由覆冰、舞動引起的輸電線路倒桿(塔)、斷線及跳閘事故,嚴重威脅到電網的安全穩定運行及供電可靠性。

1覆冰形成原因和過程

導線覆冰首先是由氣象條件決定的,是受溫度、濕度、冷暖空氣對流、環流以及風等因素決定的綜合物理現象。云中或霧中的水滴在0℃或更低時與輸電線路導線表面碰撞并凍結時,覆冰現象就產生了。貴州省地處云貴高原,海拔在1500m以上,境內溝壑縱橫,地勢高低不平,空氣潮濕,受西伯利亞寒流和太平洋暖濕氣流的共同影響,2008年初貴州大面積的遭受了覆冰危害。導線表面發生覆冰現象必須滿足以下幾個條件:大氣中必須有足夠的過冷卻水滴,過冷卻水滴與導線接觸,過冷卻水滴立即凍結在導線表面。

覆冰按形成條件及性質可分為A、B、C、D、E五種類型。

A型稱雨凇覆冰,是在凍雨期發生于低海拔地區的覆冰,持續時間一般較短,環境溫度接近冰點,風相當大,積冰透明,在導線上的粘合力很強,冰的密度很高,雨凇覆冰是混合凇覆冰的初級階段,由于凍雨持續期一般較短,因此,導線覆冰為純粹的雨凇覆冰的情況相對較少。

B型稱混合凇,當溫度在冰點以下,風比較猛時,則形成混合凇。在混合凇覆冰條件下,水滴凍結比較弱,積冰有時透明,有時不透明,冰在導線上粘合力很強。導線長期暴露于濕氣中,便形成混合凇。混合凇是一個復合覆冰過程,密度較高,生長速度快,對導線危害特別嚴重。

C型稱軟霧凇,是由于山區低層云中含有的過冷水滴,在極低溫度與風速較小情況下形成的。這種積冰呈白色、不透明、晶狀結構、密度小,在導線上附著力相當弱。最初的結冰是單向的,由于導線機械失衡,逐漸圍繞導線均勻分布,在此情況下,這種冰對導線一般不構成威脅。

D型和E型分別為白霜、雪,白霜是空氣中濕氣與0℃以下的物體接觸時,濕氣往冷物體表面凝合形成的,白霜在導線上的粘結力十分微弱,即使是輕輕地振動,也可以使白霜脫離所粘結導線的表面,與其他類型覆冰相比,白霜基本不對導線構成嚴重危害。

空氣中的干雪或冰晶很難粘結到導線表面。只有當空氣中的雪為“濕雪”時,導線才會出現積雪現象。當有強風時,雪片易被風吹落,導線覆雪不可能發生,故導線覆雪受風速制約,因此平原地區或低地勢無風地區,導線覆雪現象較山區常見。

導線覆冰的基本物理過程是嚴冬或初春季節,當氣溫下降至-5~0℃,風速為3~15m/s時,如遇大霧或毛毛雨,首先將在導線上形成雨凇,這時如果氣溫再升高,雨凇則開始融化,如天氣繼續轉晴,則覆冰過程就停止;這時如果天氣驟然變冷,出現雨雪天氣,凍雨和雪則在粘結強度較高的雨凇面上迅速增長,形成較厚的冰層;如溫度繼續下降至-15~-8℃,原有冰層外則積覆霧凇。在這樣一個過程中,出現多次晴~冷變化天氣,短暫的融化加強了冰的密度,如此往復發展將形成霧凇和雨凇交替重疊的混合凍結物,即混合凇。

2影響覆冰的因素

當具備了形成覆冰的溫度和水汽條件后,風對導線覆冰起著重要的作用。它可將大量的過冷卻水滴不斷地輸向線路,與導線碰撞而被截獲并逐步增大形成覆冰現象。據觀測,覆冰首先在導線迎風面上成長,當迎風面達到某一覆冰厚度時,導線因重力作用而產生扭轉,從而出現了新的迎風面。這樣,導線通過不斷扭轉而使覆冰逐步增大,最終導線上形成圓形或橢圓形的覆冰。除了風速的大小對覆冰有影響外,風向與導線平行時,或當與導線之間的夾角小于45°或大于150°時,覆冰較輕;風向與導線垂直或風向與導線之間的夾角大于45°或小于150°時,覆冰比較嚴重。

除了風速大小和風向會影響覆冰外,線路走向和導線懸掛高度及導線直徑都會影響到導線的覆冰力學。一般來說,我國東西走向的導線覆冰,普遍較南北走向的導線覆冰嚴重,因此在重冰區線路走線時,盡量避免呈東西走向。導線懸掛高度越高,覆冰越嚴重,因為空氣中液水含量隨高度的增加而升高,有利于覆冰的形成。另外,導線越粗覆冰也越嚴重。

3輸電線路覆冰危害的特點

3.1線路覆冰倒桿(塔)斷線的特點

線路覆冰倒桿(塔)斷線的特點:一是由于覆冰時桿(塔)兩側的張力不平衡造成的。在一些地形起伏較大的地區,兩相鄰的桿(塔)在高度和距離上存在很大的差距,在還未覆冰時兩側就形成了較大的不平衡張力,當線路上出現大密度的覆冰時,桿(塔)兩側的不平衡張力加劇,當張力不斷加大,直至到達桿(塔)、導線所能承受的極限時,就出現了導線斷落或桿(塔)倒塌的現象。因此,在災后恢復和未來的設計改造中,應盡量避免大高度差、大距離和大轉角。二是線路上有大密度的雨凇覆冰時,因為雨凇覆冰是“濕”度增長過程,其粘附能力強,不易掉落。在風的激勵下,導線會產生大振幅、低頻率的自激振動。當舞動的時間過長時,會使導線、絕緣子、金具、桿(塔)受不平衡沖擊疲勞損傷。

3.2覆冰絕緣子串的閃絡特性

絕緣子的冰閃是冰害的另一種,當絕緣子發生覆冰現象后,在特定溫度下使絕緣子表面覆冰或被冰凌橋接后,絕緣強度下降,泄漏距離縮短。在融冰過程中冰體表面或冰晶體表面的水膜會很快溶解污穢物中的電解質,并提高融冰水或冰面水膜的導電率,引起絕緣子串電壓分布的畸變(而且還會引起單片絕緣子表面電壓分布的畸變),從而降低覆冰絕緣子串的閃絡電壓。大氣中的污穢微粒直接沉降在絕緣子表面或作為凝聚核包含在霧中,將會使絕緣子覆冰融化時,冰水電導率進一步增加。另外有關試驗數據表明,覆冰越重、電壓分布畸變越大,絕緣子串兩端,特別是高壓引線端絕緣子承受電壓百分數越高,最終造成冰閃事故。

實際上,純冰的電阻很高,完全可以滿足電力系統安全運行的要求,只有當冰中混雜有導電雜質后,覆冰絕緣子的閃絡電壓才會降低。這不僅因為冰閃是由于冰中含有污穢等導電雜質造成的,而且從污穢絕緣子和覆冰絕緣子的耐受電壓和閃絡機理也可發現其相似性。圖1為覆冰絕緣子交流耐受電壓和污穢絕緣子交流耐受電壓的比較。

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圖1覆冰絕緣子與污穢絕緣子交流耐受電壓的比較

從圖1中曲線可知,除了兩者耐受電壓的數值有差異外,覆冰絕緣子與污穢絕緣子的耐受電壓隨等值附鹽密度的變化趨勢基本一致。

4冰害的防治措施

冰害對輸電線路的安全穩定運行產生很大的影響,因此必須采取有效的措施,防治冰害事故的發生。

一般而言,防止輸電線路冰害事故的最重要方法,是在設計階段采取有效措施,盡量避開不利的地形,即盡量避開最嚴重的覆冰地段或“避重就輕”。線路宜沿起伏不大的地形走線,盡量避免橫跨埡口、風道和通過湖泊、水庫等容易覆冰的地帶,翻越山嶺時應避免大檔距、大高差,沿山嶺通過時,宜沿覆冰季節背風向陽而走線,應避免轉角點架設在開闊的山脊上,且轉角角度不宜過大等,達到減少覆冰概率和減輕覆冰程度的目的。

4.1經過重冰區的輸電線路應嚴格按《重冰區架空輸電線路設計規定》進行設計

對于檔距較大的重覆冰地段,采取增加桿塔、縮小檔距的措施,以增加導線的過載能力,減輕桿塔荷載,減小不均勻脫冰時導線、地線相碰撞的機遇。對重覆冰區新建線路應盡量避免大檔距,使重覆冰區線路檔距較為均勻。

增加輸電線路的覆冰承載能力,還可以在不改變原有桿(塔)位置的情況下,將鋼芯鋁絞線更換為新型的鋼芯鋁合金導線,以LGJ-400型導線為例,可將其換為新型HL4GJQ-400,這樣既保證了線路的輸電能力,又滿足覆冰過載時導線的安全運行。桿(塔)的承載沒有增大,反而減小。HL4GJQ-400鋼芯鋁合金導線比LGJ-400鋼芯鋁絞線抗拉強度增大1.26倍、重量降低9.35%。在同等地理、氣象條件下,新選擇的導線、避雷線組合比原設計的導線、避雷線組合的抗覆冰性能大大改善。

當線路走向、桿(塔)位不變的條件下,導線由LGJ-400鋼芯鋁絞線更換成HL4GJQ-400鋼芯鋁合金導線后,最大使用張力由58224.5N降至57196N,每米導線覆冰時的垂直荷重由63.93N降為62.3N,避雷線規格不變,每米避雷線覆冰時垂直荷重不變,但最大使用張力由原來的47462.7N降為39275.3N,從垂直荷載和水平張力的數據顯示,桿(塔)的荷載有了明顯的降低,桿(塔)的安全儲備得到明顯提高。導線的最大使用應力相同,HL4GJQ-400的比載較LGJ-400的小,故對地距離、交叉跨越距離有所改善。導線的安全系數由2.22(按新手冊實為2.109)提高到2.6655,避雷線的安全系數由2.5(按新手冊實為2.225)提高到2.8倍,導線、避雷線的安全系數均提高1.26倍,覆冰的過載能力得到了較大提高,按50mm冰區校驗已能滿足規程要求。

4.2絕緣子串的防冰

由于絕緣子串結構、形狀復雜,在自然環境條件下的風向、風速及濕沉降水種類等的作用下,絕緣子的覆冰形狀千姿百態,因此要防止運行線路的絕緣子串覆冰有較大的難度。根據前面的論述及分析,運行中的覆冰絕緣子串發生閃絡的主要過程是,被冰凌橋接的絕緣子串處于融冰狀態時,電導率高的融冰水形成水簾,導致絕緣子串裙邊之間形成閃絡通道,從而發生絕緣子串閃絡。因此,阻斷絕緣子串裙邊融冰水形成水簾,是防止絕緣子串發生冰閃的一種有效方法。而絕緣子串水平懸掛、V型串、斜向懸掛等,則可起到防止融冰水形成垂直水簾的作用。

4.2.1懸式絕緣子串增加大盤徑傘裙阻隔法

?·大盤徑絕緣子隔斷:在直線懸式瓷絕緣子串的上部、中部、下部各更換一片大盤徑絕緣子,阻斷了整串絕緣子冰凌的橋接通路。

?·特制合成絕緣子:向合成絕緣子生產廠家定做上、中、下各有一片特大傘裙的合成絕緣子,將原運行的合成絕緣子替換下來。

?·合成絕緣子加大盤徑絕緣子:在原來運行的合成絕緣子上方加一片大盤徑瓷絕緣子。

?·粘貼大傘裙或絕緣板:加特制傘裙或絕緣板(草帽型),通過將原有普通合成絕緣子采用粘貼或熱塑等方法,將特制大傘裙固定為一體或采用加草帽型絕緣板。

4.2.2懸垂絕緣子串斜掛法

絕緣子串水平懸掛或V型懸掛以及倒V型懸掛,均可提高覆冰絕緣子串的冰閃電壓,而對于直線桿塔來說懸垂絕緣子串,改水平懸掛或V型懸掛是有較大的困難,而改為倒V型懸掛工作量也很大,而“架空送電線路運行規程”中規定,直線桿塔的絕緣子串順線路方向的偏斜角不得大于7.5°,這是從直線桿塔兩側的導線檔距內的受力平衡來考慮的。如果考慮了兩側的平衡,有意識地將順線路方向的絕緣子串偏斜角加大,這樣也可以改善覆冰絕緣子的冰閃電壓。

多次發生舞動的線路區段加裝防舞動裝置,雙串絕緣子間增大掛點間距或加裝間隔裝置。

重覆冰區線路不宜采用玻璃絕緣子串,以減少或防止因玻璃絕緣子覆冰后長時間的局部電弧使其燒傷或引起炸裂等情況。

除了采取以上措施外,還要加強地形、氣象區的資料收集,建立專門為解決輸電線路覆冰問題的觀測站,細化對冰區的劃分。

篇2:低壓配電系統漏電危害性研究防范措施

引發電氣火災的原因主要有:短路、過負荷、接觸不良、漏電、燈具和電熱器具引燃可燃物等。近年來,由漏電引起的火災不斷發生、這種火災比起短路等引起的火災更具隱蔽性.失火后也難以找出真正的原因(被短路等假象所掩蓋)因此危害性也就更大、充分了解漏電火災的危險性,加強對漏電的技術防范,是電氣安全工作的重要任務之一。

1漏電火災的危險性

電氣線路或設備絕緣損傷后在一定的環境下對靠近物質(穿線金屬管、電氣裝置金屬外殼、潮濕木材等)會發生漏電,漏電可使局部物質帶電,會給人們造成嚴重的或致命的觸電危害或產生火花、電弧、過熱高溫等而造成火災。目前,在低壓配電系統中多采用接零保護(接地保護)及過流保護裝置(熔斷器等)防止嚴重漏電短路情況的發生。

1.1發生漏電的技術分析

當電氣設備發生漏電即碰殼短路時,電流使設備外殼、保護接零線(保護接地線)、零線(大地)形成閉合回路、通常漏電電流將很大,會使熔斷器動作而切斷電源,由此看來似乎這種漏電的危險性是可以避免的。但由于下述原因的存在,使過流保護裝置并不絕對可靠。

(1)熔斷器規格可能被人為加大數倍或熔斷器被銅絲代替,起不到過流保護作用;

(2)故障點可能發生在系統的足夠遠的末端,故障回路阻抗較大,漏電短路電流不足以令熔斷器動作;

(3)如果電氣設備容量較大,熔體額定電流超過漏電電流時,熔斷器也不會動作;

(4)接地裝置不符合要求,造成接地電阻較大,導致漏電短路電流較小也不會令熔斷器動作;

(5)當采用過電流自動保護開關時,開關失靈,或脫扣電流設置過大,自動保護開關不動作;

(6)保護接零(接地)線的接線端子連接不實,造成接觸電阻過大,限制了故障電流,致使熔斷器不動作。

上述現象在實際中并不少見,或存在一種或同時存在幾種且不被人重視因此漏電一旦發生,將持續存在,導致觸電或電氣火災事故。許多漏電火災案例也證明了這一點。

1.2漏路電引起火災的原因

(1)漏電故障點處接觸不良或漏電電流引起火災。通常情況下故障點處的接觸會不實,似接非接。導致接觸電阻較大,使過流保護裝置難以動作;同時故障點處會產生電弧、據測,僅0.5A的電流的電弧溫度可達2000℃以上,足以引燃所有可燃物。保護零線或保護地線的線徑大小容易被忽視,如果選擇過小,當通過較大的漏電電流時,線路溫升較快,同樣也能引起火災。

(2)保護零線或保護地線的接線端于處連接不實,引起火災。保護零線或地線的接線端于連接不實,電阻過大.設備可照常工作,但故障點不易發現。此處一旦發生漏電,出現高阻,造成局部過熱,連接端于處產生高溫或電弧,能夠引燃周圍可燃物質,或者燒壞電器插座、開關等,引燃木質底座.這是較為常見的漏電起火形式。

(3)漏電電壓引起火災且漏電持續發生時,由于電流不能流散而尋找阻抗小的另一同路通地,會沿保護接零線(接地線)傳導使所有與之相連的電氣裝置的金屬外殼帶有對地電壓這時就可能向鄰近低電位的水暖管、煤氣管等金屬構件飛弧成為起火源。僅20V的維持電壓就可使電弧連續發生,同樣能引燃周圍可燃物。如果是向煤氣管飛弧,就可能擊穿管壁,造成煤氣泄漏引起火災。需要說明的是.由于電壓的傳導,漏電點與起火點不一定一致。

l.3造成漏電的因素

造成漏電的因素很多,歸納起來主要有以下幾種:

(1)低壓配電系統的安裝多由非電氣專業人員進行,人員素質參差不齊,安裝質量難以保證,如:在潮濕或有酸堿腐蝕性的環境中,電線明敷,設備未做保護直接安裝;布線時,刀、鉗、錘等損傷線的絕緣層;導線接頭連接質量和絕緣包扎質量不符合要求等等不規范現象。

(2)電氣線路或設備疏于檢查。因過負荷或使用年限較長等原因絕緣老化:

(3)選用假冒、偽劣的電氣產品;

(4)外界因素:線路或設備遭水分浸入、擠壓、鼠咬等。

2漏電火災的防范措施

(1)嚴格按照低壓電氣裝置安裝操作規程辦事,非電氣專業人員一律不準上崗,杜絕造成漏電的各類人為因素。

(2)應嚴格執行《建筑內部裝修設計防火規范》,不用或盡量少用易燃可燃材料。特別是電氣線路通過可燃物時,應穿金屬管或難燃硬塑料管進行保護、由于塑料絕緣性能好故能較好地防止漏電。采用金屬管布線時,一定要防止損傷線的絕緣層。配電裝置(開關、插座、配電箱等)和用電設備與可燃物應保持足夠的安全距離,確實分不開的,應做好隔熱保護措施。

(3)裝設漏電保護器、現行的低壓配電系統中普便裝設了漏電保護開關。漏電保護開關分單相和三相。單相漏電保護開關用于家庭照明。三相漏電保護開關是空氣開關納入漏電保護功能后改進而成的。該開關具有過載、短路、漏電保護功能,被廣泛運用于工業和民用供電。現大同煤礦集團公司廣泛使用的JDB電機綜合保護裝置是一種技術更為先進的綜合保護器,具有短路、過載、斷相、漏電保護功能,保護更全面動作更靈敏,調節更方便。為防止大面積停電,便于查找故障,用戶應分別裝設漏電保護開關或JDB。

(4)保護接零及保護接地線的截面積必須經過計算確定,并用碰殼短路電流校核。其接線端子必須可靠連接。不允許有松動,井經常檢查其連接質量。

(5)接地電阻值應符合設計要求。地面電氣設備的保護接地電阻值不應超過4歐姆,井下電氣設備不應超過2歐姆。如用電氣設備的容量較大,熔體熔斷電流也較大時,應增加接地線截面或并聯接地體以充分減小接地電阻值,增大漏電短路電流.以利于保護裝置動作。