冰閃故障特點及改造成效分析論證
——基于山西電網(wǎng)500 kV及以上輸電線路

何鵬杰，梁灝

（國網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司，山西太原，030032）

冰閃故障特點及改造成效分析論證
——基于山西電網(wǎng)500 kV及以上輸電線路

何鵬杰，梁灝

（國網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司，山西太原，030032）

山西電網(wǎng)主網(wǎng)輸電線路近幾年多次發(fā)生覆冰和融冰閃絡(luò)故障，嚴重影響電網(wǎng)正常運行。對2009～2015年冰閃故障原因進行了統(tǒng)計分析，并提出了各自的針對性措施。經(jīng)改造，冰閃故障跳閘率降低80%以上，成效顯著，為提升山西省電網(wǎng)安全性和穩(wěn)定性做出了較大貢獻。相關(guān)措施在氣候環(huán)境相似的地區(qū)也具有較大借鑒價值。

輸電線路；冰閃故障；跳閘率；插花改造；倒V改造；防冰閃復(fù)合絕緣子；大盤徑絕緣子

引言

冰閃故障嚴重影響電網(wǎng)安全運行[1-5]。2009年至今，國網(wǎng)山西檢修公司運維輸電線路共發(fā)生500 kV及以上輸電線路冰閃故障24次，其中融冰閃絡(luò)故障20次，覆冰（雪）閃絡(luò)故障4次，涉及輸電線路14條。特別是2010年2月12日10時至17時、3月1日12時至15時兩個時間段，長治地區(qū)2站11條出線中的8條集中發(fā)生17次融冰閃絡(luò)故障跳閘，嚴重影響了山西南部電網(wǎng)的安全運行。

1 冰閃故障原因統(tǒng)計分析

圖1所示為受地區(qū)、氣候等原因影響，發(fā)生24次冰閃故障的統(tǒng)計表。下面展開詳細分析。

1.1 冰閃故障時的氣象特點

如圖1(a)所示，在24次故障中，有20次發(fā)生在下雪天氣后融冰雪期，另有4次發(fā)生在低氣溫下區(qū)域性持續(xù)大霧、雨雪的氣象條件。因此，在融冰雪氣象條件下形成的絕緣子覆冰雪是發(fā)生冰閃的主要原因。

1.2 冰閃故障時間特點

如圖1(b)所示，20次冰閃絡(luò)故障均發(fā)生在2月至3月初的中午前后。山西全省此時正處于冬春交接時間段，平均氣溫為－7℃～5℃。一旦出現(xiàn)大范圍降雪天氣，極易發(fā)生凌晨覆冰、中午融冰。

圖1 冰閃故障原因統(tǒng)計

4次覆冰（雪）閃絡(luò)故障中有2次發(fā)生在3月中下旬，降雪天氣減弱，降雨天氣增多，但平均氣溫只有3℃左右，微氣象區(qū)段鐵塔極易遭受凍雨侵襲；還有2次發(fā)生在11月下旬，故障區(qū)域持續(xù)的大雪、大霧，導(dǎo)致V型絕緣子串雪凇及其表面冰凌的形成，在冰雪融化和低溫大濕度條件下發(fā)生了沿面閃絡(luò)。

1.3 冰閃故障桿塔地理位置特點

如圖1(c)所示，24次冰閃絡(luò)故障有19次發(fā)生在長治盆地內(nèi)的潞城、屯留和長子等地。這些地區(qū)煤化工業(yè)發(fā)達，污穢較重（鹽密值為0.231 mg/cm2，灰密值為1.10 mg/cm2，屬于D級污穢區(qū)），西北東三面環(huán)山、南面開闊，大氣污穢不易擴散。并且，地區(qū)處于華北富水區(qū)，霧多、濕度大，使絕緣子在覆冰融化時冰水電導(dǎo)率大大增加。

1.4 冰閃故障桿塔串形特點

如圖1(d)所示，冰閃絡(luò)共計發(fā)生24次，其中I串8次、II串14次，V串2次。發(fā)生在I串和II串的幾率較大，占92%，其中雙串絕緣子結(jié)構(gòu)配置發(fā)生幾率相對較高，約占67%，原因為該配置中的絕緣子串間電場分布相互影響，導(dǎo)致串間空氣間隙電場畸變，其最低閃烙電壓比單串低15%～20%；同時，故障絕緣子串復(fù)合（10次）、玻璃（10次）、瓷質(zhì)（4次）絕緣子均有發(fā)生，說明絕緣子冰閃絡(luò)是由冰凌橋接絕緣子串傘裙邊緣引起的，與絕緣子本身的類型、材質(zhì)無關(guān)。

一般地，V型絕緣子串一般不易發(fā)生冰閃，但2015年忻石線V串連續(xù)發(fā)生2次覆冰雪閃絡(luò)故障，也充分證明絕緣子冰閃絡(luò)是由于冰凌橋接絕緣子串傘裙邊緣引起的，與絕緣子本身的類型、材質(zhì)、串型無關(guān)。

1.5 冰閃故障桿塔塔形特點

如圖1(e)所示，經(jīng)統(tǒng)計分析，在24次故障跳閘中，除3次跳線絕緣子冰閃外，21次絕緣子冰閃全部發(fā)生在ZB塔的兩邊線絕緣子串。這是由于降雪時塔頭上部大量積雪，同時絕緣子上表面以及導(dǎo)線掛點處均有積雪，形成了覆冰層。當(dāng)氣溫回升后，塔頭上部的積雪融化，順著掛點斜材流向絕緣子串，使原冰柱逐漸延伸，將未覆冰的部分絕緣子短路。冰雪水混合物（表面水膜）導(dǎo)致覆冰絕緣子的閃絡(luò)電壓明顯低于中相，引起絕緣子沿面閃絡(luò)，造成故障跳閘。

2 防冰閃措施及成效分析

2.1 防冰閃措施

絕緣子串覆冰（融冰）閃絡(luò)的主要原因是傘裙被冰凌橋接，致使有效爬距縮短，進而導(dǎo)致故障閃絡(luò)。因此，采取措施阻隔冰凌橋接絕緣子可以提高覆冰（融冰）絕緣子的閃絡(luò)電壓，降低覆冰（融冰）的閃絡(luò)幾率。針對第1章山西電網(wǎng)冰閃故障的5個特點，防冰改造的重點是山西東南部的ZB塔的兩邊線絕緣子串及耐張塔引流串，具體改造措施為：

（1）I串絕緣子。玻璃（瓷）采用大盤徑空氣動力性絕緣子進行“3＋1”插花改造，同時保證盤徑差不小于100 mm；復(fù)合絕緣子更換為特殊設(shè)計的防冰型復(fù)合絕緣子，阻隔冰凌橋接絕緣子；

（2）II串絕緣子。采用倒V改造，改善自潔性，阻止形成貫通水膜，重點解決雙串間距過小、ZB塔塔形影響、電場相互影響導(dǎo)致冰閃電壓較低的問題。但須注意大小號側(cè)絕緣子串高差補償；

（3）V串絕緣子。更換為特殊設(shè)計的防冰型復(fù)合絕緣子，阻隔冰凌橋接絕緣子；

（4）耐張塔引流串。玻璃（瓷）采用大盤徑空氣動力性絕緣子進行“3＋1”插花改造，同時保證盤徑差不小于100 mm；復(fù)合絕緣子更換為特殊設(shè)計的防冰型復(fù)合絕緣子，并在橫擔(dān)側(cè)加裝大盤徑空氣動力性絕緣子，阻隔冰凌橋接絕緣子；

（5）玻璃（瓷）絕緣子。在防冰改造的同時，兼顧防污閃治理，全部噴涂PRTV涂料。

2.2 措施成效分析論證

經(jīng)防冰改造，山西電網(wǎng)500 kV及以上輸電線路冰閃故障跳閘率從2011年前的0.14次/(百千米·年)，降低到2015年的0.024次/(百千米·年)。

2.2.1 I串絕緣子插花改造

在I串瓷或玻璃懸垂絕緣子串上插花加裝大盤徑絕緣子（選擇單片結(jié)構(gòu)高度大的絕緣子，且保證絕緣子串冰閃耐受強度不小于70 kV/m），通過大絕緣子片隔斷融冰水，使其形不成連續(xù)短接的冰凌。但從理論上說，當(dāng)覆冰達到一定程度、絕緣子串被完全包覆以后，也會發(fā)生冰閃，但幾率大幅度下降。

2.2.2 II串絕緣子倒V改造

將II串懸垂絕緣子串“倒V”布置，使絕緣子串傾斜，不僅能夠增加絕緣子串的自潔性能，而且能夠阻止形成貫通水膜，提高冰閃電壓，具有良好的防冰效果。II串絕緣子自倒V改造后，均未發(fā)生冰凌橋接現(xiàn)象出現(xiàn)，但對導(dǎo)線線夾握著力有嚴格要求。

2.2.3 防冰閃復(fù)合絕緣子更換

復(fù)合絕緣子具有良好的憎水特性，使其防冰閃性能明顯優(yōu)于玻璃和瓷絕緣子。如采用大小傘花插、優(yōu)化傘型結(jié)構(gòu)的復(fù)合絕緣子，減少覆冰的橋接，適當(dāng)?shù)卦黾咏^緣子的絕緣長度、提高絕緣子的冰閃電壓。應(yīng)注意盡量避免使用雙傘型防污絕緣子，防止冰凌直接橋接，且這種措施改造簡單、投資小。

2.2.4 大盤徑絕緣子加裝

與插花改造相似，隔斷融冰水，使其形不成連續(xù)短接的冰凌。但理論上，當(dāng)覆冰達到一定程度、絕緣子串被完全包覆以后，也會發(fā)生冰閃，但幾率大幅度下降。

總之，山西電網(wǎng)輸電線路在綜合考慮各防冰閃措施的經(jīng)濟效能的同時，因地制宜，差異化采取插花改造、倒V改造、更換防冰閃復(fù)合絕緣子、加裝大盤徑絕緣子等措施，均有效提高了絕緣子串的冰閃電壓，防冰改造成效顯著，有效提高了特高壓外送和山西東南部電網(wǎng)安全運行水平。

3 結(jié)束語

本文統(tǒng)計并分析了山西電網(wǎng)500 kV及以上輸電線路冰閃故障的特點，提出并實施了插花改造、倒V改造、更換防冰閃復(fù)合絕緣子、加裝大盤徑絕緣子等針對性防冰改造措施。經(jīng)過幾年的掛網(wǎng)運行和現(xiàn)場監(jiān)測，防冰改造后的桿塔絕緣子串在覆冰融化時，未形成貫通性的冰柱橋接，冰閃故障跳閘率降低了0.116次/(百千米·年)，防冰改造成效顯著。

胡毅. 輸電線路大范圍冰害事故分析及對策[J]. 高電壓技術(shù),

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[5][J]. 高電壓技術(shù), 2004, 30(5): 60-61.

Analysis and Evaluation on Characteristics of Icing Flashover Faults and its Transformation Effect——based on the Electric Transmission Line of ≥500 kV Power Grid in Shanxi Province

HE Peng-jie, LIANG Hao
(Maintenance Branch of State Grid Shanxi Electric Power Company, Taiyuan, Shanxi,030032, China)

In recent years, the main electric transmission line of Shanxi power grid has encountered flashover faults from icing and ice melting for many times, seriously affecting the normal operation of the power grid. The causes of icing flashover faults in the year 2009 ~ 2015 are analyzed statistically, and their respective measures are put forward. After the transformation, the trip rate from flashover faults reduces by more than 80%, which is remarkable, making great contributions to the safety and stability of the power grid in Shanxi province. Related countermeasures also have great reference values in the regions of similar climatic environment.

Electric Transmission Line; Icing Flashover Fault; Trip Rate; Floral Transformation; Inverted V Transformation; Anti Icing Flashover Composite Insulator; Large Plate Insulator

TM7

A

2095-8412 (2016) 06-1170-03

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.06.031

何鵬杰(1983-)，男，山西晉城人，2007年畢業(yè)湖北三峽大學(xué)輸電線路工程專業(yè)，工程師。現(xiàn)從事輸電線路技術(shù)管理工作。

E-mail: 332468594@qq.com

梁灝(1987-)，男，山西太原人，工程師。現(xiàn)從事技術(shù)監(jiān)督管理工作。