500kV架空輸電線路微氣象區防冰閃故障分析

胡龍江　田靖

摘要：我國自然條件和能源負荷中心的分布特點使得電力能源傳輸顯得更加重要，而如何保證電網輸電的穩定性和安全性成為人們研究的焦點。冰閃由于覆冰水電導率較高，會造成電壓分布的嚴重畸變，進而導致冰閃電壓的降低，影響輸電的穩定性和輸電的質量。文章分析了500kV架空輸電線路微氣象區防冰閃故障的技術應用。

關鍵詞：500kV架空輸電線路；微氣象區；防冰閃故障；電力能源；冰閃電壓 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM752 文章編號：1009-2374（2015）34-0113-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.058

一般來講，覆冰往往在寒冷的冬季發生，大氣中污穢物質在與水氣融合后在覆冰季節聚集在絕緣子表面，其方式主要有兩種：（1）污穢物在覆冰前已經在絕緣子表面沉積；（2）大氣中導電的微小粒子等污穢物質在懸浮水汽凍結前已經溶解，使得水滴在結冰前已經遭到污染，覆冰后導電率較高。后者水滴凍結過程中溶解的導電雜質還具有“晶釋效應”，即水中雜質在凍結過程中被排釋到晶體表面。不論何種聚集方式，融冰過程中，雜質中的導電物質都會快速地融入水膜，進而導致融冰或冰面的水膜導電率提高，絕緣子串的閃絡電壓降低。而冰凌橋接還可以改變電壓分布，最終導致冰閃電壓降低，這樣施加電壓后放電將從高電位向低電位移動，可在高壓端的第一片絕緣子起弧，電弧逐漸發展導致絕緣子串閃絡。因此，污穢的嚴重程度是影響覆冰水導電率的重要因素。

1 500kV輸電線路微氣象區外絕緣防冰閃實際應用案例

2002年，葛雙二回“588”段進行了“5+1”插花改造實驗，對232#、233#、233+1三基桿塔絕緣子串進行了防冰閃改造，234#保留原絕緣配置，考慮到235#是耐張塔且跳線絕緣子串較長，未改造。2008年初，雨雪凍天氣，使得該線段受到12天的持續覆冰天氣，導致該段時間內出現兩次閃絡。2008年3月，為了增大絕緣子防污性能，對該段進行了所有玻璃、瓷絕緣子噴涂PRTV涂料，但2009年11月份，再次出現冰閃跳閘，說明該改造效果不理想，在運行中發現，雖然該方法增強了防污能力，但是降低了防冰能力。

2 冰閃形成的主要原因

絕緣子串發生冰閃主要是因為在積雪、覆冰后，冰面保持上下貫通，含有大量雜質的冰雪在融化時，會因為冰釋現象將雜質集中到表面，從而導致絕緣子表面的絕緣性能下降，當含有雜質的冰雪融水自上而下流淌時，甚至還在冰雪覆蓋的狀態下，覆冰表面就會出現局部低阻帶，形成一條連續低阻通道，最終引起絕緣子串在工頻電壓作用下沿覆冰表面閃絡。

例如，近年來，葛雙二回“588”段冰閃跳閘頻繁，嚴重時甚至發生自動重合閘屢合屢跳，造成時間較長的停運故障。此外，冰閃對線路設備也極易造成沖擊破壞，供電可靠性受到嚴重的威脅，甚至造成巨大的經濟損失。

3 500kV絕緣子融冰閃絡電壓梯度的影響

影響融冰閃絡的因素相對較多，并且融冰閃絡是一個復雜過程，而覆冰類型和程度、覆冰中污穢雜質狀況和絕緣子串的長度、結構、布置方式都會影響閃絡電壓的分布。

3.1 晶釋效應

晶釋效應是污穢物質在凍結中析出的一個物理過程，無論是Ⅰ串還是Ⅱ布置的絕緣子，在冰雪融化時，會有大量的導電物質融在水膜上，增高了覆冰的導電率，而這些導電微粒使得絕緣子串的閃絡電壓梯度急劇下降，改變電壓分布狀態，在實踐電壓時，電壓從高電位到低電位形成電流，這樣容易形成電弧，嚴重影響送電的質量和輸電的穩定性。

3.2 Ⅱ型串間距的影響

實驗研究表明，Ⅱ型串布置下會比Ⅰ串的冰閃電壓低50%左右，主要原因是雙聯布置的覆冰和閃絡過程都要受到絕緣子串并聯之間距離的影響。首先，并聯布置在絕緣子串間距不太遠的情況下，絕緣子將會相互影響對方內側表面附近的流場，從而影響水滴覆冰的分布，一般來講，內側水滴的速度和體積都會相應大于外側。而對于玻璃或瓷絕緣子，則迎風面積大于復合絕緣子，在中心距離相同時，后者影響會更加強烈，因此，雙聯絕緣子串比單串覆冰嚴重；其次，并聯布置的絕緣子使得冰凌生長時期尖端與絕緣子下方傘裙邊緣的空氣間隙減小，從而使得其尖端附近電場發生畸變，從而導致閃絡電壓降低，并且雙串并聯為閃絡提供了更多的放電路徑，增加了放電的概率；最后，間插布置與串長。

傘裙被冰凌橋接導致爬距失效是導致絕緣子串覆冰閃絡的主要原因之一，它通過降低閃絡梯度，進而引起冰閃的發生。因此，在覆冰過程中，需要采用相應的措施來阻擋冰凌橋接，以降低覆冰閃絡幾率。可采用插花的方式來實現該途徑。而覆冰絕緣子串最低交流閃絡電壓是隨著串長或絕緣子片數的增加而增大。由于長串絕緣子通常覆冰較多，可比短串產生更多的融水，在順著冰層流淌時，形成的水膜也較厚，這樣更容易在多個局部形成電弧，促使漏電電流增加，使得冰閃事故更容易發生。

4 500kV架空輸電線路微氣象區防冰閃故障技術措施效果

目前我國經過長期的探索和不斷的嘗試，現已基本解決500kV輸電線路微氣象區外絕緣冰閃跳閘的故障。

4.1 大小盤徑交替布置

該項防冰技術亦即插花改造技術，主要是通過阻斷冰凌橋接來提高覆冰絕緣子串的閃絡梯度，從而減低冰閃的發生概率。在對絕緣子串進行防冰閃插花改造時，可以采用大盤徑絕緣子，這樣可形成保護傘，能夠起到有效遮雪擋冰的作用，這樣就能在積雪或覆冰與普通的絕緣子片之間形成斷面，從而阻斷了其上下貫通的可能性，降低冰閃發生的幾率。從2002年葛雙二回“588”段進行了“5+1”插花改造實驗效果來看，可以有效地阻斷絕緣子串的冰柱的連續橋接。但從改造的運行來看，效果不理想，后來在2008年連續發生冰閃跳閘

事故。

4.2 噴涂PRVT材料改造

PRVT材料是一種憎水性材料，是一種被動的防凍措施，其主要作用是盡可能減少冰的附著力，使其極易脫落和除去。通過在絕緣子表面噴涂該憎水性材料，能有效地降低絕緣子表面的附著力，但不能防止病的形成。從實際的效果來看，雖然增強了防污能力，但降低了防冰能力，在后來運行中又出現冰閃跳閘事故，改造效果不理想。

4.3 葛雙二回“588”段改造

對葛雙二回“588”段采用改造絕緣子安裝結構、去掉部分金具增加絕緣長度、加大雙串間距的改造方案，將該段直線塔三相導線雙聯懸垂絕緣子改為2個單聯懸垂絕緣子串，并將其間距增大到0.8～1.2m。改造以后，絕緣子串片增加到31個，理論上工頻閃絡電壓增加了20%以上。從目前運行效果來看，改造后，沒有再發生冰閃跳閘事故，改造效果理想。

參考文獻

[1] 吳向東，張國威.冰雪災害對電網的影響及防范措施[J].中國電力，2008，41（12）.

[2] 王少華.輸電線路典型覆冰事故及防治技術分析[J].高壓電器，2010，46（10）.

作者簡介：胡龍江（1976-），男，國網湖北省電力公司檢修公司鄂西北運維分部輸電運維三班班長，電力工程助理工程師，研究方向：500kV超高壓輸電線路運行檢修。

（責任編輯：秦遜玉）