摘要：本文通过对500kV仁铜甲线覆冰故障跳闸情况及分析，500kV仁铜甲线#372-#374杆段架设情况及覆冰分析，500kV仁铜甲线#372-#374覆冰断线现场情况及分析，500kV仁铜甲线#374覆冰断线断头分析，找到了500kV仁铜甲线#374覆冰断线的真正原因，为覆冰断线抢修及抗冰加固改造预防措施奠定了基础。
关键词：输电线路；覆冰；断线
Abstract: Based on the analysis of 500 kV Rentong-A line icing fault tripping, 500 kV Rentong-A line #372-#374 site erection and icing analysis, 500 kV Rentong-A line #372-#374 icing broken line site situation and analysis, 500 kV Rentong-A line #374 icing broken line broken end analysis, found 500 kV Rentong-A line #374 icing broken line true This is the reason why it has laid a foundation for emergency repair of ice break and anti icing reinforcement.
Key words: Transmission line；Ice cover；Broken line
1 500kV仁铜甲线覆冰故障跳闸情况及分析
500kV仁铜甲线起点为云南省永仁县宜就镇仁和开关站，终点为云南省会泽县待补镇变电站，全线为单回路架设，长度246.19km，2016年9月5日投产运行。500kV仁铜甲线#372-#374杆段为紧凑型线路，为中国电力工程顾问集团中南电力设计院设计，云南省送变电工程公司施工，该杆段经过寻甸倘甸与东川红土地交界处的大风口，处于中电投集团的风力发电厂区域，海拔为2500m ~3000m。设计相间距离8.2m。采用10mm冰区，最大风速27m/s气象条件设计（#374大号侧设计冰区为15mm）；导线排列方式为等边倒三角形布置，子线为6×JL/G1A-300/40钢芯铝绞线。绝缘配合方面：#372、#374耐张串采用双联420kN（29片）玻璃绝缘子；#373直线杆塔上导线V型串选用240 kN双联合成绝缘子，下导线采用双联悬垂300kN双联合成绝缘子串。
2018年2月5日08:20分500kV仁铜甲线跳闸，重合不成功，保护动作情况为AB(相间)相故障；9:55分强送不成功，保护动作情况为BC(相间)相故障。故障巡线发现#323-#324相间间隔棒（CA间）由于导线覆冰C相、A相弧垂增大，下落至中间相B相导线上，并担在B相导线上，后经检查，无异常。故障巡线还发现#372-#374杆段左边导线（C相）在#374杆塔小号侧处断线掉落至地面，#373-#374相间间隔棒（CA间）与C相连接处已脱落，与A相还处于连接状态。当时天气情况为昆明地区罕见的低温凝冻气候，并且温度下降快，持续时间短，防不胜防。
该条线路较长，有一半线路处于覆冰区域，该段采用10mm轻冰区设计首先不满足现场低温凝冻、降雪及霜冻气候的基本特征因素；其次，覆冰区域段采用紧凑型、大跨越档、超高塔型设计，从设备本质安全达不到规程规范要求；采用的6分裂300/40钢芯铝绞线设计是导线在覆冰时弧垂增大，子导线承载不了固有荷载发生断线的主要因素。
2 500kV仁铜甲线#372-#374杆段架设情况及覆冰分析
500kV仁铜甲线#372-#374杆段为一个耐张段，两基耐张杆塔，一基直线杆塔，耐张段长/代表挡距为955/531，#372-#373使用挡距621m，#373-#374使用挡距334m。#372杆塔，塔型CJ32-39，线路方向左转，转角度数为16°16＇，塔位高程2593.9m；#373杆塔，塔型CZ34-59，塔位高程2668.8m；#374杆塔，塔型CJD51-45，线路方向右转，转角度数为34°04＇，塔位高程2720.6m；（备注：#375杆塔，塔型CZ54-54，塔位高程2672.4m，#374-#375使用挡距813m；#376杆塔，塔型CJ51-39，塔位高程2551m，转角度数为0°0＇#375-#376使用挡距318m）。
从现场塔位高程和挂线点高程分析，#374杆塔塔位高程2720.6m，比#372高126.7m；比#373高51.8m；比#375高48.2m；挂线点高程达到2765.6m，比#372高132.7m；比#373高37.8m；比#375高39.2m。#374杆塔所处位置及挂线点位置都是最高，覆冰也是最严重。同时，这三基杆塔都是塔位高差较大，导线下倾严重杆段。
从现场风速情况分析，#374杆塔处于#19和#20风力发电塔中间，位于风电场大风丫口，设计最大风速27m/s，而实际风速远大于此数值，并且该区域常年有风，以冬春季节季风为主，每天风量以傍晚及夜间最大，早上次之，中午略小。风向自西南方向向东北方向吹，即从线路左边C相导线向右边吹，方向与线路走向成70-80°角度，在温度持续走低的凝冻特殊微气象及微地形条件下，C相导线最先覆冰。
从使用挡距和垂直挡距分析，#374杆塔小号侧耐张段长/代表挡距为955/531，大号侧耐张段长/代表挡距为1131/698。#374杆塔承受了较大的垂直荷载及不平衡张力，又由于#374杆塔为右转34°04＇转角塔，外侧导线即左边相（C相）承载较大张力，尤其是小号侧高差较大、垂直挡距较大的情况下承载了比中相、右边相较大的不平衡张力，在覆冰情况下加速分裂子导线的断股、断线。
从覆冰情况分析，现场覆冰实际达到了40mm以上，远大于10-20mm中冰区设计值。地线覆冰后弧垂与导线相平或低于导线弧垂，引起导地线间放电故障。#373#-#374导线覆冰时已经落到档端上坡侧松树林树尖上，弧垂点处距离地面触手可及，覆冰后对通道的危害及要求增加很大。
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3 500kV仁铜甲线#372-#374覆冰断线现场情况及分析
2月5日早上线路故障跳闸，下午巡视人员在大雪封山、道路封堵情况下不畏艰险徒步跋涉到现场时为下午5点左右，当时天空雾气较大，相对湿度达95%以上，气温-1℃左右，能见度不足5m，风速较大，吹在身上寒风刺骨，并且人在风中已经站不稳，吹得旁边的风机发出震耳欲聋的嘶吼声，整个世界笼罩在能见度范围内的小圆球里，所见之处都是冰凌，并非雪，素色的草丛间、灌木里、树林上全都被晶莹剔透的冰花雕塑，犹如进入童话般的世界里。
铁塔上也被冰花包裹，巡检人员攀爬到#374铁塔时发现小号侧左边导线绝缘子串已失去张力，但还有1根子导线未断线在拉住失去张力的绝缘子串，也就是这根子导线确保了#374左边导线横担在故障情况下仍未发生扭转及变形。玻璃绝缘子裙边大部分已经机械损伤脱落，只剩下铁帽与钢脚相连接，塌拉着挂在铁塔。撕裂的金具吃力的悬在空中，或散落一地在塔腿里及周围，现场一片狼藉。六分裂跳线扭绞变形犹如麻花，拉扯在跳线绝缘子串及铁塔里。#374小号侧50-80m不等处断线的5根子导线掉落地面，或悬在丛林里，鉴于天色已晚，现场未能辨识清楚。
#374-#373为334m档距，51.8m高差的下山坡，靠#374侧生长有一片茂密的松树林，山坡下面是几片被沟箐隔开暂未种植农作物的耕地。通道里导线在弧垂最低点与地面有接触，子线间隔棒在拉扯中被撕裂，散落在树林或耕地里，六分裂子导线已看不出六边形线束整齐的样子，瞬间失去张力的断头随应力四处逃窜，然而在间隔棒及#373双悬垂线夹握着力的约束下，导线外层铝股在强大的拉力作用下被机械隆起，隆起的直径最大有160mm，长度达6m多，可见断线时拉力之大，损伤之强烈真是不可想象的。#373直线杆塔左边相（左上线）12个悬垂线夹被拉裂5个，部分船体已掉落地面，整相导线在#373杆塔里没有发生掉落，拉裂的过程中只有子导线的钢芯发生了位移而没有断线。
#373-#372为621m大档距，74.9m高差的下山坡。由于#373杆塔悬垂线夹的握着力以及大档距大高差情况，该档导线在#373小号侧130m处才落地，落入地面的导线有240m左右，剩余的250m导线由于下山坡地形没有落入地面，并且子导线、金具完好。另外，由于该档档距大，在档距中间安装了左边相与右边相（C、A相）相间间隔棒（相位排列为左中右CBA，#373杆塔为倒三角排列，C、A相在上台，B相在下台，因此相间间隔棒安装子上台C、A相上），现场与C相连接的相间间隔棒端头球头挂环已脱落，与A相连接的相间间隔棒端头还处于连接状态，整个相间间隔棒一端悬垂于空中。
4 500kV仁铜甲线#374覆冰断线断头分析
#374杆塔小号侧左边线（C相）六分裂子导线断线5根，分别是①、②、③、④、⑤子导线，只有⑥子导线未断线（六分裂子导线自左下顺时针编号为①-⑥）。绝缘子金具组装为双联420kN（29片）玻璃绝缘子，由于分裂子导线呈正六边形，引流线也需要为正六边形，因此，跳线线夹不在同一平面，耐张线夹出口也不在同一平面，依次为①⑥在靠近杆塔侧平面、②⑤在中间平面、③④在线路侧平面。正因为如此，三组子线金具组装的延长拉杆，调整板根据间距不同组装不同。
断线点位置情况：①子导线断点位于#374杆塔小号侧左边导线耐张压接管挂点外出0.8m处；②子导线断点位于挂点外出1.36m处；③子导线断点位于挂点外出1.95m处；④子导线断点位于挂点外出1.95m处；⑤子导线断点位于挂点外出1.36m处，每根子导线断头基本处于同一平面，每股铝单丝及钢单丝断头都呈圆锥形（另外一端掉落地面的断头形状相同），可以判断，整相5根子导线并非同一时间断线，或许持续时间还较长。在覆冰荷载超过导线断线零界点，在导线薄弱点处（存在缺陷，安装附件机械损伤，波峰与波谷振幅最大点等），承载应力较大的子导线机械硬拉伤最为严重，随着导线断股，拉伤处导线截面变小，集中在断股处截面的应力增大，以及电流在断股处发热量巨增，综合因素加速了导线的断线。随着子导线的断线，巨大的振动波将整相6根子导线的张力瞬间冲击到5根子导线上，5根子导线自然承受不了张力，瞬间出现了极为严重的雪崩式的消减张力的作用，开始呈数量级的断线和振动，在断线释放张力的巨大抽拉和振动中，导线上的覆冰会随之抖动和掉落，整相导线的荷载及张力在这个过程中逐渐减小，弧垂减小，部分已落入地面，此时，剩余的⑥子导线由于张力急剧减小，导线自身的荷载及振幅未超过其拉断破坏应力，随着绝缘子串松懈下来保持两边的平衡，未发生断线。
从测量5个断头距离挂点的数据以及未断线的⑥子导线分析，位置刚好是在安装导线均压环的位置，这个均压环质量为12.5kg，均压环支撑间隔棒的6个支撑脚用硅橡胶与6分裂子导线连接，根据设计要求，500m以内的档距不安装防震锤，如果安装，位置在从耐张线夹出口处起1.4m处，依据这个数据，这个位置刚好属于②⑤子导线安装防震锤的位置，该位置属于波峰与波谷交替点，振动频率很高，这或许也是造成覆冰断线的因素之一。
5 500kV仁铜甲线#372-#374覆冰断线抢修及抗冰加固预防措施
500kV仁铜甲线是云南电网主网通道，当时500kV仁铜乙线也正处于停电技术改造期，两条500kV双回线路同时停电，对云南电网压力特别大，为尽快恢复电网方式运行，我们成立了抢修项目部，立即展开了现场勘查，制定抢修方案，准备施工人员，工器具、机械及车辆，配备抢修需要的物资，统计规格型号、数量清单立马进行采购，精心统筹安排每个环节，在2018年春节前一天将#372大号侧200m处至#374左边相导线、#374杆塔左边线引流线，金具及附件全部抢修完成并安全送电。
为预防此类冰灾事故发生，需要在设计阶段从路径选择（关注覆冰区、大风区、微地形气象区、50年不遇的极限气象条件等）；杆塔及线路材质及选型，施工工艺等方面综合评价，确保线路本质安全。
对于大档距大高差可考虑取消地线设计，采用降低接地电阻值，加装避雷设施等同架空地线效果方式进行。
对重冰区六分裂子导线可采用四分裂子导线设计，增大导线应力，增强线路本质安全。
对重冰区把紧凑型线路改为自立式铁塔单回路设计，增大线间距离，增强绝缘配合。
另外建议导线上安装的附件越少越好，如需安装，需要进行机械振动试验，热稳定试验合格，研究安装结构、材质、方法并模拟工况试运行合格方能使用。
参考文献
[1]高压架空输电线路施工/祝贺, 李光辉主编.—2版.中国电力出版社，2015.9, ISBN 978-7-5123-7945-9,175-178.
[2]输电线路六防工作手册防冰害（上）/国家电网公司运维检修部 组编.中国电力出版社，2015.7（2015.8重印）ISBN 978-7-5123-7948-0, 5-10.
[3]重覆冰架空输电线路设计技术规程，中华人民共和国电力行业标准DL/T 5440-2009 ICS29.240.20 K20
论文作者:王明华
论文发表刊物:《电力设备》2019年第20期
论文发表时间:2020/3/16
标签：导线论文; 杆塔论文; 断线论文; 线路论文; 高程论文; 绝缘子论文; 间隔论文; 《电力设备》2019年第20期论文;