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110kv输电线路覆冰受损原因分析

2008 NO.28

Science and Technology Innovation Herald

工 程 技 术科技创新导报

前言

2008年初受拉尼娜气象条件影响,2008年1月12日开始至2月2日,我国南方大范围地区遭遇了有气象记录以来最严重的低温雨雪冰冻灾害天气。文献[1]作者认为:“这次气象灾害具有范围广、强度大、持续时间长、灾害影响重的特点,很多地区为50年一遇,部分地区为100年一遇,属历史罕见”。在这恶劣的气候下,贵州省电网遭受严重损害,线路实际覆冰远远大于线路设计覆冰,这是造成贵州大面积倒杆塔、断线严重灾害的根本原因。

1 贵州某地区电网输电线路受损概况这场灾害中110kV架空输电线路倒杆塔83基,其中倒塔18基,倒(断)杆65基,杆塔偏斜受损60基,杆塔横担部件弯曲折断49基,导、地线断线421处;35kV线路受损杆塔342基,断线483处,受损线路长度273km;10kV线路受损杆塔16935基,受损线路长度3615km,0.4kV总台区12830个,受损台区2551个,配变台区损坏680台,0.4kV线路受损电杆8992基,0.4kV级以下线路受损总长度2300km。

2 冰类事故原因分类

覆冰对架空输电线路的危害有过荷载、覆冰舞动和脱冰跳跃、绝缘子冰闪,会造成杆塔变形、倒塔、导线断股、金具和绝缘子损坏、绝缘子闪络等事故。

2.1 过荷载

架空输电线路覆冰后的实际重量超过设计值很多,从而导致架空输电线路机械事故和电气事故。按照架空输电线路的荷载方向,可分为垂直荷载、水平荷载、纵向荷载。

2.1.1 垂直荷载

当导线、杆塔覆冰时,冰的重量会增加所有支持结构和金具的垂直负载,导致导线的弧垂变大,使导线间或者导地线之间的档距减小,当风吹动导线时由于绝缘距离不够而发生短路,另外,由于覆冰过重,覆冰会增大导线张力,从而增大杆塔基及基础的力矩,如增大转角塔的扭矩,造成杆塔扭转、弯曲、基础下沉、倾斜,甚至在

拉线点以下发生折断。

2.1.2 水平荷载

覆冰也会使导线受风面积增大,此时

杆塔所受的水平荷载也随之增加,线路因

此可能遭受到严重的横向串基倒杆事故。

2.1.3 纵向荷载

因为输电线路相邻各档之间、高度不

同,使导线在覆冰时引起纵向静力不平衡,

产生纵向荷载。当覆冰不均匀、自行脱落

或被击落时,导线的悬挂点会产生很大的

纵向冲击荷载,可能造成导线或地线从压

接管内抽出,或者外层铝股断裂。如果导

线拉线断或脱落,则最终的不平衡冲击荷

载和两相临档之间的残余荷载就会大大增

加,发生顺线倒杆事故。

2.2 导线覆冰舞动、脱冰跳跃事故

输电线路不仅承受其自重、覆冰等静

荷载,而且还要承受风产生的动荷载。在

一定条件下,覆冰导线受稳态横向风的作

用,可能引起大幅低频振动,即舞动。此

外,导线脱冰跳跃也会使导线发生舞动。

导线舞动是威胁输电线路安全运行的重要

因素。

2.2.1 覆冰导线在风作用下发生舞动

当导线上均匀覆冰时,虽然其截面增

大,但其形状仍然保持为均匀圆形,因此,

一定的风力所引起的导线振动,其频率低

于裸导线时的频率,而振幅比裸导线时小,

并且频率下降可能低到防振装置的有效运

行范围以下。

当导线上覆冰不均匀时,由于其断面

的不对称,风吹导线时就会产生空气动力

学上的不稳定,在相应风力的作用下,导线

会发生低频、大振幅的舞动。导线舞动引

起差频荷载,从而引起金具损坏,导线断

股,相间短路及杆塔倾斜或倒塌等严重事

故。

2.2.2 导线不均匀冰脱跳跃发生舞动

随着导线覆冰量的增加,相应的张力

明显增大,弧垂也有所下降,当大段或整档

距脱冰时,由于导线弹性动能、势能发生

变化,进而产生舞动,使相邻悬垂串引起剧

烈摆动,两端导线张力也有明显变化。导

线向上跳跃的结果是导线与地线之间的安

全距离变小,造成导线地线间闪络或短路,

烧伤导线,线夹、绝缘子及挂点处金具容

易遭受动态冲击而损坏。

2.3 绝缘子串覆冰过多导致的冰闪事故

绝缘子串覆冰过厚会减小爬距使冰闪

电压降低。绝缘子覆冰过厚可完全形成冰

柱,绝缘子串爬距大大减小,且融冰时冰柱

表面形成贯通型水膜,耐压水平降低导致

沿冰柱贯通性闪络。

3 实例分析

3.1 电线覆冰厚度的确定

电线覆冰厚度计算方法较多,有质量

不变换算法、利用覆冰断面长轴和短轴按

椭圆面积换算法、按覆冰断面的平均外径

换算法、按覆冰断面周长换算法、按实际

覆冰截面积换算法[2]等等,本文里采用质量

不变换算法[2]。

3.1.1 质量不变换算法

这是最为精确和常见的一种换算法。

线路现场取冰可简易地使用塑料布铺于覆

冰体下方,敲下一段冰体称量其重量。设

冰体长度为x(m)、电线或树枝外径为D

(mm)的冰体质量为m

x

(kg),其标准覆冰厚

度计算

公式如下式:

 (mm)

其中:x—冰体长度(m);D—导线外径(mm);

m

x

—冰体质量(kg)。

3.2 典型线路受损分析

该地区输电线路受损较为严重,这里

选取其中一条受损较为典型的110kV架空

输电线路,应用北京百合送电线路设计软

件进行计算分析。

3.2.1 原设计覆冰情况

根据DL/T5092-1999“设计规程”[3],

设计气象条件应根据沿线的气象资料和已

有线路的运行经验确定,110kV线路的重

现期为15年。由于该地区沿线气象台(站)

无观冰资料,该线路覆冰强度的设计只能

根据调查覆冰和已有线路的运行经验确

定。全线按10mm冰区设计。

110kv输电线路覆冰受损原因分析

杨腾栋 邹庆

(凯里供电局 贵州凯里 556000)

摘 要:该文对输电线路在较大覆冰情况下出现断线的原因进行了总结和分析。结合某地区覆冰实际情况分析110千伏线路断线的原因,并提出了一些建设性措施,为今后电力线路设计提供了一定的参考价值。

关键词:输电线路 覆冰 断线 措施

中图分类号:TN7 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2008)10(a)-0082-03

①作者简介:杨腾栋(1974—)男,助理工程师,硕士,从事电网规划设计工作。

82科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald

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 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald工 程 技 术

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3.2.2 导、地线过载冰厚比较分析该工程10mm冰区导线采用LGJ-185/30钢芯铝绞线,安全系数2.65,最大使用应力109.309Mpa;其中一根地线在事故地段为1×7.8-1270铝包钢绞线,安全系数3.15,最大使用应力373.6MPa;另外一根地线为OPGW-50。通过北京百合送电线路设计软件计算其允许过载冰厚如表1。

由表1可见,10mm冰区选用的导、地线,在不超过设计冰情况下,导、地线不会发生断线,且地线允许的过载冰厚大于导线。如当该10mm冰区线路档距为200~800m,导(地)线覆冰厚度为39.14(42.87)~25.97(25.85)mm时,导(地)线所受覆冰的张力达到其拉断力的90%。

本次冰灾中该110kV线路Ⅰ出现6个事故段(点),分别为P2~P8(档距450~550m)、P28~P45(档距500~850m)、P91、P111~P112(档距700m)、P142~P145(档距500~550m)、P171~P172(档距450~500m)。其中P2~P8、P28~P45两事故段发生较为严重的倒杆、杆塔变形、断线事故,P91、P111~P112、P142~P145、P171~P172事故段(点)发生地线和光缆断线事故。

现场测试得到110kV线路ⅠP25~P48段导线上覆冰直径90~110mm,高程约900m,计算覆冰厚度为21.73mm~28.47mm,P142~P145事故段附近导线上覆冰直径约50mm,高程为580m。计算覆冰厚度14.17mm~17.57mm。

根据现场测试及以上覆冰分析,事故点出现在P2~P3,由于覆冰过重,在过载

覆冰及不平衡张力作用情况下,P3铁塔首先遭到倒塔破坏,P3铁塔破坏后导致P2铁塔产生振荡,同时向大号侧(即P4)产生更大的不平衡张力,P2属于三联杆,转角度数为80度,转角度数过大,档距大,从而迫使其P2杆拉线断裂。其P1~P10断面图如图1所示。

P28由于覆冰过重,前侧高差大,导致P28杆塔倾斜;P32前后侧档距较大,水泥杆很高,由于覆冰过重,脱冰过程中产生过大不平衡张力,导致P32倒杆,使得P33、P34横担拉跨。

P36~P37高差约110m,档距较大,由于覆冰过重,脱冰过程中产生较大不平衡张力,导致P37倒杆,P36铁塔产生振荡,从而迫使其P36倒杆、P34杆塔受损,P38地线断线导致P39铁塔产生振荡,从而迫使其P39横担损坏。

P41~P46由于覆冰过重,垂直档距过大,高差大,地线拉得太紧,导致P44倒杆,从而迫使其P41、P42断地线,P43门型耐张杆严重扭曲、右边杆有裂纹,P45、P46耐张杆焊接处有裂纹。P91杆塔较高,由于覆冰过重,高差较大,导致该杆塔受损。P142~P145、P171~P172由于覆冰过重,档距较大,地线得太紧,导致地线断线。其P28~P45断面如图2所示。

4 采取的抗冰措施

4.1 防倒塔断线措施

(1)在海拔较高、湿度较大、雨凇和雾凇易于形成的山顶、风口、垭口地带,对较长的耐张段,宜在中间适当位置设立耐张段或加强型直线塔,以避免其

基倒

(塔)引起的连环破坏。

1 10mm

冰区导、地线的过载冰厚表

注:TP

-导、地线的拉断力。

图1 P1~P10断面图

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(2)对于档距较大的重覆冰地段,采取增加杆塔、缩小档距的措施,以增加导地线的过载能力,减轻杆塔荷载,降低不均匀脱冰时导、地线相碰撞的机率。

(3)加强杆塔强度、缩短耐张段长度。将事故频繁、荷重较大、两侧档距相差较大及垂直档距系数小于0.6的直线杆塔采用加固措施后改为耐张段;对于横跨峡谷、风口处则改为孤立档,并相应加强杆塔强度。

(4)改善杆塔结构、扩大导线与地线的水平位移。

(5)为减少或防止覆冰后钢芯铝绞线断线或断股,重覆冰区输电线路导线可采用高强度钢芯铝合金线或其他加强型的抗冰导线。

(6)为减轻或防止重覆冰区线路由于不平衡张力作用和脱冰跳跃振动而损害导线,宜采用预绞丝保护线条保护导线。

(7)对于悬挂角与垂直档距较大的直线杆塔采用双线夹,以增加线夹出口处导线的受弯强度。

4.2 防绝缘子串冰闪措施

(1)悬式绝缘子串加大盘径

伞裙

法。

(2)悬垂绝缘子串斜挂法。(3)为防止杆塔横担上积水,冰水不至于落到绝缘子串上,可在绝缘子串悬挂点处增设一块防水挡板。

(4)涂具有憎水性能的涂料。4.3 防导线舞动措施

(1)开展导线舞动观测,力求获取全面的基础数据和资料,划分出舞动易发区域。

(2)改进铁塔紧固方式,加强易舞动地区杆塔强度。

(3)对于易舞动区域线路直线塔,设计时加大导线距离,虽然不能从根本上避免导线舞动,但可避免导线舞动造成的相间短路。

(4)新线路采用双绞线导线,不但可提高输电能力,而且其阻尼特性可破坏导线覆冰形状,改变其空气动力学特性,防止舞动。

5 结语

本文利用北京百合送电线路设计软件对一条110千伏线路受损的分析,得出拉尼娜气象造成输电线路覆冰厚度远远超出原设计覆冰值是断线、倒杆塔的主要原因。针对输电线路覆冰引起的线路断线、倒杆塔的现象,并提出了一些建设性措施,为今后电网线路规划、设计、建设提供了一定的参考价值。

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图2 P28~P45断面图

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