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架空输电线路常见线路故障分类

作者:柬埔寨赌场 发布时间:2020-10-19 15:29 点击:

  线路事故是指由于各种原因引起线路供电的突然中断,事故出现后,只有首先找到事故点并确定事故类型,才能找出事故原因并采取抢修措施,恢复供电线路的正常运行,并防止以后发生类似的事故。

  输电线路故障常见的有输电线路风偏闪络故障、雷击跳闸、雷击断股、线路覆冰故障、线路污闪、线路外力破坏故障、线路鸟害故障等等。

  输电线路运行的环境较为复杂,很大一部分输电线路处于复杂的山地地形,同时输电线路较长,所途经的路段各种情况都可能遇见,如山地、沙丘、交通干线等附近,这样一旦有大风天气出现,则这部分输电线路则会直接在风载荷的作用下发生摇摆,从而导致风偏闪络的发生。同时在风载荷发生时,对于使用年限较长的杆塔都会造成一定的威胁,打破原有杆塔的平衡性或是造成杆塔的倒塌。部分输电线路处于树木的附近,当这些树木不断生长时,突破与输电线路之间的安全距离,一旦有强风的发生,则会导致接地故障或是短路的发生。所以大风对输电线路的影响是十分大的,其所造成的后果也非常严重,而且一旦由于风灾导致输电线路故障的发生,则很难在短时间内得到解决,会导致故障所造成的损失不断的扩大。 风致输电线路故障形式及其产生原因主要如下:

  微风振动是在风速不大的情况下产生的垂直平面内的高频低辐的振动现象。当架空导线m/s稳定的横向均匀风力作用时,在导线的背面将产生上下交替变化的气流旋涡(又称卡门旋涡),该涡流的依次出现和脱离使导线在垂直平面内 I起激烈振动。当这个交变的激励频率与导线的固有频率相等时,导线将在垂直平面上发生谐振,形成有规律的一上一下波浪状的往复运动,即微风振动。

  微风振动是一种高频(f=5Hz~100Hz)低幅(A≤导线mm左右)呈驻波型式的振动。微风振动的能量及振幅虽然都不大,但是发生振动的时间却很长,约占全年时间的30%~50%。悬垂线夹处的导线长期处于这种反复波折的状态,容易引起导线的耐受疲劳强度降低,导致断线,金具磨损和杆塔部件损坏等。其所引起的线路疲劳断股等事故,需要有一个累积时间和过程。一般发现危害是在产生疲劳断股或防振器毁坏脱落之后,而这时线路危害较重。同时微风振动产生的破坏有一定的隐蔽性。疲劳断股有时会从导、地线内层开始,从导线外部发现不了,这给巡线工作造成假象。

  舞动的形成一般在气温t0 ~7℃ ,风速v 5~1 5m/s,冬季及早春,地处风口地段或者开阔的平原,风向与线。,海拔较低,气压较高的区域。气压较高的区域,由于导线在大气中的比重相对较高,从而使得风易推动导线上下运动,为舞动创造条件。舞动与电压等级关系不大,各种电压等级的线路上均发生过舞动。其引起跳闸的次数较多,与覆冰厚度没有显著的相关性,与地形、档距、导线直径及导线张力之间有一定的关系。

  舞动使杆塔产生很大的动荷载,危及杆塔及导线的安全。舞动严重时,塔身摇晃、耐张塔横担顺线摆动、扭曲变形、近塔身处联结螺栓会松动、损坏、脱落等。舞动可使导线相间距离缩短或碰撞而产生闪络烧伤导线,并引起跳闸。舞动会使金具及部件受损,如间隔棒握线夹头部松动或折断,造成间隔棒掉落;悬垂线夹船体移动,联结螺栓松动、损坏、脱落,防振金具钢线疲劳、锤头掉落等。

  (1)恶劣的气象条件是造成风偏闪络事故的诱因,即发生风偏闪络的本质原因。当输电线路处于强风等恶劣环境下,此时强风使得绝缘子串向杆塔方向倾斜,减小了导线与杆塔间的空气间隙距离,有时导线一杆塔空气间隙之间存在异物(雨滴、冰雹、沙尘等)降低了空气间隙的电气强度,当该距离不能满足绝缘强度要求时便发生放电。

  (2)设计参数选择不当是造成风偏事故的根源。线路防风偏设计的主要参数是风偏角,合理选择风偏角设计参数是保证输电线路最小空气间隙满足规程要求的前提,在易于产生强风的某些微地形区,设计参数选择不当,一旦形成某些强对流天气,就会发生风偏故障。

  大风故障,即大风影响输电线路的常安全运行。通常由大风造成的故障有两类:(1)风力超过杆塔的机械强度而发生的杆塔倾斜或歪倒所引起的事故。(2)风力过大使导线承受过大风压,产生导线摆动以及在空气紊流作用下导致的导线 同期摆动,从而引起导线之间相互碰撞而造成相间短路、闪络放电以至引起停电事故。

  (1)设计方面。基准设计风速考虑不太合理,设计裕度不足,设计风荷载时未考虑阵风的动力效应等。

  (2)施工方面。遗留的缺陷未及时处理:如基础未夯实,拉线夹角不符合要求等。

  客观气象恶劣,风速超过了设计值。(4)运行维护方面。线路缺陷未及时发现或处理等。如塔材被盗未及时发现,基础埋深不足,卡盘外露等。

  次档距振荡是在采用相分裂导线的线路,在较大风(风速v=7~20m/s)的情况下发生的两间隔棒间线段的振荡现象 。当风横向吹向分裂导线时,气流速度在迎风侧那根子导线的背向涡流区要降低,形成一定的尾流区域,分裂导线中一根或多根子导线就不可避免地处在迎风侧子导线形成的尾流中,尾流中的子导线上下方气流速度会不一样,按流体动力学原理则将产生升力和阻力,阻力使该子导线作近干水向的摆动,升力则使该子导线作垂直面 下振动,两者叠加成椭圆形的振荡,这就是分裂导线的次档距振荡,从而发生在交变的风力作用下的低频大振幅振动。

  次档距振荡振幅、频率介于微风振动和舞动之间,一般发生在水平面上,呈椭圆形轨迹。次档距振荡会造成同相子导线互相碰撞和鞭击,使导线碰伤,进而造成阻尼性能差的间隔棒松动、脱离或破断,以至需要更换造价昂贵的导线和金具。甚至造成导线断股、短路等恶性事故,严重威胁架空导线及金具的运行寿命。

  针对我国近些年来高压输电线路频发的事故,国内的研究者做过很多研究。从目前的研究结果来看,我国近些年风致事故的主要原因有: (1)客观上讲,全球气候变化是一个主要原因。由于人类的不合理开发和利用自然资源,使得全球的气候发生了变化,灾害性以及极端天气呈现出越来越频繁的趋势。 (2)输电塔一线体系是一种十分复杂的空间耦联体系,这种耦合效应使得输电塔的动力特性和风振响应的评估十分困难、复杂,而我国架空送电线路杆塔结构设计技术规定把输电杆塔和输电线分开考虑进行计算,输电塔的设计仅把输电线作为荷载考虑,没有考虑到塔线耦合的相互影响.。而输电塔一线耦联体系的风振实际测试数据以及试验数据的相对缺乏,使其抗风研究尚处于初期,无论是灾害荷载的作用机理,还是结构体系分析方法、结构设计理论、动力学控制等均存在很多缺陷。 (3)高压输电杆塔抗风设计标准相对国外设计标准较低。我国对大跨越输电杆塔抗风设计的重现期为50年一遇的大风,而对于普通的高压输电杆塔采用的是30年作为重现周期。而在国际通用线中,对于设计风速的重现周期最小都是50年,美国输电线,ASCE)对大风设计风速的重现期分别取50,l00,200,400年一遇。

  雷云放电在电力系统中引起过电压称为雷电过电压,由于其电磁能量来自体系外部,又称外部过电压,又由于雷云放电发生在大气中,所以又称为大气过电压。

  架空输电线路中常见的过电压有两种:第一种是架空线路上的感应过电压,即雷击发生在架空线路的附近,通过电磁感应在输电线路上产生的过电压;第二种是直击雷过电压,即雷电直接打在避雷线或是导线上时产生的过电压。

  雷击跳闸往往引起绝缘子闪络放电,造成绝缘子表面存在闪络放电痕迹。一般来说,绝缘子发生雷击放电后,铁件上有熔化痕迹,瓷质绝缘子表面烧伤脱落,玻璃绝缘子的玻璃体表面存在网状裂纹。雷击闪络发生后,由于空气绝缘为自恢复绝缘,被击穿的空气绝缘强度迅速恢复,原来的导电通道又变成绝缘介质,因此当重合闸动作时,一般重合成功。

  当然,雷击也可能引起永久性故障,一般有三种情况:瓷绝缘子脱落、避雷线断线、导线断线。根据对雷击故障点地形杆塔特点的统计分析,遭受雷击的杆塔多在:

  由于雷电流大,一次雷击就可以造成绝缘子闪络或绝缘子炸裂。雷击和污闪在导线上留下的烧伤痕迹特点为:污闪留下的烧伤痕迹集中,甚至仅在线夹上或靠近线夹的导线上留下烧伤痕迹,面积不大但痕迹较深,烧损较重。雷击烧伤往往面积较大且分散,烧伤程度相对较轻。雷击和污闪都可能造成线夹里边的导线烧伤,这种在线夹内烧伤导线现象污闪高于雷击。雷击闪络还可能烧伤避雷线悬挂头、接地引下线的接地线的接地螺栓连接处和拉线楔型线夹连接处,并留下明显的烧痕。雷电活动是一个复杂的大气活动过程。雷害是影响输电线路安全的重要因素,雷击跳闸多年来一直位居线路故障的首位。随着科学技术的不断发展,防雷方法和措施不断涌现、完善。输电线路的防雷工作要结合线路的实际情况,从雷击跳闸的原因入手、因地制宜、有针对性地采取相应的措施,以保证输电线路的安全运行。

  目前,线路覆冰可以从很多种角度进行分类,一般情况下,根据其危害程度及电力系统运行、维护、设计和科研的要求,将导线覆冰分为白霜、雾凇、雨淞和混合凇等四类,雾凇是冬季高寒高海拔山区输电线路最常见的一种覆冰形式。输电线路覆冰事故与各地的年平均雨凇日数和年平均雾凇日数有关。一般来说,年平均雨凇日数的影响较年平均雾凇日数更为严重。导线覆冰主要发生在严冬或初春季节,当气温降至-5℃~0℃,风速在3~15 m/s时,空气中的很小的过冷却水碰到导线,使得液体的过冷却水发生形变后依附在导向上面形成雾凇。如遇大雾或小雨加雪,则在导线上形成雨凇;如果气温继续下降,冻雨和雪则在粘结强度很高的雨凇冰面上迅速增长,形成冰层。如果气温继续下降,在原来的冰层外层会积覆雾凇。这种过程将导致导线表面形成雨凇一混合淞一雾凇的复合冰层。

  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作用,可能引起大幅低频振动,即舞动。此时,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。

  当导线上均匀覆冰时,虽然其载面增大,但其形状仍保持为均匀圆形,因此,一定的风力所引起的导线振动,其频率低于裸线时的频率,而振幅比裸线时小,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,在相应风力作用下,导线m以上)的舞动。导线舞动将引起差频荷载,从而导致金具损坏,导线断股,相间短路、线路跳闸及杆塔倾斜或倒塌等严重事故。

  在单导线覆冰时,由于扭转刚度小,在偏心覆冰作用下导线易发生很大扭转,使覆冰接近圆形;而分裂导线覆冰时,由于间隔棒的作用,每根子导线的相对扭转刚度比单导线大得多,在偏心覆冰作用下,导线的扭转极其微小,不能阻止导线覆冰的不对称性,导线覆冰更易形成翼型断面。因此,对于分裂导线,由风激励产生的升力和扭矩远大于单导线。

  大截面导线的相对扭转刚度比小截面大,在偏心覆冰作用下扭转角要小,导线覆冰更易形成翼型断面,在风激励作用下,产生的升力和扭转要大些。因此分裂导线和大截面导线更易产生舞动。

  覆冰导线在气温升高,或自然风力作用,或人为振动敲击之下会产生不均匀脱冰或不同期脱冰。导线不均匀脱冰也会使线路产生危害很大的机械或电气事故。因为随着导线覆冰量增加,相应地张力明显增大,弧垂也有所下降,当大段或整档脱冰时,由于导线弹性储能迅速转变为导线的动能、位能,引起导线向上跳跃,进而产生舞动,使相邻悬垂串产生剧烈摆动,两端导线张力也有显著变化。

  输电线路绝缘子要求在大气过电压、内部过电压和长期运行电压下均能可靠的运行。但沉积在绝缘子表面上的污秽在雾、露、毛毛雨、融冰、融雪等气象条件的作用下,将使绝缘子的电气强度大大降低,从而使得输电线路在运行电压下发生污秽闪络事故。污闪污秽闪络的根本的原因是污秽,污秽绝缘子在受湿润后,含在污秽层中的可溶性物质边逐渐溶解于水中,称为电解质,在绝缘子表面上形成一层薄薄的导电薄膜。这层导电薄膜的导电率取决污秽物的化学成分和润湿的程度。在润湿饱和时,污层的表面电阻甚至能降低几个数量级,绝缘子的泄漏电流也相应的剧增。在铁脚附近,因直径最小,电流密度最大,发热最甚。当绝缘子的垂直悬挂时,该处有处在瓷裙遮挡的下方,不易直接受到雨雪的较强烈的润湿,该处表面就被逐渐烘干。先是在靠近铁脚的某处形成局部烘干区。由于被烘干,该区域边面的电阻率大增,迫使原来流经该区表面的的电流转移到与该区并联的两侧的湿膜上去,使流经这些湿膜的电流密度增大,加快了这些湿膜的烘干过程。这样发展下去,在铁脚的四周便很快形成一个环形烘干带。烘干带具有很大的电阻,这就使所分担的电压剧增。当加在烘干带上的某处场强超过临界值时,该处就发生局部沿面放电。(由于这种放电现象具有不稳定的、时断时续的性质,我们称其为闪烁放电)于是,大部分泄漏电流经泄漏电流闪烁放电的通道流过。在闪烁放电通道的外端附近润湿表面处电流密度比其两侧大,促使烘干区向外(径向)扩展。另一方面,闪烁放电通道的存在,等于把烘干带短路,使两侧烘干带中流过的泄漏电流降到很小,这些区中的烘干作用就很微弱了,大气中的水分有逐渐使这这些区域的表面润湿,表面电导增大,反过来对闪烁电流通道造成分流,减少闪烁放电通道中的电流,以至可能使闪烁放电熄灭于是,原通道中电流转移到两侧的润湿区,使该区再烘干,并在该区触发新的闪烁放电。这样,闪烁放电的路径一面向径向横向转移,总的趋势使环形烘干带的宽度逐渐加大,闪烁放电的长度也随之增长。

  如果污秽绝缘子的泄漏距离(简称爬距)较长,其余串联润湿部分的电阻较大,则烘干带中闪烁钢电的电流就较小,放电通道呈蓝紫色细线状。当这闪烁放电的长度增加一定程度时,分担到放电通道上的电压(它等于总电压减去润湿带上的压降)已不足以维持这样长的闪烁放电,这闪烁放电就熄灭。由于此时烘干带已扩展到较大的半径从铁脚到铁帽之间总的泄漏电流被烘干带的高电阻限制到很小的值,烘干作用就大为减弱,几乎终止。在这期间,大气中小水滴有逐渐把烘干带润湿,泄漏电流增大,基本又重复上述循环。这样,整个过程就称为烘干与润湿、熄弧与重燃,间歇性交替的过程,这样的过程在雾中可能持续几个小时而不会造成整个绝缘子的表面沿面闪络。

  如果污秽严重、或绝缘子的爬距较小。润湿带总的漏电阻较小则流过烘干带的闪烁放电电流就较大,放电通道就呈黄红色编织状,且较粗,通道中的温度也增高到热游离的程度成为具有下降伏安特性的电弧放电,通道所需场强变小,分担到这闪烁放电通道上的电压足以维持很长的局部电弧而不会熄灭,最后发展到整个绝缘子的沿面闪络。

  这时一个绝缘子的情况,对于一串绝缘子来说,污闪的基本过程如上所述,不同的是:分布在各绝缘子上的电压不仅不是恒定的,而且也不只是由各绝缘子自身在该时状态所决定的,而是由整串绝缘子在该时的状态决定。实际上,整串绝缘子中各绝缘子所处的大气环境相同,各绝缘子的污湿、烘干、放电过程各过程发展是差不多的。只是各个过程在时间上有参差,在程度上有强弱。相互影响,形成一个相当复杂的过程。

  污秽绝缘子在大雨中一般不会发生污闪,绝缘子表面被雨水完全淋湿后,雨水形成连续的导电层,泄漏电流增大很多,使沿面闪络电压降低。而且大雨把污秽冲洗掉一部分,对绝缘子表面的导电膜有稀释作用;另一方面,在大雨下,很难形成烘干带以引起局部电弧。

  自然污秽。该类污秽主要来自于海洋、沼泽和土壤等自然环境。主要有:农田尘土污秽、盐碱污秽、沿海地区海水(雾)污秽、鸟粪污秽等。

  第二类:工业污秽。工业污秽是在工业生产过程中由烟囱排出的气相、液相和固相污秽物质。它主要分布在工业集中的地区,包括电力发电厂、化工厂、玻璃厂、水泥厂、冶炼厂和矿场等工业设备排出的烟囱和水雾等。在各类工业污秽中,化工污秽对绝缘子电气强度的影响最严重,其次是水泥、冶金等污秽。

  大气环境中存在的污秽按形状可以划分为颗粒性污秽和气体性污秽两大类。颗粒性污秽包括灰尘、烟尘、金属粉尘、液滴、雨滴、雾滴等;气体性污秽呈气态弥漫在空气中,具有很强的覆盖性能,此类型污秽包括各种化工厂排出的气体、海风带来的盐雾等。绝缘设备污闪是指由于表面积积聚的污秽物在特定条件下发生潮解,沿设备表面的泄露电流急剧增加,导致设备发生闪络的现象。

  总的来看,绝缘设备发生污闪有两个前提条件:一个是大气污染造成设备的表面污染;另一个是使积聚的污秽物受潮的气象条件。绝缘设备的污闪过程是一个涉及到电、化学和热现象的错综复杂的变化过程,污闪的发展过程一般可以被划分为如下四个阶段:

  外力破坏故障主要由违章施工作业,盗窃、破坏电力设施,房障、树障、交叉跨越公路,在输电线路下焚烧农作物,山林失火及漂浮物(如放风筝、气球、白色垃圾)等造成。针对外力破坏的主要原因,有必要进行具体故障分析,提出有效可行的防治措施,以保证输电线路的安全运行。

  违章施工作业。表现在一些单位和个人置电力设施安全不顾,在电力设施保护区内盲目施工,有的挖断电缆,有的撞断杆塔,有的高空抛物,有的围塘挖堰,在线下钓鱼等,导致线)

  很多鸟类喜欢在农田、果林等附近方便觅食的杆塔上造窝筑巢。它们造窝所用材料大多为树枝或杂草,往往会有部分垂落在绝缘子上或接触、靠近带电导线,遇阴雨、浓雾天气,树枝、杂草接触导线(或靠近导线)绝缘将急剧下降,引起线路接地故障;或遇大风天气时,鸟窝可能被大风吹散,则会使树枝或鸟窝里的金属丝等具有导电性的杂物落在导线上,造成接地跳闸故障。 另一些鸟类(如乌鸦、喜鹊等)喜欢嘴里衔着树枝、杂草等异物,当它们叼着湿润长草、藤蔓植物或金属丝等导电性异物停留在杆塔横担、悬垂绝缘子均压环上时或穿越靠近杆塔构件与导线绝缘间隙时,导线通过异物对杆塔放电,造成接地短路跳闸故障。

  鸟儿喜欢飞行,而且鸟儿喜欢口叼树枝、铁丝、柴草等物飞行,当它们在线路上空往返飞行时,铁丝、杂草等物落在杆塔横担、悬垂绝缘子均压环上时或穿越靠近杆塔构件与导线绝缘间隙时,会造成线路故障;鸟在横担上刁食小动物时,小动物短接线路引起线路接地跳闸;体型较大的鸟类或鸟类争斗时飞行在导线间可能造成相间短路或单相接地故障。

  一些鸟类虽不在杆塔上筑窝,但栖息在杆塔横担上,由于排粪会使绝缘子污染,在空气潮湿、大雾时易发生闪络事故。原因有三:第一,鸟粪是一种导电混合液体,含水量和电解质较高,在带电导体之间造成闪络;第二,粪便污染了直线悬垂绝缘子串,若积粪太多,会使绝缘子发生污闪事故;第三,当鸟类处在绝缘子串的正上方拉稀屎时,长长的稀屎会沿着瓷裙表面下滑,使绝缘子串上形成一条稀屎短路带,造成绝缘子伞裙短接而使爬距减小,当稀屎短路4片以上绝缘子串时,即可引发一次单相接地故障事故。

  除开以上外还有洪水暴雨、本体缺陷等故障。雷雨季节、季节洪水冲刷杆塔基础,从而引起基础边坡塌方、塔基裂缝、沉降或是更严重的倒杆倒塔故障。

  由于线路如工艺问题、电气距离问题、材料质量等本体缺陷原因,在长时间受微风振动、气温变化的影响下也会造成线路故障。

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