交流特高壓輸電線路運行維護現狀綜述

高 嵩，劉 洋，路永玲，崔艷東

(1.江蘇省電力公司電力科學研究院，江蘇南京 211103；2.江蘇省電力公司省檢修分公司，江蘇南京 211102)

交流特高壓輸電技術是解決我國電力負荷和能源分布嚴重不平衡，實現以清潔能源替代傳統高污染能源的重要方法。根據國家電網公司特高壓建設規劃，到“十二五”末年，將會建成覆蓋全國的特高壓電網[1]。按照此規劃內容，除已投運的晉東南-荊門和剛建成的皖南—浙北特高壓工程外，未來數年將有多條交流特高壓線路有望開工建設，如錫盟—南京、靖邊—濰坊、雅安—皖南、蒙西—長沙以及淮南—上海等工程[2]。隨著交流特高壓線路投運數量的不斷增多，其運行維護面臨的問題將逐漸突顯。因此運行維護部門有必要詳細梳理我國現有特高壓輸電線路運維現狀，及時總結其中的先進運行經驗和關鍵技術，對今后特高壓輸電線路的安全可靠運行、提高運行維護檢修工作效率和創新運行管理模式等具有重要指導意義。

1 交流特高壓線路的總體特點

（1）桿塔結構。為確保足夠的電氣間隙和間距要求，特高壓輸電線路設計桿塔更高、線路最低對地距離高達26 m，絕緣子串長度一般超過10 m，考慮一定的弧垂，水平排列的特高壓線路桿塔的呼稱高一般超過50 m，三角排列的特高壓線路桿塔呼稱高超過60 m，同桿并架線路桿塔一般超過80 m。其二是桿塔強度更大。塔的強度主要受使用應力和塔高決定。由于特高壓導線更重，導線高度又比較高，塔的使用應力超過500 kV 桿塔2 倍，高度約為2 倍，因此交流特高壓線路桿塔主材和基礎的強度為常規500 kV 線路桿塔的4 倍以上。三是桿塔根開更大。為優化設計，節省塔材，特高壓線路適當放大了桿塔根開，一般桿塔根開約為15×15 m 水平。

（2）導線結構。交流特高壓線路導線為八分裂結構，兩邊相導線間水平距離在40 m 以上，兩地線間水平距離在30 m 以上，三角排列桿塔的導線中相與邊相的垂直距離在20 m 以上，子導線間采用阻尼間隔棒。

（3）桿塔基礎。特高壓線路桿塔基礎作用力比500 kV 桿塔高4至5 倍，所經地區地質、地貌條件較為復雜，可分為山區、丘陵、泥沼、河網地區等，與此相應的基礎型式也具有多樣化，如灌樁式基礎、挖孔樁原狀土基礎、巖石錨樁類基礎、復合式微型樁基礎等、相應也帶來基礎結構復雜、運行維護困難等特點。

（4）絕緣子類型及組串方式。目前運行的特高壓線路上所用絕緣子按形狀和材質分主要有盤形瓷質絕緣子、盤形鋼化玻璃絕緣子和棒形復合絕緣子3 類。通常耐張串采用瓷質絕緣子和玻璃絕緣子組串，直線串采用復合絕緣子。組串型式有2～4 聯的I 型串并聯和V型雙串；布置方式有垂直布置、水平布置和V 串布置等。從絕緣子使用量上，同一鐵塔上瓷或玻璃絕緣子的數量比超高壓線路約多8 倍。

（5）特高壓金具。由于特高壓線路導線分裂數多、導線截面大，金具承受的荷載也隨之增大，因此特高壓線路金具具有結構復雜、尺寸大、工藝質量和機械強度要求高等特點。

（6）運行可靠性要求高。1000 kV 交流特高壓輸電線路輸送功率約為500 kV 線路的4至5 倍，一旦線路出現故障，對我國國民經濟將產生巨大的影響。因此線路在可靠性方面有著很高的要求。

2 交流特高壓線路的運行維護特點

2.1 環境特點

特高壓線路由于輸送距離大，線路長，大多貫穿南北或東西，沿線經過地區的地形、地貌復雜，氣候多變，氣象條件惡劣，許多地區為事故多發區（如山西、河南、湖北、湖南、江西等地均屬于我國輸電線路冰害和舞動的易發區，華北為污閃事故區等）；加之途經的高海拔山區具有明顯的立體氣候特征，微地形、微氣象條件復雜，在一個小范圍內，由于地形變化，氣候會有很大差異，從而給特高壓線路部分區段帶來復雜的運行工況[3]。

2.2 故障特點

（1）雷擊故障。由于特高壓線路的本身絕緣水平很高，雷擊避雷線或塔頂而發生反擊閃絡的可能性較低[4]，但特高壓輸電線路桿塔高度高，導線上工作電壓幅值很大，比較容易從導線上產生向上先導，相當于導線向上伸出的導電棒，從而引起避雷線屏蔽性能變差。使得雷云繞過避雷線，直擊導線的概率將顯著增加。理論分析和運行情況均表明，特高壓輸電線路雷擊跳閘的主要原因是避雷線屏蔽失效，雷電繞擊導線造成的。

（2）覆冰故障。特高壓線路大多經過重冰區，其導線截面較大，導線分裂數較多，覆冰重量也會較大，因此覆冰超載事故、不均勻覆冰及不同期脫冰事故容易發生，特別是脫冰引起較大幅度的跳躍對特高壓線路的影響更為嚴重。

（3）污閃故障。特高壓線路電壓等級高，且線路路徑長，途經不同類型污穢地區，加之近年來，我國大氣環境日趨惡劣，大范圍霧霾天氣時有發生，使得特高壓線路防污閃問題更加突出；對于重污區、冰區重疊地帶，還有可能在融冰過程中引發冰閃。因此，特高壓線路絕緣子的防污閃特性提出了更高的可靠性要求。

（4）振動故障。特高壓線路具有檔距大、掛點高、分裂數多、導線截面大等特點，給線路的防振、防舞帶來了新的問題。雖然特高壓線路分裂導線安裝具有良好耗能減振作用阻尼間隔棒，但從高可靠性要求出發，對特高壓線路仍需進行防振設計，當線路通過風速為6～25 m/s，覆冰厚度在3～25 mm，氣溫為-6～0℃，地形為平坦開闊地、江河湖面等雨凇地區時需進行防舞設計。

（5）風偏故障。特高壓線路的桿塔高度和超長的絕緣子串，使得線路發生風偏事故的可能性增加，特別是重污區的“I”型合成絕緣子因串長、重量輕，在微氣象區的影響下，發生風偏故障的可能性較大，因此在線路途經局地強風帶地區時，應進行防風偏設計并采取防風偏措施。

2.3 檢修特點

（1）對檢修工器具要求高。特高壓架空線、桿塔、絕緣子、金具等結構尺寸大、載荷大[5]，使得現有一般電壓等級線路所用的檢修工具在尺寸、承載能力、安全措施等方面無法勝任其檢修作業要求，需要開發研制新的檢修工器具或對現有檢修工具進行結構改造。

（2）絕緣子更換難度大。特高壓線路中，直線塔大多數采用V 型合成絕緣子串，而且串型多、串身長，使得絕緣子串（片）的更換難度較一般電壓等級線路要困難許多。解決此類問題需要研制安全、高效，可靠的垂直荷載轉移方案和相應的配套工器具，保證水平載荷轉移過程中不出現斷線的情況；同時還須研制適用于V 型懸垂串與耐張串長度的承力檢修工器具，制訂合理有效的作業順序方案等。

（3）帶電作業作為首選檢修方式。為保證供電的可靠性和連續性，特高壓線路的檢修方式應以帶電作業為主，研究試驗安全有效的特高壓帶電作業方法（作業方式、操作規程、確定安全距離、有效絕緣長度等），制定科學、合理的安全保障措施以及研制性能優異、穩定的帶電作業工具和防護用具是保證帶電作業安全的重要內容。

3 交流特高壓線路反事故措施應用現狀

（1）防雷措施。前蘇聯的交流特高壓輸電線路在1985年至1994年運行期間，雷擊跳閘高達16 次，占其總跳閘次數的84%[6]，并且主要原因是雷繞擊于少數轉角桿塔的導線上，因此運行特高壓線路防雷的重點為防繞擊。采用良好的避雷線屏蔽設計，是提高特高壓輸電線路耐雷性能的主要措施。同時還應該考慮到特高壓輸電線路導線上工作電壓對避雷線屏蔽的影響。對于山區，因地形影響（山坡、峽谷），避雷線的保護可能需要取負保護角。在晉東南—荊門特高壓線路綜合考慮線路走廊及耐雷水平，優化塔型設計，采用負保護角，并考慮加裝第三根地線的防雷設計；對地面傾斜角小于20°的平原路段，采用地線保護角小于4°貓頭塔；對地面傾斜角大于20°山區，采用地線保護角小于-2°酒杯塔，使2 根地線的距離不超過中相導線距離地線的4 倍，其雷擊跳閘率可控制在0.1 次/（100 km·年）內。荊南I 線自2009年1 月6 日投運，未采取其他防雷保護措施，至今運行良好。

（2）防污閃措施。目前特高壓線路防污閃事故措施主要是從設計上通過增加絕緣子串長，提高泄漏距離來提高耐污閃能力[7]；在污穢嚴重地區采用大噸位、高強度的合成絕緣子；對空掛或運行絕緣子進行飽和鹽密測量，及時制定或修訂污區圖、根據實際情況使用防污閃涂料、開展帶電清掃技術的研究與應用；開發在線監測系統，實時掌握線路的污穢情況，及時安排狀態檢修等。

（3）防微風振動措施。目前特高壓線路主要采用阻尼間隔棒，防振錘等措施，但特高壓線路導線平均掛點更高，從確保安全的角度出發，我國特高壓線路的防振參照了超高壓線路的方式進行了防振設計。此外，適用于交流特高壓線路微風振動監測裝置也已研制成功，能夠保證裝置在特高壓電壓等級下不產生電暈，現已投入應用。

（5）防舞動措施。中國電力科學研究院研究建立了適用于我國特高壓輸電線路的防舞措施。通過研究分裂導線覆冰扭轉特性及扭轉振動與橫向振動的耦合問題，建立了分裂導線失諧防舞機理，設計了失諧間隔棒防舞裝置；基于減輕導線覆冰不均勻性原則研制了線夾回轉式間隔棒；基于舞動穩定性機理設計了雙擺防舞器；并建立了相應防舞器的防舞設計方法[8]。清華大學在建立了3 自由度多檔導線模型的基礎上，研究分析了特高壓輸電線路覆冰厚度、脫冰量、檔距大小、耐張段中檔數、導線懸掛點高差、不均勻脫冰等因素對導線脫冰跳躍的影響，為特高壓輸電線路導線排列、鐵塔選型、檔距配置等提供了理論依據。

（5）防覆冰措施。在特高壓輸電線路的設計中，根據線路所經過地區的特點進行了冰區的劃分；對無法避免線路經過重冰區的情況下，根據導線脫冰跳躍影響進行了導線的布置方式、桿塔選型、檔距配置等研究和設計。在現有防除冰技術研究的基礎上加大了除冰技術、融冰方法的研究與試驗，并進行在線監測系統的開發與研制。由國家電網公司提出的直流輸電系統線路融冰方法，即可在不停電的情況下實現主動融冰的功能；采用這種融冰方法，可節約投資近7 億元，并有效提高了輸電系統的運行可靠性。

（6）防風偏措施。針對特高壓線路絕緣子串長，易發生風偏故障的特點，目前主要從設計上對事故多發地區的線路空氣間隙適當增加裕度；在可能引發強風的微地形地區，合理采用“V”型串；對運行中易產生風偏故障區域的絕緣子下方加裝重錘；研制特高壓直流線路塔上氣象參數和風偏參數的在線監測系統，適時監測塔上風速及風向、雨量、導線風偏運行軌跡、風偏角、導線與桿塔間的風偏間隙等措施。

4 運行維護技術的研究應用現狀

（1）直升機巡線技術應用。通過在直升機上使用可見光、紅外、紫外成像等巡視設備，可完成紅外測溫、紫外探測及可見光檢查等工作，并能夠判斷通道、鐵塔、金具、導地線、絕緣子等缺陷；判斷接頭過熱、異常電暈、導地線內部損傷和零劣質絕緣子等缺陷等。直升機巡線技術具有迅速、快捷、效率高（每天可以完成大約80～100 基塔的雙側檢查任務）、質量好、不受地域影響、能快速發現線路缺陷并且安全性好等優點，目前已成功應用于超高壓線路運行維護，其在特高壓線路運行維護中具有廣闊的應用前景。

（2）在線監測技術應用。在線監測技術是特高壓線路實施狀態檢修的前提條件，已經研究開發的架空線路在線監測技術和在線監測系統眾多，可有效應用于特高壓線路上的主要有氣象參數監測、微風振動監測、溫度監測、覆冰監測、絕緣子污穢監測、桿塔傾斜監測及防盜、防鳥監測系統等。目前在晉東南—荊門特高壓線路上共安裝微風振動、舞動、桿塔傾斜、氣象和風偏、視頻、覆冰及絕緣子鹽密共7 類87 套在線監測裝置，結合特高壓航測數據，可提供基于三維可視化技術的在線監測顯示和控制平臺。據統計，截止至2012年6 月，1000 kV 長南Ⅰ線在線系統監測裝置共獲取監測數據已超過70 萬條，通過監控數據與運行及設計標準比對，未發現運行異常[9]。

（3）紅外測溫和紫外成像技術應用。近年來，紅外精細化測溫技術在晉東南-荊門特高壓線路上得到大量應用，根據長南I 線（山西段）全線路耐張塔紅外測溫結果，系統功率升至467.64 MW～4800 MW，與1 m外導線的溫度相比，接續金具溫升在0～5℃，耐張塔跳線與管母接頭溫升在0～6℃；與環境溫度相比，導線溫升在0～3℃，屏蔽環溫升在0～4℃，引流線管母溫升在0～3℃，絕緣子溫升在0～4℃，均可滿足運行要求。

由于紫外成像能夠迅速、形象、直觀地顯示出線路運行的真實狀態信息，較明確地給出設備中放電位置及放電程度，能方便快捷地查找出電暈放電部件。通過對長南Ⅰ線（山西段）全線229 基鐵塔的主要電氣部位進行了8 次電暈放電和電弧紫外成像檢測工作，共獲得數據1345 組，發現放電異常數據15 組，經登塔檢查和對數據進行分析均為均壓環安裝位置不同心同軸造成的對絕緣子放電。另外，在檢測過程中，紫外成像的觀測距離、污穢程度、氣壓與溫度、海拔、儀器的增益都會影響到測量計數結果，還需在今后的運行中不斷積累檢測經驗。

（4）帶電作業技術應用。在帶電作業已有研究成果基礎上，國網電力科學研究院2008年結合晉南荊試驗示范工程進行了1：1 真型試驗，在國內外首次系統地開展了交流1000 kV 輸電線路帶電作業研究，針對系統過電壓水平、海拔高度的不同，試驗研究確定了各工況及作業位置的最小安全距離、最小組合間隙、絕緣工具最小有效絕緣長度等。自主研究生產的絕緣工具、帶電作業屏蔽服等均可以滿足交流1000 kV 輸電線路帶電作業的要求。湖北超高壓輸變電公司為適應特高壓帶電作業的需要，成功研制了獲得國家自主知識產權的大噸位瓷瓶卡具、大噸位六分裂導線提線器、液壓油泵絲桿、分體式絕緣拉桿等9 項檢修及帶電作業的工器具。

5 結束語

目前我國在特高壓線路運行維護技術的理論研究及實踐方面已經取得了卓有成效的成果和應用，但由于特高壓線路運行維護方面的經驗仍相對有限，要求各屬地特高壓輸電線路運行單位在日常維護中通過積累大量現場資料進行分析整理，結合線路所處環境制

定相應的運行維護規范，為保證特高壓輸電線路的安全可靠運行提供現場運行經驗。隨著特高壓線路投運數量的增加和運行維護工作的全面開展，運行單位應加強與科研機構、大專院校合作，在大量采集現場運行維護數據的基礎上進一步開展特高壓線路運行維護技術的理論研究和試驗，改進和完善現有運行維護方法，為我國特高壓線路的安全可靠運行提供保障。

[1]蔡 敏.特高壓輸電線路運行維護技術的研究現狀分析[J].湖北電力，2011，35（6）：1-6.

[2]敬海兵.1000 kV 交流特高壓輸電線路防雷問題研究[D].成都：西華大學，2012.

[3]周大華，陳早明，周王新，等.1000 kV 交流特高壓試驗示范線路運行分析[J].湖北電力，2009（S1）：73-74.

[4]李茂華.1000 kV 級特高壓輸電桿塔結構可靠度研究[D].重慶：重慶大學，2012.

[5]舒印彪，胡 毅.交流特高壓輸電線路關鍵技術的研究及應用[J].中國電機工程學報，2007，27（36）：1-6.

[6]吳啟進，鮑同鋒，王朝海，等.1000 kV 交流特高壓輸電線路檢修工器具研制[J].湖北電力，2009（33）：70-72.

[7]易 輝，熊幼京.1000 kV 交流特高壓輸電線路運行特性分析[J].電網技術，2006，30（15）：1-6.

[8]朱寬軍，劉 彬，劉超群，等.特高壓輸電線路防舞動研究[J].中國電機工程學報，2008，28（34）：12-19.

[9]陳海波，王 成，李俊峰，等.特高壓輸電線路在線監測技術的應用[J].電網技術，2009，33（10）：55-58.