就极易引发杆塔倾斜，甚至是倒塔断线。另外，省内也曾经发生过在线路投运后很短时间内，因验收工作不严格，铁塔基础地脚螺栓水泥保护层未制作，造成地脚螺栓丢失，引发倒塔断线的严重事故。 (二)绝缘子掉串 掉串事故对于线路而言也会形成较大危害，抢修时间较长，影响也较为巨大。形成掉串的原因主要以绝缘子型式划分，对于用在耐张杆塔上的瓷质绝缘子，往往因为一串绝缘子上的单片或多片绝缘子低零值后，因其自身机电强度不足引发脱落、断裂造成。对于多用于直线杆塔上的复合绝缘子而言，多由于早期绝缘子芯棒自身质量问题、绝缘护套与芯棒密封不严造成自身机械强度下降，以及在高压端受到强电场电腐蚀造成芯棒断裂，引发掉串。另外，复合绝缘子芯棒端部与连接金具的结构形式也是造成掉串的主要原因，如早期的芯棒与自身连接金具采用插入外楔式结构，在国内及省内曾发生多起掉串事故，目前已不再使用，目前复合绝缘子以内楔式以及内外楔式为主。 (三)绝缘子污闪 绝缘子污闪是造成电网大面积停电的主要原因，国内外均发生过因绝缘子污闪造成电网大面积停电的事例。绝缘水平低是造成污闪的根本原因，大面积的污、湿条件是造成绝缘子污闪的直接原因。引起大面积的污、湿条件主要由自然环境生成，如大雾、小雨雪等。武胜生态环境较好，无采煤、炼焦、化工、水泥等高污染企业，同时因降水量较多，因此污闪事故不是武胜电网的主要故障。但在每年的11月份至来年的3月份间，武胜地区往往易发生持续大雾，此时气候严寒，绝缘子的及时清扫工作很难开展，长时间的干旱气候使绝缘子表面污秽严重，大雾及小雨雪使污秽得到充分湿润，造成沿面的污闪事故发生。同时因污秽及大雾、雨雪天气分布广泛，因此极易造成区域内多条线路的同时污闪，造成电网大面积停电事故。同时，线路人员以前一直认为污闪的形成过程是先有污后再湿，随之造成污闪，而在空气污秽极严重地区，随着雾霾的快速分布，污秽迅速积聚在绝缘表面，并同时呈湿润状态，随之很快发生污闪。这给人们的防污闪工作带来了很大的困惑，先积污，可以有时间清扫，而快速积污，几乎没有任何还手的余地。同时，在变电设备上也存在污闪的问题，同时，对于变电设备还存在雨闪、雪闪等问题，这是因为等径绝缘子造成的，目前采取加装增爬群等措施可以有效预防。防治污闪的对策:一方面是提高线路绝缘配置，另一方面[]是加大线路污秽监测力度，加强清扫。同时我们应该看到，无限制的提高绝缘水平也是不现实的，所以在合理提高绝缘水平的同时加大外绝缘复合化是防止大面积污闪的有效出路，目前采取的方式主要包括喷涂防污闪涂料和更换复合绝缘子工作，以此提高线路外绝缘复合化水平。 4.导线风偏 输电线路受风的影响非常大，风力对线路的作用力是线路设计中考虑的重要因素。但往往也因为设计的不合理，导致导线风偏故障的发生。导线风偏大致可分为两种，一种是导线自身在风力作用下，相与相之间发生不同步摆动，甚至是与相邻较近的线路或建筑物发生放电。另一种是杆塔上的导线跳线因预留弧度过大，导致跳线在风力作用下与塔身距离过近，击穿空气间隙放电。 另外，线路舞动是一种特殊的风偏，尤其易发生在大雪、冰雨造成导线覆冰后，在垂直线路方向(大于45度)风力小于4米/秒的条件下，导线产生纵向的波动，振幅可达几米。导线舞动对金具及导线本身的机械强度是一种很大的考验，极易在金具与导线的连接部位产生金属疲劳，轻者造成导线断股，严重的将产生断线危险。 5.外力破坏 外力破坏是造成输电线路掉闸的首要因素。主要有以下几种类型:机械碰线造成单相接 地、飘浮异物引起单相或相间短路、邻近高层建筑线材掉落引起短路等等，同时线下建房、植树等均对线路安全造成极大影响，防控手段主要是加强线下施工及大型机械作业(如塔吊、水泥泵车、吊车等)的监督,加强对沿线塑料大棚、高层建筑外表线材、线下树木的清理砍伐等。外力破坏是现在武胜架空输电线路面临最大的问题，随着新农村的建设加速，各区县乡村公路建设呈现热火朝天的场面，由于乡村公路建设选择路径时随意性较大，往往在线路杆塔间、拉线间行进，对杆塔、拉线的基础造成严重的破坏，形成重大安全隐患，而且一旦公路建设运行，对输电线路的安全威胁将长期存在。2009年至2010年期间共发生由于修建乡村公路而破坏输电线路接地、拉线、杆塔基础11起，造成直接经济损失达二十余万元，而造成损失的主要责任人一般都是村委会和施工方聘期的当地农民，为了搞好线路周边的和谐氛围，武胜公司往往都是放弃追究责任人的责任，自己承担损失。所以要求运行人员加强巡视，对发现修建公路影响线路的，必须及时制止，出具安全隐患告知书并报送当地安监部门。 6.雷击 雷击是造成线路掉闸的第二大因素，虽然线路有地线作为防雷的主要措施，但受到耐雷水平、防雷保护角、接地电阻的影响，加之线路杆塔往往在野外是最高的构筑物，往往成为雷击的首要目标。防雷措施主要有加装避雷器、防绕击侧针等。武胜是属于高雷区，在每年的6月至9月，平均每月的雷击上万次，而35kV线路有一部分未安装避雷器和地线，因此很容易造成雷击跳闸，或者击碎绝缘子等故障。 7.鸟害 对于高压输电线路而言，鸟害的成因并不在于鸟本身，而在于鸟粪，且往往发生在直线杆塔悬垂绝缘子串上。当大型鸟类站在直线绝缘子串上方邻近位置时，往往在起飞的瞬间进行排粪，鸟类粪便浓度较小，在空中逐渐拉伸，且因有各类杂质具有较好导电性，因延面放电电压要远小于直接击穿空气间歇的电压，当拉伸的鸟粪邻近绝缘子串时，将造成短接绝缘子串高低压端的空气间隙，造成闪络。 四、架空输电线路故障查找及查找要点 作为线路的运行部门最不愿听到或最头疼的莫过于接到调度部门“某线路跳闸”的通知,但输电线路固有的“点多、面广、线路长和运行条件恶劣”的特点,决定了线路运行部门时常要接到这样的电话。所以如何组织事故巡视?如何尽快找到故障点?如何尽快恢复供电，提高供电可靠性，就值得我们探讨。 (一) 准确的数据是故障定点的保障 为了提高故障的准确定位,在110kV及以上变电站大部分都装有电力系统故障动态记录 装置,即故障录波器。故障录波器的整定值要求其测距误差不大于5%,(或2km)且无判相错误,并能准确记录故障前后的电压、电流量,这给故障巡视提供了详实的第一手资料。而装置提供资料的准确与否决定于以下4个方面:?装置的接线是否正确;?装置的定值整定是否准确,这决定于线路参数的测量、定值的计算和定值的整定;?线路进行改造后是否再次进行了核相,线路参数测量计算定值并进行整定。?线路跳闸后是否进行事故分析,并对装置的定值进行校核和调整,这一点是今后装置能否准确定位的关键。 110kV及以上线路大部分都装有微机保护。微机保护装置故障数据的准确率和故障量虽然没有要求,也没有故障录波器提供得多,但只要按照线路参数进行准确的定值计算和整定,其测距定位数据也是非常重要的参考。 保护及自动装置测出的只是变电站到故障点的距离,并没有给出故障杆号。因此,需要在线路台账上做些工作,统计计算出每基杆塔距两侧变电站的距离,只有这样才能实现线路故障点的快速准确定位。 输电线路的故障大部分都是单相故障,搞清线路的相位很重要,仅通过巡线前的交代和在耐张杆、换位杆作标志的做法,对巡线人员分清故障相是不实用的。在每基线路杆号牌上制作标志的做法比较好,这样可以减少事故巡线人员2/3~1/2的工作量。 有些线路故障往往是由缺陷发展演变而来的,搞好缺陷的定性和记录也很重要。 (二) 细致的分析是故障定点的关键 线路发生故障后,尽管到达故障点的时间越短,故障检出的成功率越高。但是,接到调度命令后决不能盲目地立即巡线,而应一边及时召集必要的事故巡视人员做巡线的有关准备,一边利用较短的时间,收集索要事故数据并进行全面细致的故障分析。 首先应在线路台账上对故障进行定位。向调度索要有关线路跳闸时的故障录波器或微机保护的故障测距、相位、有关电压、电流量及保护动作情况。根据故障测距数据,在线路台账上对故障进行定点,按照装置测距误差5%~10%的比例(一般按10%掌握)在台账上确定故障区间,还应结合以往线路跳闸的经验数据进行部分修正。 其次应对可能的故障进行定性。这一点很重要也很难,需要灵活运用事故数据分析、丰富的事故查找经验,掌握准确的现场情况,并应经集体商定。根据保护及自动装置的动作情况及反映的故障前后的电压、电流量的数值进行简单定性,才可以对区域外故障或本线路故障进行区分。 电力线路发生短路是出现最多的一种故障形式。两相接地短路故障的特点是:出现较大的零序接地电流,故障相的电压降低较多,故障相的电流增大较多。中性点直接接地的电网中,以 单相接地短路的故障最多,约占全部短路故障的90%左右,其次是两相接地故障。 一般施工误碰故障大都属于金属性接地,重合闸重合成功的几率决定于误碰体的通流能力。通流能力较小的物体往往被烧断,可以重合成功,通流能力较大的物体往往重合不成功。 因导线挂上异物的故障大都属于高阻接地,线路故障时异物往往被烧毁,重合成功的几率较大。 有记录的交跨或树木引发的故障往往出现在线路负荷过重或春夏之交以及夏天的高温天气。 合成绝缘子的闪络属于高阻接地,一般都能重合成功,大部分发生在半夜至凌晨,网上负荷较小、系统电压较高的这段时间,尤其是凌晨的发生率最高。闪络的杆塔多为直线杆塔,主要集中在有雾、毛毛雨和雷雨天气,多因鸟粪、鸟展翅起飞或雷击引起。 雷雨天气易出现雷击,大雪无风天气由于导线上积雪过多易断线,雨加雪冰冷天气轻载线路会因覆冰断线,浓雾天气绝缘子有可能污闪,暴风天气耐张杆距离较小的弓子线易放电,线路负荷过重且存在导线接头接触不良的问题,容易引发接头发热烧断故障。 (三) 合理的巡视是故障查找的重点 故障的查找归根结底还要通过人来完成,必须召集足够合适的人员,应将故障数据、分析定性结果、现场情况及巡视重点向全体人员进行详细的交代,做到每个人都心中有数。要求巡视人员必须到位到责、不能因为难于到位而漏过任何一个可疑点。 巡线时除了注意线路本身各部件及重点故障相外,还应注意附近环境。如交跨、树木、建筑物和临时的障碍物;杆塔下有无线头木棍、烧伤的鸟兽以及损坏了的绝缘子等物。发现与故障有关的物件和可疑物时,均应收集起来,并将故障点周围情况作好记录,作为事故分析的依据。 如果排除了全部的可疑点后,在重点地段没有发现故障点,应扩大巡视范围或全线巡视,也可以进行内部交叉巡视。如果还是没有发现故障点,可适当组织重点杆段或全线的登杆检查巡视。登杆检查巡视由于距离较近,可以发现杆塔周围不明显的异常或导线上方、绝缘子上表面等地面巡视的死角,对怀疑为雷击的情况应增加避雷线的悬挂金具、放电间隙和杆塔上部组件的检查。 以上仅是一些常规的故障查找程序,但事故的突发性、不确定性和线路的千差万别,决定了故障查找的不尽相同,应根据具体情况具体分析,尽快找到故障点是唯一目的。对距离较短的线路,由于保护及自动装置测量的故障数据精确度不高,稍加分析定性巡线就行;碰上线路保护及自动装置有问题,给出的数据不全、没有数据或越级数据仅有事故特征,也应根据事故分析 和定性,尽快组织故障巡视。尽管经过精心的组织和检查巡视,总还是有一些事故的故障点不能找到:一方面,事故的故障点由于不明显、处在查找方法的死角或故障痕迹很快被掩盖而不能找到;另一方面,故障点不在本单位管辖的范围内,或干脆就没有故障。故障点在变电站内、用户或多家管理线路的故障点,根本就不在本单位管辖范围内的情况,是比较常见的。保护定值计算整定错误、保护误动、越级等原因引起的线路跳闸也是常有的,这些问题应由其他部门一起来解决。