江西50050000 kVk Vk 輸電線路山火跳閘故障分析及對策

彭福先，熊 心

（國網江西省電力公司檢修分公司，江西南昌 330096）

0 引言

江西地屬亞熱帶溫潤氣候區，四季分明，全年雨量充沛，光照充足，且樹木種類繁多，樹竹生長較快。隨著植樹造林、退耕還林以及封山育林等保護措施的實施，輸電線路通道附近植被密度和高度明顯增加，另外隨著清明節和冬至祭祖習俗的盛行以及極端天氣等原因，導致江西境內500 kV輸電線路山火跳閘事故逐年增多，山火引起的500 kV輸電線路跳閘故障占跳閘總數比例越來越大，嚴重威脅江西500 kV電網的安全穩定運行。而國內外對山火事故的特性與規律方面分析較少[1]，本文針對輸電線路山火跳閘故障的特性進行分析，以便制定針對性強的對策。

1 江西500 kV輸電線路山火跳閘故障分析

2010-2014年2月3日，江西500 kV輸電線路附近發生山火及造成的線路跳閘、停運及退出重合閘次數見表1。

由表1可以看出，江西500 kV輸電線路附近發生山火次數逐年增加，山火引起的跳閘占年度跳閘次數的比例也逐年增加，且山火跳閘后重合閘成功率較低、停運時間長，山火跳閘對電網的安全穩定運行造成重大影響。

表1 江西500 k V輸電線路山火統計

由表1可以看出，江西500 kV輸電線路附近發生山火次數逐年增加，山火引起的跳閘占年度跳閘次數的比例也逐年增加，且山火跳閘后重合閘成功率較低、停運時間長，山火跳閘對電網的安全穩定運行造成重大影響。

1.1 發生山火及山火跳閘的時間分布

山火的發生與季節、極端天氣以及人為活動有著密切的關系。一般情況下，山火多發于春季及冬季，高山峻嶺的火災大多由閃電引起，而丘陵、平地及普通山區則主要由人類活動造成的，例如燒荒、祭祖等。因此，由山火引起的輸電線路跳閘故障也大多發生在春季和冬季，特別是冬至到次年清明節期間。

1.1.1 季節性

2010年至2014年2月3日，江西500 kV輸電線路附近發現的山火及山火跳閘情況的季節性分布見圖1、圖2。

圖1 江西500 k V輸電線路山火季節分布

圖2 江西500 k V輸電線路山火跳閘季節分布

由圖1及圖2可以看出，江西500 kV輸電線路附近發生山火及山火跳閘主要集中在12月至次年4月，分別占全年的85.9%和92.3%。在此期間，大量務工人員返鄉，燒荒、祭祖活動較多，再加上草木枯萎，一旦遇到天干物燥的天氣，就容易導致山火發生。而在12月和4月期間之所以山火多、而跳閘少，與該期間電網工作人員進行的防山火特巡有著重大的關系。

2014年元月1日-2月3日，江西500 kV輸電線路附近發現的山火時段性分布見圖3，2010年-2014年2月3日，江西500 kV輸電線路山火跳閘情況的時段性分布見圖4。

由圖3可以看出，江西500 kV輸電線路附近發生山火的時段主要集中在13：00-19：00，在該時段發現的山火占總數的83.7%，同時，白天發現的山火占山火總數比例更大，并且在23：00-次日8：00山火次數明顯減少，由此推斷，江西境內山火主要是人為原因造成的，閃電等自然原因引起的山火可能性不大。（以此推斷閃電引起可能性不大，似乎不太充分，請修改）

由圖4可以看出，江西500 kV輸電線路山火跳閘主要集中在13：00-22：00，與山火發生的時間段有密切關系，在該時段發生的山火跳閘占近年來山火跳閘故障的84.6%。

圖3 江西500 k V輸電線路山火時段性分布

圖4 江西500 k V輸電線路山火跳閘時段性分布

1.2 山火跳閘的空間分布

通過對歷年11次山火跳閘的統計，江西500 kV輸電線路因山火引起的閃絡點沿線路主要分布在鐵塔附近50 m及檔中，分別占45.5%和36.4%。通過對歷年11次山火跳閘點的地形進行統計，500 kV輸電線路因山火引起的閃絡點的地形主要位于山頂，占所有跳閘的72.7%。

1.3 山火跳閘的機理分析

根據文獻[2]，輸電線路在山火條件下的擊穿及重合閘失敗的過程可劃分為4個階段：火焰抬升階段、導線對火焰產生預放電階段、電弧形成階段和線路重合閘階段。

當山火發生后，樹木燃燒產生大量的熱量和帶電粒子的灰燼，在一定的地形和風力作用下，持續向輸電線路相地和相相之間輸送大量的固體顆粒，并抬升火焰高度；固體顆粒電阻率低，在電廠和吸附火焰中電荷的作用下形成顆粒鏈，顆粒鏈之間因為放電而短接，這些灰燼和煙霧在放電生成的自由基作用下燃燒，進一步抬升火焰高度，最終導致相地或相間間隙被擊穿，從而導致輸電線路發生跳閘故障。由此可見，山火跳閘是火焰溫度、電導率、固體顆粒和氣候與地形等相互作用的綜合結果。

Optimization design of lane changing lane based on correlation of intersection group

在山火導致輸電線路發生跳閘故障的過程中，一方面，松樹、杉樹、桉樹、甘蔗和秸稈等在燃燒過程中會產生大量的固體灰燼顆粒和導電粒子；另一方面，大風和山坡可以明顯抬高火焰高度，同時可以帶入大量的灰燼和回程？進入線路的相地和相間間隙，導致線路間隙的絕緣強度顯著下降[3]。

1.4 山火跳閘的重合閘特性

重合閘是基于故障線路跳開后，故障點的絕緣性能能夠迅速恢復。輸電線路山火跳閘后，閃絡點處的溫度、火焰高度及灰燼等導致線路跳閘的因素不會發生明顯的衰減，線路的絕緣強度降低會持續一段時間。因此，在重合閘過程中產生的操作過電壓明顯高于線路的工作電壓，極有可能造成空氣間隙再次擊穿，隨后形成相地或相間短路故障，導致重合閘失敗，因而輸電線路山火跳閘故障的重合閘成功率低。

2 江西500 kV輸電線路防山火主要對策

1）加強防山火宣傳。

利用宣傳畫、宣傳標語、現場講解等方式對沿線群眾進行防山火、《電力法》、《電力設施保護條例》、《江西省電力設施保護辦法》的宣傳教育，積極開展“電力設施保護進校園”等活動，提高沿線群眾對山火危害性的認識，提高群眾保護電力設施的意識。

2）增加沿線護線員密度。

充分利用沿線村民生活在線路附近的特點，以便對山火早發現。我們結合當地森林消防網絡，在沿線就近挑選責任心強的群眾作為護線員，并對其進行相關知識的培訓。同時對其發現山火并及時通知相關責任人的行為進行獎勵，從而提高群眾護線員的積極性和責任心。

3）強化輸電線路通道管理。

建立輸電線路通道樹木臺帳，測量導線對樹、對地凈空，根據凈空對通道內樹木進行砍伐，特別是對松樹、杉樹、秸稈和超高樹木以及山坡處樹木的砍伐清理工作。對重點防火區段建立防火隔離帶。通過上述方法，降低火焰高度，從而降低了火焰溫度，減少火焰中的固體顆粒。

4）嚴格執行輸電線路防山火預警機制，積極開展防山火特巡。

在山火易發月份，積極收集線路所經縣市氣象資料，結合湖南重點實驗室提供的山火預報報告以及江西風俗習慣，對輸電線路開展防山火特巡，實現人防和技防相結合。對發現的山火，嚴格按照國家電網公司《輸電線路山火應急處置工作指導意見》和本單位的《防山火應急預案》進行預警和處置。

5）安裝超視距山火探測預警裝置。

自然界中任何發熱的物體都會向四周產生紅外輻射，山火的溫度高達幾百度到上千度，遠高于背景溫度，且產生大量3-5微米的紅外輻射。超視距山火探測預警裝置由前端山火分析儀、無線視頻監控子系統、無線數據傳輸子系統、風電一體供電子系統組成，利用紅外雷達搜索掃描的工作原理和模式，用只接受3-5μm紅外輻射的探測器接收山火的紅外輻射，根據輻射特性識別山火。該裝置能全天候工作，能夠自動搜索、發現、識別、定位線路附近半徑5 km內的出現的突發山火（明火或暗火），并發出聲光報警或信息通知值班人員。通過安裝超視距山火探測預警裝置，大大提高了防山火工作的效率，節省了大量的人力物力。

6）定期分析總結防山火工作的經驗教訓，滾動修編山火易發區段。

每年在清明節后及年底進行兩次防山火工作總結，滾動修編山火易發區段，分析防山火工作中的不足，并制定改進措施，從而不斷提高防山火工作水平。

3 制定分級管理策略

通過對江西500 kV輸電線路附近發生山火及山火跳閘故障的特性分析，得出以下結論：

1）輸電線路發生山火及山火跳閘的季節分布主要為12月至次年4月，其時段分布主要為13：00-22：00，在此期間，應加強輸電線路防山火特巡。

2）山火跳閘的空間分布主要是山頂或山腰上的塔基附近及檔中央導線對地凈空較低處，防山火工作應優先清理上述區段的樹木，特別是通道內的茅草等易燃的作物。

3）山火跳閘是火焰溫度、電導率、固體顆粒和氣候與地形相互作用的結果，制定防山火對策應重點針對上述幾個因素。

[1]吳田，阮江軍，張云，等.輸電線路因山火跳閘事故統計特性與識別分析[J].電力系統保護與控制，Vol.40 No.10 May.16,2012.

[2]吳田，阮江軍，胡毅，等.500kV輸電線路的山火擊穿特性及機制研究[J].中國電機工程學報,Vol.31 No.34 Dec.5,2011.

[3]吳田，胡毅，阮江軍，等.交流輸電線路模型在山火條件下的擊穿機理[J].高電壓技術,Vol.37 No.5 May.31,2011.

[4]王浩東.輸電線路山火跳閘原因分析及對策[J].廣西電力,2009（4）:43-45.