500千伏巴青1線、巴青2線因導線積雪和覆冰的脫落造成故障跳閘的分析

李波平

摘 要： 本文對導線積雪、覆冰、脫落造成故障及跳閘線路的基本情況進行了分析，并給出了應對措施。

關鍵詞： 導線積雪 覆冰 故障分析

一、500千伏巴青1線基本情況及舞動地段基本情況

1.巴青1線基本情況。500千伏巴青1線起于500千伏巴林變電站，止于500千伏青山變電站，線路亙長172.161公里，全線為單回路，共有桿塔396基，直線塔均為緊湊型塔，導線采用六分裂，子導線型號為LGJ-300/40鋼芯鋁絞線，三相導線采用兩上一下呈三角形排列，相間中心點距離約為7米，凈距離為6.25米。六分裂導線子導線距離為375mm。地線型號：線路前進左側為LBGJ-150-40AC鋁包鋼絞線、GJ-80鍍鋅鋼絞線；右側為24芯OPGW光纜。絕緣子：懸垂串為FXBW-500/210、FXBW-500/300、FXBW-500/300A、FXBW-500/100合成絕緣子，耐張串為FC300/195玻璃絕緣子，出口耐張絕緣子型號為XWP2-160。設計氣象條件為：最低氣溫-40℃、平均氣溫-5℃、最大風速34m/s、導線覆冰厚度10mm、地線覆冰厚度15mm。塔頭最小空氣間隙值：相對相5.2米；相對地3.7米。

2.舞動地段基本情況。區段：385#～396#塔之間，其中384#～394#為一個耐張段，長度為3994米；394#～396#為一個耐張段，長度為562米；該區段最大檔距562米（387#～388#）。地形：山坡上（由元寶山地區的平地向哈拉布圖丘陵過渡的山坡上）。

二、500千伏巴青2線基本情況及舞動地段基本情況

1.巴青2線基本情況。500千伏巴青1線起于500千伏巴林變電站，止于500千伏青山變電站，線路亙長172.099公里，全線為單回路，共有桿塔401基，直線塔均為緊湊型塔，導線采用六分裂，子導線型號為LGJ-300/40鋼芯鋁絞線，三相導線采用兩上一下呈三角形排列，相間中心點距離約為7米，凈距離為6.25米（相對相最小間距為5.2米）。六分裂導線子導線距離為375mm。地線型號：線路前進左側為LBGJ-150-40AC鋁包鋼絞線、GJ-80鍍鋅鋼絞線；右側為24芯OPGW光纜。絕緣子：懸垂串為FXBW-500/210、FXBW-500/300、FXBW-500/300A、FXBW-500/100合成絕緣子，耐張串為FC300/195玻璃絕緣子，出口耐張絕緣子型號為XWP2-160.設計氣象條件為：最低氣溫-40℃、平均氣溫-5℃、最大風速34m/s、導線覆冰厚度10mm、地線覆冰厚度15mm。塔頭最小空氣間隙值：相對相5.2米；相對地3.7米。

2.舞動地段基本情況。區段：385#～396#塔之間，其中384#～394#為一個耐張段，長度為3994米；394#～396#為一個耐張段，長度為562米；該區段最大檔距562米（387#～388#）。地形：山坡上。

三、故障發生情況

赤峰地區普降大雪，造成電力線路積雪和覆冰。2012年11月04日00時43分，500千伏巴青1號兩側雙套縱聯保護動作，BC相故障重合閘閉鎖未動作，故障測距為距離青山站1.85公里，01時51分強送成功，01時56分再次跳閘，保護動作情況相同，02時37分強送不成功。現場巡線查明：500千伏青山變電站附近導線劇烈舞動；巴青2線175號導線引流線舞動嚴重；巴青2線間距398號約100米發現相間火光，并伴隨爆炸聲，397#～398#擋間導線舞動十分劇烈。此時500千伏巴青2線線路兩側兩套縱聯保護動作，線路兩側開關跳閘。巴青1、2線已分別跳閘2次，于是決定分組對巴青2線397#～398#重點地段進行實時監測，派人進行24小時看守。截至13時，巴青1、2線強送后又相繼發生跳閘，于是暫不對500千伏巴青1、2線進行強送。11月5日，故障段導線舞動減弱，巴青2線于11時30分送電成功。

四、11月4日500千伏巴青1線、巴青2線故障跳閘統計及原因

4日00：43：500千伏。巴青#1線線路兩側兩套縱聯保護動作，線路兩側開關跳閘，故障測距青山變1.85km。01：51強送成功。4日01：56：500千伏。巴青#1線線路兩側兩套縱聯保護動作，線路兩側開關跳閘，02：37強送不成功。4日07：21：500千伏。巴青#2線線路兩側兩套縱聯保護動作，線路兩側開關跳閘，故障測距青山變1.4km。07：58強送成功。4日09：32：500千伏。巴青#2線線路兩側兩套縱聯保護動作，線路兩側開關跳閘，11：45強送成功。4日12：05：500千伏。巴青#2線線路兩側兩套縱聯保護動作，線路兩側開關跳閘。4日12：34：青山變500千伏。巴青#1線強送成功。12：38青山變側兩套縱聯保護動作，開關跳閘。

五、故障原因分析

為了便于分析，假定在A、B兩點間（檔距為L）懸掛如下圖中實線所表示的弛度為f的導線。當導線上有積雪和覆冰而使導線弛度從f增大到f+△f■，并形成圖中點畫線的形狀。

假如積雪和覆冰慢慢地脫落，導線就應當平穩地恢復到原來的位置。但是如果積雪和覆冰突然大量脫落，導線就會在積雪和覆冰作用下向上沖擊，而弛度將以f+△f■，越過f減少到f-△f■（即圖中的虛線位置）。由于導線的位能與其彈性能量將交替變換，使導線振動若干次后逐漸衰減穩定于弛度為f的位置（即圖中實線，導線原來的位置）。

積雪和覆冰的突然大量脫落，將使導線產生振動：一是導線始終承受拉力，只要無風，導線就只能在與地面垂直的一平面內上下振動，因導線積雪和覆冰不同期脫落，造成上下導線相間短路。二是當導線振動到f-△f■的過程中，如果發生無拉力狀態，則導線中間將變得非常柔軟，雖然無風導線也將產生上下左右的不規則運行，即發生舞動，而這種狀態非常容易發生因混線而引起相間短路事故。

那么究竟在什么條件下導線會發生無拉力狀態呢？為此我們做如下具體分析：首先假定L■為導線原來實際長度（此時導線弛度為f），L■為導線跳動到弛度為f-△f■時的導線實際長度。導線從弛度f-△f■變到弛度f時，其導線長度變化應為L■—L■。另外，導線長度的變化只是根據拉力變化而引起的彈性伸縮，設在導線在未覆冰時的張力為T，另導線的彈性系數為E，截面積為S。那么將出現以下三種情況：

1.當弛度為f-△f■時，導線張力恰好為0，則L■-L■=■

2.當弛度為f-△f■時，導線有一張力T′，則L■-L■=■<■

3.當弛度為f-△f■時，導線張力小于零，則L■-L■>■

這樣我們就得出了導線拉力狀態的鑒別式：L■-L■？茼■

考慮到L2≈L為簡化分析把上式寫成：L■-L■？茼■ （1）

另根據導線長度計算公式可得：L■=L[1+■（■）■]L■=L[1+■（■）■]

則L■-L■=■（2f·△f■-△f■■）（2）

忽略△f■■將（2）式代入（1）式則得到：■？茼■

即■？茼1（3）

又T=σ·S=■（4）

f=■，則f■=■ （5）

將（4）、（5）式代入（3）式，得出實用的導線拉力狀態判別式：

D=■×■？茼1

即D<1時，在導線由弛度f+△f■變到f-△f■的跳躍過程中，導線不出現無拉力狀態。D=1時，導線跳躍到弛度恰為f-△f■時為無拉力狀態，導線可能發生舞動。D>1時，則導線在跳躍中還未達到弛度為f-△f■時就變為無拉力狀態，無風時導線也將發生舞動。

六、防御措施

1.線路施工時，要保持各相導線弛度一致，特別是垂直、三角排列的導線。

2.線路與其他線路交叉跨越時，應嚴格掌握跨越處的垂直距離，防止下排線路導線因積雪和覆冰突然脫落向上彈跳或發生舞動時造成上排線路或接地跳閘。

3.全文所分析的前提均為無風狀態，但如果積雪、覆冰或突然脫落時有風，則導線更易發生舞動，其后果將更加嚴重。

4.設計、施工質量是直接影響線路安全運行的一個重要方面，優化設計加強施工管理是保證線路安全運行的基礎。