论文部分内容阅读
摘要：依据目前已有的高压输电研究成果，并结合我国的高压输电示范工程路径的特点和途经地区已有各电压等级输电线路的运行经验，本文重点对高压输电线路运行的雷电、污秽外绝缘、防冰、防风、防鸟害、电磁环境等特性进行了分析研究。
关键词：高压输电线路运行；雷电；污秽外绝缘；特性
1. 引言
09年1月，我国首条1000kV交流特高压输电试验示范工程：晋东南长治-南阳-荆门输电线路正式建成投入全压运行， 线路全长654km，。这一工程的投运标志我国输电技术水平已处于世界领先地位。运行中取得的很多十分有价值的数据， 为我国特高压电网的进一步发展提供了强有力的科学技术支撑。与此同时，人们更关注1000kV交流高压输电试验线路建成投运后的运行特性及其对自然环境的影响。笔者根据世界各国围绕特高压输电所进行的科研工作、运行经验，及我国对交流特高压输电所开展的科研工作的初步结论，对高压输电线路的雷电、污秽外绝缘、防冰、防风、防鸟害、电磁环境等运行特性进行分析。
2. 电磁环境特性分析
电磁环境特性：高压输电线路投入运行后，其产生的电磁场效应和电晕效应对环境造成的一定影响。其中，电晕效应包括可听噪声、无线电干扰和电视干扰。电磁场效应源于交流输电线路周围存在工频电场和磁场。
2.1 无线电干扰和电视干扰
无线电干扰和电视干扰通常分别指对调幅广播频带和电视广播低频段的干扰。高压输电线路投入运行时产生的信号干扰作用于铁塔，形成无用信号，从而干扰无线电接收。此外，输电线路产生的电晕以及线路上某些部位放电时，会向空中辐射电磁波，可能对无线电和电视接收产生干扰。
2.2 可听噪声
输电线路的可听噪声属于声频干扰，指的是能直接听到的噪声，高压输电线路运行时只要是由导线周围的电晕和火花放电所产生。输电电压等级越高，高压输电线路的电晕放电引起的可听噪声将会越大。如果处理不好，可能会影响输电线路附近居民的正常工作和生活。因此，建设高压输电线路时必须认真对待这一问题。
3. 雷电特性分析
3.1 雷电反击闪络率
超高压输电线路杆塔的高度和宽度均较低于交流特高压输电线路，因此线路的落雷数量大大减少。但交流特高压输电线路，绝缘水平提高很多，尤其是反击耐雷水平很高，因此大幅值雷电流出现的概率很低，且此高压线路较超高压线路的反击闪络率有较大的降低。
特高压线路中，导线上电压很高，容易沿导线上产生向上的雷电先导，这些因素会使避雷线屏蔽性能变差。
例如：1000kV交流高压架空输电线路，恰好其所在地区的年雷暴日数较高。但在以500kV降压运行期间雷击跳闸率却高达08次。综合分析认为是由于同塔双回线路杆塔太高原因，遭到线路侧面雷击导线而引起的绝缘子串闪络。又如：1150kV特高压架空输电线路，在其运行期间发生雷击跳闸23次，跳闸率高达0.6次。跳闸的基本原因是特高压线路的边导线保护角设计过大，同时增大了暴露弧区，尤其是在耐张转角塔处雷电绕击边导线。研究认为采用更小的边导线保护角是提高高压输电线路耐雷性能的主要措施。
3.2 经验教训
由以上两个高压输电线路的案例可知，我们要吸取这样的经验教训：一是尽可能降低杆塔的高度；二是采用较小的边导线保护角，甚至负保护角。高压双回线路除尽可能降低杆塔全高以外，宜全线采用-10°左右的负保护角。平原地区杆塔的边导线保护角宜选在5°以下，山丘地区杆塔的边导线保护角宜采用-10°左右的负保护角。
4.防鸟害特性分析
由于架设的输电线路与鸟类的生活环境相邻，渐渐繁殖起来的鸟类对输电线路的危害也日益加剧。
鸟害故障一般有4种类型：（1）大鸟在杆塔上排泄粪便搭接导线与塔体，导致瞬间短路；（2）鸟类所衔金属导体短接空气间隙与导线或塔体；（3）鸟类身体短接空气间隙与导线或塔体；（4）鸟粪污染导致绝缘子沿面闪络。
据对鸟害造成线路故障跳闸事故不完全统计，第1类鸟害故障已造成国内多条次500kV输电线路跳闸，后果相当严重。其中，跳闸主要发生在直线塔的中相、边相以及耐张转角塔的跳线串。山西、河南、湖北等地有大型迁徙性候鸟途径或栖息，属于我国输电线路鸟害故障的多发区，对电网安全运行危害较大。迁徙季节，成群的大型迁徙性候鸟聚集在杆塔横担，即使高压输电线路的绝缘子串长达10 m，，发生第1类鸟害故障的几率还是非常高的。因此高压输电线路的运行维护管理部门不得不对鸟害故障高度重视，尽量做到在重点多发季节防患于未然。例如，事先作好各种“驱鸟”、“惊鸟”、“稳鸟”的预案，尽量降低鸟害造成的线路跳闸故障，以保证特高压输电线路的安全可靠运行。
5.污秽外绝缘特性分析
目前确定输电线路绝缘子的串长通常有2 种方法：
（1）根据线路所经地区的污秽级别要求的相应爬电比距来决定绝缘子的串长。（2）根据试验得到绝缘子在不同污秽程度下的耐污闪电压，留有一定的裕度，选择耐污闪电压大于该线路的最大工作电压的绝缘子串。
依据各国运用这两种方法的实际经验可知：方法（1）简单易行，在工程设计中经过实践的验证并被广泛采用。但缺点是该法没有与污闪电压建立直接的联系，并且人工污/闪电压的试验结果确定不同绝缘子爬电距离的有效系数。方法（2）与实际绝缘子的污耐受能力直接联系在一起，是一种较好的绝缘子串长的确定方法，但还需做较多试验。
6. 防冰风特性分析
6.1 覆冰（雪）故障
覆冰（雪）引起故障的原因有：（1）绝缘子串覆冰（雪）降低了绝缘水平，引起绝缘子串闪络；（2）线路各档覆冰（雪）厚度不均匀，某些档导线跨越距离不够，导致闪络；（3）架空地线因覆冰而弧垂增大，缩小了与导线的距离，发生闪络；（4）因覆冰（雪）荷载超载造成断线、倒塔事故；（5）下部导线因覆冰（雪）脱落而发生跳跃，造成上下导线接近或碰线而闪络。
湖北荆门地区连续两年的500 kV线路的覆冰倒塔事故至今仍记忆犹新，警醒设计工程师们考虑周全，防患于未然。山西、河南、湖北也属于我国输电线路冰害故障的易发区，因此更应加强对微气象地区的调查。架设高压输电线时要尽量避开不利地形，实在避不开时应采取抗冰措施。同时线路运行中要加强观察，防止上述5类冰害故障的发生，保证输电线路的正常安全运行。
6.2 风灾故障
大自然中各种不同速率的风均会对特高压输电线路造成危害。例如：飓风会造成杆塔倾覆断裂、导地线折断。风作用在分裂导线上所引起交流高压架空线路分裂导线的振荡。导线振荡的形式与风相对于线路路径的方向以及风的特性有关。
导线具有3种基本振荡形式：微风振动、次档距振荡以及导线舞动。这三种振荡形式既与风速、风向相关，且振动强度与线路路径条件有很大关系。我国的山西、河南、湖北属于导线易舞动带区域，在设计高压输电线路时，对于导线防舞动问题应与高压输电线路同时进行设计，尽量减少对高压输电线路带来的危害，保证平稳正常运行。
7.结束语
高压输电线路的安全运行应当基于对其运行特性详细分析预测的基础之上。针对并解决防雷、防污、防鸟害、防冰风、电磁环境少干扰等问题，才有可能保证高压线路平稳运行。
参考文献：
[1] 关志成， 王国利. 中国特高压输电工程及相关的关键技术[J].南方电网技术研究， 2005， 1（6）： 12-18.
[2] 张文亮， 吴维宁， 胡 毅. 特高压输电技术的研究与我国电网的发展[ J]. 高电压技术， 2003， 29（9）： 16-18.
关键词：高压输电线路运行；雷电；污秽外绝缘；特性
1. 引言
09年1月，我国首条1000kV交流特高压输电试验示范工程：晋东南长治-南阳-荆门输电线路正式建成投入全压运行， 线路全长654km，。这一工程的投运标志我国输电技术水平已处于世界领先地位。运行中取得的很多十分有价值的数据， 为我国特高压电网的进一步发展提供了强有力的科学技术支撑。与此同时，人们更关注1000kV交流高压输电试验线路建成投运后的运行特性及其对自然环境的影响。笔者根据世界各国围绕特高压输电所进行的科研工作、运行经验，及我国对交流特高压输电所开展的科研工作的初步结论，对高压输电线路的雷电、污秽外绝缘、防冰、防风、防鸟害、电磁环境等运行特性进行分析。
2. 电磁环境特性分析
电磁环境特性：高压输电线路投入运行后，其产生的电磁场效应和电晕效应对环境造成的一定影响。其中，电晕效应包括可听噪声、无线电干扰和电视干扰。电磁场效应源于交流输电线路周围存在工频电场和磁场。
2.1 无线电干扰和电视干扰
无线电干扰和电视干扰通常分别指对调幅广播频带和电视广播低频段的干扰。高压输电线路投入运行时产生的信号干扰作用于铁塔，形成无用信号，从而干扰无线电接收。此外，输电线路产生的电晕以及线路上某些部位放电时，会向空中辐射电磁波，可能对无线电和电视接收产生干扰。
2.2 可听噪声
输电线路的可听噪声属于声频干扰，指的是能直接听到的噪声，高压输电线路运行时只要是由导线周围的电晕和火花放电所产生。输电电压等级越高，高压输电线路的电晕放电引起的可听噪声将会越大。如果处理不好，可能会影响输电线路附近居民的正常工作和生活。因此，建设高压输电线路时必须认真对待这一问题。
3. 雷电特性分析
3.1 雷电反击闪络率
超高压输电线路杆塔的高度和宽度均较低于交流特高压输电线路，因此线路的落雷数量大大减少。但交流特高压输电线路，绝缘水平提高很多，尤其是反击耐雷水平很高，因此大幅值雷电流出现的概率很低，且此高压线路较超高压线路的反击闪络率有较大的降低。
特高压线路中，导线上电压很高，容易沿导线上产生向上的雷电先导，这些因素会使避雷线屏蔽性能变差。
例如：1000kV交流高压架空输电线路，恰好其所在地区的年雷暴日数较高。但在以500kV降压运行期间雷击跳闸率却高达08次。综合分析认为是由于同塔双回线路杆塔太高原因，遭到线路侧面雷击导线而引起的绝缘子串闪络。又如：1150kV特高压架空输电线路，在其运行期间发生雷击跳闸23次，跳闸率高达0.6次。跳闸的基本原因是特高压线路的边导线保护角设计过大，同时增大了暴露弧区，尤其是在耐张转角塔处雷电绕击边导线。研究认为采用更小的边导线保护角是提高高压输电线路耐雷性能的主要措施。
3.2 经验教训
由以上两个高压输电线路的案例可知，我们要吸取这样的经验教训：一是尽可能降低杆塔的高度；二是采用较小的边导线保护角，甚至负保护角。高压双回线路除尽可能降低杆塔全高以外，宜全线采用-10°左右的负保护角。平原地区杆塔的边导线保护角宜选在5°以下，山丘地区杆塔的边导线保护角宜采用-10°左右的负保护角。
4.防鸟害特性分析
由于架设的输电线路与鸟类的生活环境相邻，渐渐繁殖起来的鸟类对输电线路的危害也日益加剧。
鸟害故障一般有4种类型：（1）大鸟在杆塔上排泄粪便搭接导线与塔体，导致瞬间短路；（2）鸟类所衔金属导体短接空气间隙与导线或塔体；（3）鸟类身体短接空气间隙与导线或塔体；（4）鸟粪污染导致绝缘子沿面闪络。
据对鸟害造成线路故障跳闸事故不完全统计，第1类鸟害故障已造成国内多条次500kV输电线路跳闸，后果相当严重。其中，跳闸主要发生在直线塔的中相、边相以及耐张转角塔的跳线串。山西、河南、湖北等地有大型迁徙性候鸟途径或栖息，属于我国输电线路鸟害故障的多发区，对电网安全运行危害较大。迁徙季节，成群的大型迁徙性候鸟聚集在杆塔横担，即使高压输电线路的绝缘子串长达10 m，，发生第1类鸟害故障的几率还是非常高的。因此高压输电线路的运行维护管理部门不得不对鸟害故障高度重视，尽量做到在重点多发季节防患于未然。例如，事先作好各种“驱鸟”、“惊鸟”、“稳鸟”的预案，尽量降低鸟害造成的线路跳闸故障，以保证特高压输电线路的安全可靠运行。
5.污秽外绝缘特性分析
目前确定输电线路绝缘子的串长通常有2 种方法：
（1）根据线路所经地区的污秽级别要求的相应爬电比距来决定绝缘子的串长。（2）根据试验得到绝缘子在不同污秽程度下的耐污闪电压，留有一定的裕度，选择耐污闪电压大于该线路的最大工作电压的绝缘子串。
依据各国运用这两种方法的实际经验可知：方法（1）简单易行，在工程设计中经过实践的验证并被广泛采用。但缺点是该法没有与污闪电压建立直接的联系，并且人工污/闪电压的试验结果确定不同绝缘子爬电距离的有效系数。方法（2）与实际绝缘子的污耐受能力直接联系在一起，是一种较好的绝缘子串长的确定方法，但还需做较多试验。
6. 防冰风特性分析
6.1 覆冰（雪）故障
覆冰（雪）引起故障的原因有：（1）绝缘子串覆冰（雪）降低了绝缘水平，引起绝缘子串闪络；（2）线路各档覆冰（雪）厚度不均匀，某些档导线跨越距离不够，导致闪络；（3）架空地线因覆冰而弧垂增大，缩小了与导线的距离，发生闪络；（4）因覆冰（雪）荷载超载造成断线、倒塔事故；（5）下部导线因覆冰（雪）脱落而发生跳跃，造成上下导线接近或碰线而闪络。
湖北荆门地区连续两年的500 kV线路的覆冰倒塔事故至今仍记忆犹新，警醒设计工程师们考虑周全，防患于未然。山西、河南、湖北也属于我国输电线路冰害故障的易发区，因此更应加强对微气象地区的调查。架设高压输电线时要尽量避开不利地形，实在避不开时应采取抗冰措施。同时线路运行中要加强观察，防止上述5类冰害故障的发生，保证输电线路的正常安全运行。
6.2 风灾故障
大自然中各种不同速率的风均会对特高压输电线路造成危害。例如：飓风会造成杆塔倾覆断裂、导地线折断。风作用在分裂导线上所引起交流高压架空线路分裂导线的振荡。导线振荡的形式与风相对于线路路径的方向以及风的特性有关。
导线具有3种基本振荡形式：微风振动、次档距振荡以及导线舞动。这三种振荡形式既与风速、风向相关，且振动强度与线路路径条件有很大关系。我国的山西、河南、湖北属于导线易舞动带区域，在设计高压输电线路时，对于导线防舞动问题应与高压输电线路同时进行设计，尽量减少对高压输电线路带来的危害，保证平稳正常运行。
7.结束语
高压输电线路的安全运行应当基于对其运行特性详细分析预测的基础之上。针对并解决防雷、防污、防鸟害、防冰风、电磁环境少干扰等问题，才有可能保证高压线路平稳运行。
参考文献：
[1] 关志成， 王国利. 中国特高压输电工程及相关的关键技术[J].南方电网技术研究， 2005， 1（6）： 12-18.
[2] 张文亮， 吴维宁， 胡 毅. 特高压输电技术的研究与我国电网的发展[ J]. 高电压技术， 2003， 29（9）： 16-18.