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電網輸電線路覆冰分析及防治措施研究

文檔作者：高昱峰，孫黎鵬，王曉東，姚鋼，崔恒軍文檔來源：國網杭州供電公司		點擊數：	更新時間： 2024年07月02日
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上一篇：高海拔高寒地區(qū)輸電線路施工環(huán)保措施

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[摘要]
關鍵詞
0引言
維護維修
電網輸電線路覆冰分析 及防治 措施研究
高昱峰，孫黎鵬，王曉東，姚鋼，崔恒軍
(國網杭州供電公司， 杭州 310053)
針對2013年浙江電網受雨雪冰凍等惡劣天氣影響出現的線路故障跳閘情況，以典型受損桿塔為例模擬計算
桿塔塔身、塔腿、橫擔等關鍵部位在正常及覆冰情況下的最大使用應力比，總結冰災破壞原因，提出提高抗
覆冰能力的防治措施，以確保輸電線路在惡劣天氣下仍能安全運行。
電網輸電線路覆冰應力比承載力
輸電線路長期暴露在野外，受自然環(huán)境影響較大。浙江
電網8o 以上輸電線路經過微氣象、微地形區(qū)域，雨雪冰凍
等惡劣天氣造成輸電線路覆冰危害問題日益突出，一旦輸電
線路故障跳閘，將對電網安全運行造成巨大危害。為保障電
網可靠供電，提高電網安全運行質量，對輸電線路發(fā)生覆冰
事故的原因進行分析，就具有十分重要的意義。
1 2013年浙江電網冰災基本情況
從2013年1月2日起，大范圍低溫雨雪天氣自浙江
省北部出現，迅速向南部靠攏。受此影響，浙江部分地區(qū)
的輸電線路出現了覆冰導致的故障跳閘事故，2013年1月
5日～8日，浙江主網累計3條500kV線路、20條220kV
線路、1條1lOkV 線路跳閘， 其中寧波18條、臺州3
條、麗水2條和紹興1條，寧波北侖地區(qū)形勢尤為嚴峻。
主網3條500kV線路受損，造成全省2．6 的5O0kV
線路停運；16條220kV線路受損，造成全省2．1 的
220kV線路停運；1條110kV線路受損，造成全省0．43
的1】OkV線路停運。各電壓等級輸電線路冰災受損情況統(tǒng)
計見表1。
表1 2013年浙江電網輸電線路冰災受損情況表
此次冰災受損線路基本位于海拔400m 以上高山地
區(qū)，大多數桿塔處在水庫、風口等易出現微氣象的微地形
處，說明線路覆冰與氣象條件、地形和地理條件、海拔高
度等密切相關。此次冰災以斷導地線及地線覆冰后與上導
線閃絡為主，特別是地線(OPGW 光纜)覆冰后弧垂增大與
上導線高度持平甚至低于上導線情況居多。此次冰災雖偶
有斷線引起桿塔橫擔受損，但塔身整體完好，而且斷線事
故未擴散至整個耐張段，除導地線受損外，桿塔構件、金
具及絕緣子串等基本未受損。此次冰災由OPGW 光纜引
收稿日期：2016—01—18
作者簡介：高昱峰(1982～)，工程師，從事輸電線路運雛管理工作。
64l、^ ^n chinaet．net I電工技術
起的事故比例較大。
2電網冰災原因分析
2．1氣象條件原因分析
氣象資料顯示，2013年1月3日～8日除浙南地區(qū)外
全省大部分地區(qū)具有高濕低溫覆冰條件。2013年1月3
日-8日探空站零度層高度均降到地面，氣溫低；2013年
1月4日20時～8日探空站零度層相對濕度超過9O ，氣
溫在一1～2℃ ，極易形成覆冰。探空站零度層高度及零度
層相對濕度變化如圖1所示。
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2013年1月3日晚～5日，除浙南象山地區(qū)外全省普
降大雪，平原地區(qū)氣溫維持在5℃以下，山區(qū)氣溫維持在
～ 4～0℃ ，濕度達到92 RH。由此可見，低溫、高濕度
氣象是造成電網輸電線路嚴重覆冰的主要氣象特征。
在此次冰災中，以寧波、紹興、金華、衢州、麗水和
杭州地區(qū)的高海拔山區(qū)覆冰現象最為嚴重。經勘測，上述
地區(qū)在海拔400~600m的山區(qū)有1O～15mm的覆冰，海拔
600m以上的山區(qū)有15mm 以上的覆冰。災情最嚴重的寧
波北侖山區(qū)，在海拔400m以上就有15mm 以上的覆冰，
這是因為該地區(qū)氣溫長期在O℃ 以下，風速在4～25m／s
間且為與線路保持45～90。的西北風，非常有利于覆冰快
速生長。
2．2輸電線路在線監(jiān)測分析
用于監(jiān)測此次冰災的覆冰模擬導線、微氣象、圖像等
維護維修
在線監(jiān)測裝置有294套，其中500kV線路56套、220kV
線路160套、ll0kV線路78套。監(jiān)測結果顯示，全省共
有48條線路的拉力荷載超過正常值，其中拉力荷載增加
2OVo～50 的線路3條，增加50 ～100 的線路4條。
增加的主要原因是被監(jiān)測線路的絕緣子串、導線、金具等
拉力荷載有覆冰或覆雪現象；隨著氣溫回升，各地區(qū)線路
的拉力荷載有所下降，部分線路下降明顯。
2．3典型線路受損模擬計算分析
以原曉昌4R19線、曉洲4R20線26#塔為例，通過模
擬工況驗算，分析覆冰對桿塔破壞的力學機理。26#塔塔
型為SZS43C(山地全方位直線塔型)。在此次冰災中，該塔
導線橫擔出現了拉斷破壞，但塔身主材完好，未倒塔。
(1)對比該塔型的原設計條件和實際使用條件，見表
2。26#設計風速較高， 達到38m／s， 但覆冰厚度僅按
5mm考慮；實際使用時，呼高較低。
表2設計條件與使用條件對比表
項目 設計條件 實際使用條件
為0．77，塔腿主材最大應力比僅為0．69，裕度較高。由于
三相導線橫擔承載能力相當，因此僅分析中橫擔相關數
值。此次冰災資料記錄的覆冰厚度折算為標準冰厚度約為
25ram。在不考慮覆冰斷線的情況下，模擬計算覆冰25rnm
條件下桿塔受力，設地線不均勻張力為最大使用張力的
46 ，導線為25 (不均勻張力取值參考《重覆冰架空輸電
線路設計技術規(guī)程》)，覆冰風速為10m／s。重覆冰應力比
計算結果見表3。在重覆冰25ram情況下，存在的較大的垂
直力和縱向不平衡力，導致導線橫擔下平面主材應力比最
大(達到1．34)，地線橫擔下平面主材應力比達到1．29，但
均未達到極限破壞應力比1．45；塔身主材由38m／s大風控
制，重覆冰不均勻張力影響較小，最大主材應力比僅為
87 ，遠未達到破壞承載力。在重覆冰25mm情況下，雖
然該桿塔結構仍可繼續(xù)承載，但是導線或地線不堪重負發(fā)
生了斷線。斷線原因復雜， 斷地線或斷導線具有隨機性。
經測算，重覆冰條件下斷線，導線橫擔下平面主材應力比
最大，達到1．52，地線橫擔上平面主材應力比達到1．82，
均超過極限破壞應力比1．45，計算結果見表3。
由表3可知，無論是導線還是地線發(fā)生斷線，橫擔主
材應力比均超出極限破壞應力比，橫擔迅速破壞。雖然橫
擔破壞對塔身具有一定沖擊作用，但是伴隨著橫擔彎折，
相當于對塔身進行了卸荷。同時由于塔身主材和斜材自身
裕度較高，且斷線導致的瞬時縱向張力遠小于大風產生的
(2)對比設計條件與實際使用條件下主要桿件應力比， 橫向荷載，因此塔身桿件均遠未達到極限破壞荷載。因
見表3。塔身、塔腿主材均由大風控制，由于26#塔實際 此，斷線僅導致橫擔破壞而塔身能繼續(xù)承載，該分析結論
呼高較低，因此實際使用條件下其塔身主材最大應力比僅 與實際情況吻合。
表3桿件應力比對比表
(2)由于按極限荷載條件進行計算，不必考慮材料分項系數和荷載分項系數，因此實際破壞應力應不小于1．45。
3電網冰災防治措施 建立
置相應監(jiān)測
面對不可避免的冰災事故建議做好以下幾方面工作。 裝置，對溫度、濕度、風速、風向等進行監(jiān)測。在現有研
(1)認真研究此次冰災，調整覆冰設計分區(qū)圖，對調 究基礎上繼續(xù)深化導線覆冰荷載計算、覆冰形成理論、導
整區(qū)域的線路進行復核校驗，對不滿足覆冰設計要求的進 地線舞(擺)動機理、桿塔金具荷載承受力校驗和絕緣子覆
行差異化改造，進一步增強線路抗覆冰能力。 冰閃絡等方面的研究，并依靠計算機網絡進行大數據分析
(2)逐步對輸電線路普遍采用的合成絕緣子串進行倒 和傳送分享，結合專家知識庫和理論模型給出災情預報，
V型布置結構改造，以有效預防絕緣子冰閃事故的發(fā)生。 有效預防冰災事故發(fā)生。
(3)制定科學合理的輸電線路巡視計劃，掌握輸電線 (5)建立冰災專項應急預案，并從先期預防、預警條
路易發(fā)生冰災事故的區(qū)段以及相應的氣象、地理特征。根 件、信息分析、監(jiān)測系統(tǒng)支持、危險防范、物資裝備、搶
據季節(jié)性特征布置相應的運維力量，同時結合人工觀冰、 (下轉第74頁)
2016 I 6期f65
技術改造方案
2．3存在的問題
雖然發(fā)電機現有的微機多點自動準同期裝置運行可
靠、功能強大，但不符合“微機自動準同期裝置應安裝獨
立的同期檢定閉鎖繼電器”的要求，在并網過程中，一旦
裝置發(fā)生誤動作，將會造成發(fā)電機非同期并列，因此需要
增加單獨的同期檢定閉鎖繼電器l2]。
3解決方案
考慮到發(fā)電機同期并列點較多的情況，確定選用SID-
2X-A選線器和SID-2SI 一A微機多功能同步表(以下簡稱
SID-2SL-A同步表)組合的方式來實現同期檢定閉鎖繼電
器功能，繼而實現自動準同期裝置具有同期檢定閉鎖功
能。
3．1 SII)_2SL—A同步表工作原理
SID-2SI 一A同步表集同步表和同期閉鎖繼電器于一
體，用于手動同期相位角指示及手動、自動同期閉鎖功
能，有12個同期閉鎖繼電器。當被選中的同期閉鎖繼電
器同期電壓接人后，SID-2SI，A同步表將自動設置與并網
性質相對應的同期閉鎖角整定值，每個并列點可單獨設置
允許壓差和允許頻差，當壓差或頻差超過允許值時，閉鎖
同期繼電器自動閉鎖合閘回路。SID-2SI 一A同步表對壓
差、頻差、相角差及功角實現四重閉鎖_3 ，確保手動或自
動同期操作的安全。當選中的同期點的同期閉鎖繼電器同
期電壓滿足條件后，SID2SI 一A同步表發(fā)出合閘信號。
3．2同期裝置的同期檢定閉鎖功能實現
完善功能后的自動準同期裝置各部分配合關系如圖3
所示。將SI 2 A選線器上的并列點和同期電壓信號一
一對應后采用硬接線方式引入SID2SI 一A同步表。當上位
機DCS或同期開關(按鈕)將同期點選線開關量信號送人
時，SID-2X—A選線器自動將該同期點的信息送入SID-
2SI，A同步表，根據信息自動對同期電壓進行同期檢定。
同時，SID-2X—A選線器將選中同期點的同期電壓送至
SID2CM 4同期裝置，通過調節(jié)勵磁和汽輪機轉速來使同
期電壓滿足同期條件。當SID-2CM-4同期裝置和SID-
圖3 完善功能后的自動準同期裝置各部分配合關系圖
2SL-A同步表檢定同期條件滿足后，2套裝置均發(fā)出合閘
指令。將2個合閘指令串聯后引人斷路器合閘回路，使該
并列點斷路器合閘，從而實現發(fā)電機同期并列。
4效果評價
2015年6月，在#1機組B級檢修期間，為#1發(fā)電
機同期裝置增加了同步檢定閉鎖繼電器。按照規(guī)程規(guī)定，
對裝置及相關二次回路進行了相關試驗。
(1)校核同期回路。通過發(fā)電機一變壓器組帶空載母
線升壓試驗，校核同期電壓檢測二次回路的正確性，對3
臺裝置整定值進行核對。
(2)假同期試驗。選定其中的一個同期并列點，進行
斷路器自動準同期合閘試驗、同期(繼電器)閉鎖試驗，檢
查同步表與同期裝置的一致性。
(3)發(fā)電機在自動準同期并網時，先在“試驗”位置
檢查同步表與同期裝置的一致性 ]，然后在“投入”位置
使同期裝置完成并網操作。
試驗結果表明，增加了同期閉鎖繼電器的自動準同期
裝置及相關二次回路正確，閉鎖功能完備，可防止發(fā)電機
非同期并列。
5結束語
通過對發(fā)電機同期裝置原有功能進行分析，提出了在
原裝置基礎上增加1套微機同步表的方法，通過2套裝置
的協(xié)調配合，實現自動準同期裝置經同期檢定繼電器閉鎖
功能。經過現場相關試驗驗證，完善后的發(fā)電機微機自動
準同期裝置具備了同期閉鎖功能。下一步將利用#2機組
檢修時機，對#2發(fā)電機同期裝置功能進行完善，徹底消
除發(fā)電機非同期并列的隱患。
參考文獻
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(上接第65頁)
險組織、后勤保障等方面進行完善，以確保冰災發(fā)生時能
快速應對，盡可能減少冰災對電網造成的損失。
4結束語
除了在線路路徑選擇時避開冰區(qū)外，到目前為止，還
沒有完全可靠的方法和技術能做到線路完全不覆冰， 因此
741 www．chinaet．net l電工技術
需在設計、改造、運行中采取“避”、“抗”、“改”、
“防”、 “融”五字防冰害冰災綜合技術措施，逐步增強
電網抗覆冰能力。
參考文獻
[1]趙杰，饒宏．電網防冰融冰技術及應用[M]．北京：中國電力
出版社，2OlO

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