故障基本情况
2016年7月15日19时48分220kV****线**电厂212开关双套主保护掉,重合复掉,中元华电显示B相故障,测距为2.6KM(10#-11#)。****站255开关双套主保护动作,测距23.4KM(9#-10#)B相故障。经巡视发现220kV****线15#塔因强降雨和强风天气条件下导致导线对塔身安全距离不满足,造成线路故障。
2016年7月15日20时34分线路试送成功。
表1 故障基本情况
220kV**Ⅱ线1997年7月25日投运,原名**I线;2008年10月12日由原河临II线72#断开,新建双回路5基接入万荣飞云站后改名为220kV****线。
220kV****线起始河津电厂212开关终至万荣变电站255开关,全长 26.1公里,穿越**河津市、运河高速公路、河津环城公路、汾河、侯西铁路、蒙华铁路等,线路全线地处平原,78基杆塔,导线为2×LGJ-240/30,地线左侧为GJ-50,全线18基耐张塔和39基直线塔21基砼杆,主绝缘配置直线为淄博产复合绝缘子,耐张双串18片四川产FC10P和15*XWP5-100+1*XP-10绝缘子,2009年9月全线耐张绝缘子喷刷RTV涂料,2012-2013年对全线直线杆塔线夹及防震锤附近导线加装了绝缘护套。
表2 故障区段基本情况
表3故障段参数表
从资料可以看出,该耐张段的高程普遍大多为385米左右,而直线只有15#为384米;14#为386.8米,从以上数据可以看出线路自小号向大号逐渐降低,成下山状态。15#塔处于次高处;综合塔型高差为-15.398米。
2016年7月15日,**市发布大风、暴雨、雷电黄色预警,**市大部分地区为大到暴雨,平均风力6-8级,阵风8-10级伴随局部强降雨,可能引发泥石流灾害。
15日21时15分故障巡视人员到达**市西辛丰村附近时,当地暴雨已经停止、有3-5级微风,天气稍有雾气,线路附近路边发现有多处树木折断,彩钢棚刮飞和通讯线、电力线挂断的现象,根据当地居民反应的情况得知此处刚刚挂过龙卷风和下过大暴雨。田间雨水深度已经达到10公分以上高度。
表4 故障时段天气
故障巡视及处理
15日20时05分,运检室接到市调值班调度员的通知后,根据天气情况、测距信息和雷电定位信息安排巡视方案,共召集10人,分五组开展夜间线路故障巡视。
第一组、第二组4人巡视5#-10#(中间跨越铁路)重点跨越侯西铁路、通道内使用大型车辆堆煤、建筑施工、使用吊车**市环城路卸货、附近村庄塑料大棚的情况。
第三组、第四组4人巡10#-16#通道内建筑施工、使用吊车河津环城路卸货、附近村庄塑料大棚、通讯线电力线及附近村庄塑料大棚的情况。
第五组巡视16#-21#,重点为雷电定位系统反应落雷情况和21#接地检查。
各组21时45分到达巡视地段附近后,由于田地里积水较多,天气较黑,无法进行巡视。
16日早6时40分,安排4组重新对4#-16#进行故障巡视,同时安排检修人员对10#-16#进行登杆检查。
第一组、第二组巡视范围为220kV****线5#至10#采用地面巡视,巡视重点为雷击、绝缘子风偏和导线上放电情况,并测量线路地带的风速。
第三组、第四组巡视范围为220kV****线10#至16#进行登杆检查,重点为雷击情况、绝缘子风偏和导线上放电及杆塔上放电情况,并测量线路地带的风速。
7时 42分左右 发现15#塔的主材上有放电痕迹、导线悬垂线夹出口处有明显的放电痕迹、均压环上有明显的放电痕迹、导线的绝缘护套加在主材角铁上,根据情况初步分析此处为故障的放电点。
11时30分,登塔人员在横担处测量了10分钟风速,最大值为7.9米/秒。
故障原因分析
220kV****线15#所属地理位置为**市西辛丰村,地形属于平原,距当地村民讲以前未出现过这样的极端天气,比如冰雹、飓风、强暴雨等。
从现场看该段杆塔走向基本为西北-东南走向,线路东边500米处有较大的丘陵,西边为一片平原,距离黄河有5公里,根据气象资料7月15日发生强风从东面开始,沿丘陵下行加速,风瞬时可达到最大值。
该段线路处于**市西辛丰村附近,电厂出线后4#塔转向后线路基本呈东北-西南处,220kV****线15#地势平坦,属于平原地带,该耐张段代表档距为290.53米。海拔高度在380~390米之间,无任何遮挡物,易于对流空气交汇上升和风速加大。通过对本次巡视现场风速实测数据和地形地貌分析,该段为特殊气候条件的风偏发生区。
根据故障杆塔结构参数对本次风偏故障进行校核,校核结果为, 28米/秒风速下风偏结果满足要求,经过反算(假设天气良好状态)造成线路故障的瞬时风速在32.98(m/s)到35.28 (m/s)之间。
3.4.1、计算条件
线路位置:220kV****线15号杆塔上相。
1)杆塔相关参数塔型:SZ0-21 ( 直线 )当前杆塔档距:左侧档距343m,右侧档距276m 。线路高差情况:14号塔型SZ1-33,海拔386.8米,15号塔型SZ0-21海拔384米,16号塔型SDJB-18,海拔382.6米,15号左侧高差-15.398m,右侧高差1.352m 。该线路杆塔转角 0度。,防振锤重量5.6 Kg。
2)线路计算最大风速条件
该杆塔(设计)计算条件为:28m/s。
3)导线有关数据
该线路使用的导线型号为: LGJ-240 ,其有效计算截面为:275.96mm2 。导线采用分裂方式,分裂数为:2分裂 。导线的自重比载为:3.2772×10-2 N/m.mm2 。导线在该风速情况线的风压比载为:3.5167×10-2 N/m.mm2 。
4)悬垂绝缘子串有关数据
该绝缘子串由单挂组成,其分别是:挂板、球头挂环、绝缘子、碗头挂板、分裂间距和悬垂线夹等…,其总合重为:11.83kg 。
3.4.2风偏计算
1)、绝缘子串风压计算
公式:
式中:
P -- 悬垂绝缘子串风压(N)
N -- 绝缘子片数(复合绝缘子折算为双裙绝缘子5片)。
A -- 绝缘子受风面积(m2)
说明:在这里绝缘子统一取最大值0.04 。
V -- 风速(m/s)
风压计算(28M/秒):
P=9.8×(5+1) ×0.04×282/16 = 115.248(N)
2)、导线荷载计算
水平档距公式:
L=(L1+L2)/2
式中:
L1 -- 左侧档距(m)
L2 -- 右侧档距(m)
220kV河万Ⅱ线15#杆塔的水平档距为:
L=(L1+L2)/2 = (343+276)/2 =309.5(m)
垂直档距公式:
式中:
LV -- 垂直档距(m)
L -- 水平档距(m)
σ -- 计算气象条件下的导线应力(N/mm2)
g4 -- 计算气象条件下导线的比栽[N/(m.mm2)]
h1 -- 悬点高差(m)
h2 -- 悬点高差(m)
220kV河万Ⅱ线15号杆塔的垂直档距为
lv=L+σ×(h1/L1+h2/L2)/g4
= 309.5+91.875×(-15.398/343+1.352/276)/3.5167×10-2
= 205.015(m)
3)、风偏角计算
悬垂绝缘子的风偏角计算公式:
式中:
ψ --风偏角
P -- 悬垂绝缘子串风压(N)
L -- 水平档距(m)
LV -- 垂直档距(m)
G -- 绝缘子串金具的总重(N)
A-- 导线截面(mm2)
g4 -- 导线的风压比载(N/m.mm2)
g1 -- 导线的自重比载(N/m.mm2)
NJ -- 绝缘子单双挂
N -- 分裂导线数
Gz—重锤重量
GF—防振锤重量(4×5.6×9.8)
220kV河万Ⅱ线15号杆塔的风偏角为:
3.4.3 220kV****线15#上相绝缘子风偏验算结果:
经过查询图纸和作图得知220kV****线15号杆塔塔型为SZ0其最大允许摇摆角为:58.32度,按照正常状态下上相绝缘子风偏满足要求。
3.4.4风速反算:
工频电压下线路放电间隙550mm,经作图计算得知220kV****线15号杆塔上相绝缘子串最大允许摇摆角为:58.32度。
将风比载g4计算公式
代入风偏角计算公式:
解得风速V= 32.98(m/s)
经过反算绝缘子串在最大允许摇摆角58.32度时的风速为32.98m/s。
根据故障巡视发现绝缘护套已悬挂于杆塔上,经作图计算此时绝缘子的风偏角为61.66度,反算此时风速为:
解得风速V=35.28(m/s)
经风速反算可得知,发生故障时瞬时风速在32.98(m/s)
到35.28 (m/s)之间,超过设计值28 (m/s)。
3.4.5、改造加重锤方案计算
220kV****线15号上相绝缘子串的最大允许摇摆角58.32度,考虑5度的安全裕度,绝缘子串改为双串,采取加重锤措施。
解得GZ=926.42(N)
所加重锤质量为94.53,一片重锤为15公斤,94.53/15=6.3,因此需加重锤7片。
1)、风偏跳闸机理
输电线路杆塔矗立在野外,受各种自然条件的影响,气流沿着东边的丘陵一路前行向下进入220kV****线15#所在的地带后,由于强风到达该处后加速,加上瞬时暴雨导致空气绝缘程度降低,造成线路故障。
2)、风偏放电路径
线路发生风偏后,由于线夹和防震锤复检导线加装了绝缘护套致使线路受风面积增大(在计算中增加了2片绝缘子的受风面积)较多,致使导线及线夹紧贴塔身主材,由于降雨绝缘护套包裹不是很严密,绝缘护套中有雨水流过,导线通过缝隙对塔身主材螺栓放电,由于放电产生电弧将绝缘护套的连接件烧开,现场绝缘护套部分融化,导致绝缘护套脱落,脱落后一侧恰至铁塔主材与斜材之间,风速小后由于导线重力将护套扯开,导线开始回落,此时重合闸动作,线路重合时均压环对塔材放电,线路重合不成功;随后导线恢复至垂直状态,导线碗头遗留扯断的护套,烧毁后的护套遗留在塔身主材上。
放电后,电流从塔身流过通过接地螺栓接地,现场杆塔接地未发现烧伤痕迹,说明此处接地良好,由于下大雨,地面10cm左右的雨水,电流全部泻入大地,地线线夹未发现烧伤,说明电流未从架空地线流走。
现场经测量220kV****线接地完全符合要求。
结论:综上所述,本次故障为****线15#塔所处区域发生短时间发生强风、暴雨、冰雹灾害,致使15#塔绝缘子在强风暴雨的特殊天气条件下发生风偏对铁塔构件放电。
暴露的问题
(一)专业管理有待提高,对微气象区认识不足,虽然在风偏验算中该塔摇摆角满足要求,加上后期加装绝缘护套后人为认为,其提高了绝缘程度,可有效防止风偏故障。对加装绝缘护套后所增加的受风面积,未重新进行风偏验算。
(二)由于该线路1997年投运以来,未发生过风偏故障,加装护套以来未进行风偏验算,同时该区域未发生过大的风害,造成了思想麻痹,是形成本次故障的一个主要原因。
(三)2013年加装的绝缘护套设计上线夹与导线护套相掺和只有5公分偏少;线夹施工工艺采用卡子连接,长时间运行卡子老化,无法满足防雨水渗漏的要求。
下步工作计算
(一)重视设计阶段图纸审查,对新建线路从接图伊始就要完成杆塔的摇摆角验算,严格执行省公司5度设防的要求,从源头上严把质量关。
(二)对发生故障的15号塔经过计算需要在导线部分增加94.53公斤重锤才能达到确保32.98米/秒风速下导线不发生风偏故障;计划对220kV****线SZ0、SZ1塔型12基、220kVYSII线SZ0、SZ1塔型8基绝缘子摇摆角进行逐基复核,对加装了绝缘护套的6条线路的杆塔重新进行风偏校核,不满足风偏校核的杆塔尽快采取加重锤或绝缘子下拉的实施。
(三)加强强风区线路资料收集,修改特殊区域台帐,将该线路1#-20#纳入风害区进行管理,定期测量风速、进行恶劣天气观察等,立即安排对该线路及其它强风区线路塔头部分螺栓紧固程度、连接金具变形进行全面检查,发现问题及时处理。
(四)立即安排对220kVYT线、ZX线、YTI II线、LXII线****线六条线路加装绝缘护套的杆塔进行全面的防老化检查,对结合处有缝隙和卡子老化的进行更换,确保真正起到防鸟害和防风偏作用。
以上由运城供电分公司输电工区李红军老师提供分享,在这里小编表示非常感谢。
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