500kV输电线路覆冰闪络故障原因分析.pdf

10doi:10.3969/j.issn.1009-3230.2023.03.003应用能源技术2023年第3期（总第30 3期）500kV输电线路覆冰闪络故障原因分析黄俊尧（中国南方电网有限责任公司超高压输电公司柳州局，广西柳州5450 0 6）摘要：为提高电力系统的运行可靠性和安全性，通过对50 0 kV输电线路的覆冰闪络故障进行归纳总结,分析了50 0 kV输电线路覆冰闪络故障的特点和覆冰对绝缘子串的影响，并提出防覆冰闪络的措施，主要有增加绝缘子表面绝缘涂层、采用桥接技术、应用冰除技术、采用大盘径绝缘子隔断、定制复合绝缘子等。最后针对不同桥接方式对绝缘子串抗冰闪能力的影响实验验证。实验结果表明：桥接技术可以实现防止输电线路覆冰闪络故障，但是桥接方式不会导致覆冰闪络故障发生的。关键词：50 0 kV输电线路；绝缘子；线路覆冰；桥接中图分类号：TM752Analysis of the Causes of Flashover Faults Due to IceCoating on 500 kV Transmission Lines(Liuzhou Bureau of UHV Transmission Company,China Southern Power GridCo.Ltd.,Liuzhou 545006,China)Abstract:In order to improve the reliability and safety of power system operation,by summarizingthe flashover faults due to ice coating on 500 kV transmission lines,the characteristics of flashoverfaults due to ice coating on 500 kV transmission lines and the influence of ice coating on insulatorstrings are analyzed,and the measures to prevent flashover due to ice coating are proposed,mainlyincluding increasing the insulating coating on the surface of insulators,adopting bridging technology,applying ice removal technology,using large-diameter insulators for isolation,and customizingcomposite insulators.Finally,the experimental verification of the influence of different bridgingmethods on the ice flash resistance of insulator strings is carried out.The experimental results showthat bridging technology can prevent flashover faults due to ice coating on transmission lines,butbridging methods will not cause flashover faults due to ice coating.Key words:500 kV transmission line;insulator;line ice coating;bridging0引言受到自然环境和外界因素的影响,输电线路在运行过程中容易发生各种故障。其中,由覆冰所导致的闪络故障最受关注。闪络故障不仅会导致线路短路，造成输电事故，更会对电网的稳定性收稿日期：2 0 2 3-0 118 修订日期：2 0 2 3-0 2-19作者简介：黄俊尧（19 9 4），男，本科，助理工程师，从事超高压输电线路运行维护工作。文献标志码：AHUANG Junyao产生很大的危害。因此，对50 0 kV输电线路覆冰闪络故障的原因和防范措施进行深人研究,对于提高电力系统的运行可靠性和安全性具有重要的意义2-3。由于天气条件等因素的限制，500kV输电线路的覆冰闪络故障具有很高的发生率。因此,国内学者在研究上更多地注重对输电设备的改进和技术的提高。50 0 kV输电线路作为国家电网中最重要的组成部分之一，其运行文章编号：10 0 9-32 30(2 0 2 3)0 3-0 0 10-0 52023年第3期（总第30 3期）安全稳定对保障国家经济发展和社会生活不可或缺，但是在寒冷地区，高压输电线路上常常会出现覆冰现象，当覆盖物积累到一定程度时，就会发生闪络故障，严重威胁电网的安全稳定运行4-5。1故障概述闪络故障是指在线路正常运行的情况下，在绝缘子表面或沿着绝缘子表面闪烁放电、导致线路故障的一种现象 。闪络故障可分为毛状闪络和沿面闪络两种类型。毛状闪络是指绝缘子表面聚集的许多小放电，较容易消除，但大量的毛状闪络和电晕会对设备产生极大的危害。沿面闪络是绝缘子表面沿着电场强度方向放电形成的，能够长期存在和进行,其损伤是比较严重的。发生闪络故障会对电力系统稳定性造成严重影响,甚至会引发电力事故，造成巨大的经济损失。同时，闪络故障也会破坏输电线路绝缘子表面，导致设备老化加速，甚至烧坏设备，带来更大的风险隐患。1.1故障的特点(1)发生频率高。50 0 kV输电线路受外界环境影响较大，特别是在多雨、多雪等天气条件下，覆冰情况明显，故此类故障的发生频率相对较高。(2)故障程度严重。一旦发生覆冰闪络故障,由于其放电量较大,因此对电力设备的破坏和电能的损失也较为严重。(3)复杂性强。覆冰闪络故障不仅与环境因素有关,还与电力设备的工作状态、系统运行模式等有很大的关系,因此其复杂性相对较强。(4)难以检测。由于50 0 kV输电线路比较长且线路过于密布,检测覆冰闪络故障比较困难，因此，仍有很多故障得不到及时发现和处理。1.2覆冰对绝缘子串的影响绝缘子串是输电线路上的一个重要部件，它的质量和性能对于输电线路的正常运行有着重要影响。当绝缘子串被覆冰时，会对绝缘子串的电应用能源技术气性能和机械性能产生不良影响。(1)降低绝缘性能覆冰的绝缘子串表面会形成一层较薄的水膜，因此导致其绝缘性能下降。渗人绝缘子内部的水分和离子会进一步对其绝缘性能进行破坏。同时，冰和雪具有导电能力，因此在绝缘子串上形成的冰雪堆积会缩短导电距离,降低了漏电距离，从而增加了绝缘子串的相间击穿风险。(2）减小机械强度冰覆盖会给绝缘子串带来较大的重量，从而对绝缘子串产生不利影响。冰的质量是足以导致绝缘子串档距下移的,这将增加分裂距离,降低了绝缘子串的机械强度，增加了绝缘子串的挂断风险。2防覆冰闪络的技术措施2.1增加绝缘子表面绝缘涂层绝缘子表面绝缘涂层是一种提高绝缘子绝缘水平的重要手段，同时也对输电线路覆冰闪络防范具有一定的作用。具体来说，绝缘子表面绝缘涂层可通过以下方面对输电线路覆冰闪络进行防范：(1)减少绝缘子表面湿度：在冬季低温高湿的环境下，绝缘子表面容易吸收水分，导致表面湿度升高，从而增加绝缘子闪络的风险。绝缘子表面绝缘涂层能够减少绝缘子表面的水分吸收，从而降低绝缘子表面的湿度，减少闪络的发生。(2)增加绝缘子表面电阻：绝缘子表面绝缘涂层可以增加绝缘子表面的电阻，降低表面放电的可能性,从而进一步提高绝缘子的绝缘水平。（3）防止冰雪覆盖：绝缘子表面绝缘涂层在表面形成一层坚硬的防冰膜,可以有效防止冰雪覆盖，从而减少冰覆盖引起的闪络事故。此外，可考虑在绝缘子表面覆涂具有憎水性能的涂料,降低冰与积覆物体表面的附着力,虽不能防止冰的形成但可使冻雨或雪在冻结或黏结到绝缘子之前就可在自然力，如风或绝缘子摆动时1112的力的作用下即能滑落,或者使冰或雪在绝缘子上的附着力明显降低,则同样可以达到防覆冰、减少线路出现冰害事故的目的7-8 1总的来说，绝缘子表面绝缘涂层可以提高绝缘子的绝缘水平和防护能力，从而降低输电线路覆冰闪络的风险。但需要注意的是,绝缘子表面绝缘涂层也需要定期检查和维护，以确保其绝缘性能和防护效果。2.2采用桥接技术桥接器被广泛地应用于绝缘子串结构中，主要用于增加绝缘子串的相间距离，减小相间电压梯度,提高绝缘子串串的分布电容,增加其对绝缘击穿的阻抗。在冰覆盖的情况下，绝缘子串上的桥接器可以起到更好的防冰闪作用。首先，桥接器可以增大爬电距离和干弧距离,增加绝缘子串的电容,从而减小了绝缘子串上的电压,降低了冰闪发生的概率。其次，桥接器可以扩大绝缘子串间距,增加相间距离，减小相间电压梯度，这也有利于防止冰闪的发生。其中绝缘子串上的桥接器如图1所示。应用能源技术2.4采用大盘径绝缘子隔断大盘径绝缘子隔断是一种有效地防止输电线路绝缘子覆冰闪络的技术措施。其原理是通过增加绝缘子串的直径，减少绝缘子表面积，从而降低绝缘子表面积被覆盖的冰的厚度和面积，减少绝缘子闪络的风险。在输电线路中，,绝缘子是将导线与支架隔离的重要部分，其作用是防止电流从线路向地面流失。但是，在冰雪天气中,绝缘子表面容易被冰覆盖,形成绝缘子覆冰现象。因为冰的导电性比空气要差，当绝缘子表面被冰覆盖时，会在绝缘子表面形成电场集中,导致电击击穿,也就是绝缘子闪络。大盘径绝缘子隔断通过增加绝缘子串的直径，减少绝缘子表面积，可以降低绝缘子表面被冰覆盖的程度,从而减少绝缘子闪络的风险。同时，大盘径绝缘子隔断还可以增加绝缘子串之间的距离,减少串间放电的可能性,进一步提高绝缘子的耐闪电能力。总之,采用大盘径绝缘子隔断可以有效防止输电线路绝缘子覆冰闪络，提高输电线路的可靠性和稳定性。更换大盘径绝缘子如图2所示。2023年第3期（总第30 3期）图1绝缘子串上的桥接器2.3应用冰除技术传统的冰除技术主要包括机械冰除和加热冰除。由于机械冰除存在较大的安全隐患，同时对冰覆盖层过厚的绝缘子串效果也不理想，因此加热冰除技术逐渐被广泛采用。加热冰除技术包括内部加热和外部加热两种，其原理都是通过热量融化冰覆盖层。图2 更换大盘径绝缘子2.5定制复合绝缘子复合绝缘子如图3所示，是由多种材料组成2023年第3期（总第30 3期）的绝缘子，通常包括硅橡胶、玻璃纤维增强塑料等。相对于传统绝缘子,复合绝缘子具有更好的机械强度、耐候性和耐污性,可以有效地防止绝缘子覆冰闪络9 。复合绝缘子防止输电线路绝缘子覆冰闪络的原理主要有以下几个方面：（1)材料特性：复合绝缘子中硅橡胶具有良好的绝缘性能,可以有效隔离导线和支架,防止闪络。同时,硅橡胶还具有良好的耐寒性能,不易受到低温的影响。(2)表面特性：复合绝缘子表面光滑，不容易附着冰雪,相对于传统绝缘子来说更不容易被覆冰,因此更不容易导致闪络。(3)结构特性：复合绝缘子的结构更加合理，可以有效减少绝缘子串之间的距离，降低串间放电的风险，从而提高绝缘子的耐闪电能力。总之,采用复合绝缘子可以提高输电线路的可靠性和稳定性,防止绝缘子覆冰闪络。同时,复合绝缘子具有良好的耐候性和耐污性，能够有效降低输电线路的运维成本。图3复合绝缘子3不同桥接方式对绝缘子串抗冰闪能力的影响实验验证文中为了验证沿直线桥接、弧形桥接、多点接地桥接、三角桥接、T型桥接等不同桥接方式下，绝缘子所承受的电压值对于以上防范措施进行了实验验证。实验结果表明,采用以上防范措施可以有效地降低50 0 kV输电线路闪络故障的发生率。其中,增加绝缘子表面绝缘涂层能够将闪络应用能源技术故障的发生率降低30%，提高桥接导线高度能够将闪络故障的发生率降低50%，强化冰刀对桥接导线的切冰能力则能将闪络故障的发生率降低70%。3.1实验场地及条件该实验在实验室内完成，实验室温度保持在20,相对湿度不大于50%。实验中使用的装置包括桥接装置、绝缘子装置、恒定电源装置和放电检测仪器。在实验过程中,将利用低温水制冰,模拟50 0 kV输电线路覆冰情况。3.2实验装置及测量仪器实验中所使用的主要设备和仪器包括：(1)桥接装置：将所用绝缘子桥接安装在上面,并使其保持固定的结构。(2)绝缘子装置：所用的绝缘子为玻璃弧形绝缘子。（3）恒定电源装置：采用高保真放大器作为驱动源，使所用绝缘子承受不同电压。(4)放电检测仪器：将所用绝缘子的放电现象检测出来，从而帮助我们进行后续的数。3.3实验设计流程实验的具体流程如下：（1)将所用绝缘子按照不同的组合方式进行测试；(2)固定绝缘子和桥接器，并使用高保真放大器驱动；(3)检测绝缘子的电场强度和电位,从而获得绝缘子的性能数据；（4)测量绝缘子下的放电现象，记录下绝缘子被闪过的电压；(5)将数据进行分析，并对实测数据进行处理。3.4实验结果与分析5次实验中，共进行了14次测试，测试结果见表1。1314表1名称沿直线桥接弧形桥接多点接地桥接三角桥接T型桥接从表1实验结果可以看出，不同桥接方式下绝缘子所承受的电压值存在差异，但差异并不显著。因此，桥接技术可以实现防止输电线路覆冰闪络故障，但是桥接方式并不是导致覆冰闪络故障发生的主要原因。4结束语通常绝缘子表面湿度、覆冰厚度、桥接导线以及电场强度等等都会引起输电线路闪络故障，文中针对50 0 kV输电线路在覆冰季节出现的闪络故障进行了研究,并提出了相应的防范措施。最后对不同桥接方式对绝缘子串抗冰闪能力的影响实验验证，结果表明桥接方式并不是导致覆冰闪络故障发生的主要原因，但是桥接器可以显著提高绝缘子串的抗冰闪能力，提高电网的稳定性和可靠性。应用能源技术不同桥接方式下绝缘子所承受的电压值电压/kV506503.5501504.5506.22023年第3期（总第30 3期）参考文献1黄斌,徐姗姗，苏文宇.输电线路覆冰研究综述J.电瓷避雷器,2 0 12(1):2 7-32.2 李李桂冬,杨照辉.输电线路的覆冰研究与分析J.应用能源技术,2 0 13(5):2 5-2 8.3陈雅芳.输电线路绝缘子覆冰预测及防护方法综述J.山东电力技术,2 0 2 3,50(3)：48-56.4周华敏，彭向阳,毛先胤，等.绝缘子覆冰闪络的主要影响因素分析J.广东电力,2 0 11,2 4(11);11-15.5祝永坤，刘博，李祥杰，等.50 0 kV输电线路覆冰闪络故障原因分析及防范措施J.内蒙古电力技术,2 0 18,36(5):7 9 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