输电线路差异化防山火技术与策略

输电线路差异化防山火技术与策略

邢娜

国网山西省电力公司超高压输电分公司 山西太原 030000

摘要：输电线路经常跨越山火易发地段，一旦输电线线路通道内发生山火，将可能导致输电线路跳闸，严重时甚至会对电网的安全运行造成极大的威胁。因此，针对输电线路山火防范展开分析很有必要。

关键词：输电线路；差异化；脆弱性；风险评估；防治措施

引言

输电线路常跨越茂密林区或植被丰富区。受人们生产生活用火习俗和气象等因素的共同作用，在清明、秋收等时节或遭遇持续干旱的天气时，输电线路走廊易爆发大范围山火。山火使架空输电线路间隙绝缘强度下降，引起击穿跳闸，且往往难以重合成功，对电网的安全稳定运行构成威胁。近年来，学者们对输电线路山火发生规律、跳闸机理、监测预警及带电灭火等基础理论和关键技术进行了研究[1]。

1 山火引发线路故障的机理

架空输电线路外绝缘以空气作为绝缘介质，受天气条件(如风、雨、雷电、雪等)影响，常发生绝缘失效引起的跳闸故障，这些故障一般发生在塔头或绝缘子串等位置。但线路下方发生的山火却会导致导线对树木或对地放电而跳闸。极端高温和干旱天气条件下，森林易发生大面积山火。当线路下方出现山火时，线路相地或相间间隙就会发生击穿，特别是山火经过多回线路共用的走廊时有可能引发多条线路跳闸，导致大面积停电事故[2]。

对于山火引发跳闸故障的机理，普遍认为：输电线路下发生山火后，由于山火燃烧的热空气向上运动，周围的冷空气随之不断补充而形成对流；而这些燃烧的热空气中含有的导电物质也随之向上运动，热游离的空气在上升过程中逐步地去游离，在导线与地面间产生大量的电荷；烟雾在不断升腾的过程中造成空气间隙小于线路工频电压闪络的最小间隙时，就极有可能发生空气间隙被击穿，导致线路跳闸。国外对山火引发的输电线路跳闸故障的特性进行了大量的试验研究后得出，山火导致线路的绝缘水平下降，主要原因有以下3个方面：

(1)火焰的高温使空气的密度下降，从而导致绝缘强度下降；

(2)火焰中的电荷导致线路附近的电场畸变；

(3)火焰中的颗粒对放电发展有促进作用[3]。

2山火引发输电线路故障统计及分析

2015年国家电网公司运维检修部组织编写了《输电线路“六防”工作手册》和《国家电网公司架空输电线路本质安全分析与提升专题报告》，对26家省市电力公司66kV及以上各电压等级的输电线路故障信息进行了调查。本文作者按照地域、年份和电压等级进行统计后发现，山火引发输电线路故障在地域、年份和电压等级方面具有明显差异性。

1）地域分布差异。山火灾害高发的省份内输电线路山火跳闸严重，目前在全国范围内整体呈现“南多北少”、“东多西少”的分布格局。

2）年份分布差异。从2010年至2014年山火灾害导致的输电线路跳闸次数呈现逐年增多的趋势。

3）电压等级分布差异。我国110kV电压等级输电线路数远大于220kV和500kV电压等级输电线路数，但110kV电压等级输电线路山火跳闸次数是220kV电压等级输电线路山火跳闸次数的一半，与500kV电压等级输电线路山火跳闸次数持平，值得注意的是1000kV电压等级特高压输电线路设计和建设标准高，但并不能有效承受具有高温、高浓度烟尘特征的山火灾害侵袭，共计发生4次山火跳闸。

2.1输电线路山火密度差异性分析

2.1.1输电线路走廊植被的差异

输电线路走廊附近的植被参数如植被燃烧能量密度、植被高度、易燃程度等直接影响到山火的蔓延速度、火焰高度及山火跳闸概率。我国植被种类繁多，现场植被疏密度各异，根据植被对输电线路山火跳闸作用程度，将输电线路附近植被分为杂草、灌木、乔木这3类以及3类植被组合成的阶梯可燃物。

2.1.2输电线路气象条件的差异

降水、相对湿度、温度和风速是影响输电线路山火的发生与蔓延的关键气象因素。温度可直接影响可燃物的温度、含水率及其易燃性。高相对湿度和降水可增大可燃物含水率，阻止山火的发生和蔓延。同时，强降水可扑灭正在进行的山火。风可加速可燃物干燥，增大林火发生的可能性；风产生的热对流可补充火场的氧气，加速山火蔓延；在较大风力的情况下，吹散的火灰烬可引发“飞火”，增大山火影响区域。输电线路走廊的微地形、微气象差异对输电线路山火跳闸有决定性作用。

2.1.3输电线路山火密度的差异

山火分布参数如山火高发期、山火密度等用来表征山火分布强弱的特征，是输电线路防山火设计、运行维护工作一直以来缺乏的基础数据。为此，利用近15a来的卫星监测数据进行统计与分析，得到了山火在时间和空间上的分布。省级或者地市级大空间尺度下的山火分布在笔者所发表的论文和专著中已详细阐述，但由于受到河流、公路等微地形因素的影响，所以大空间尺度下的山火分布规律未能有效指导输电线路防山火工作。为了表征输电线路走廊附近山火的活跃程度，使山火数据挖掘精细化到线路区段。

2.1.4输电线路沿线用火习俗的差异

我国北方针叶林带（大兴安岭、小兴安岭）等地区人为火的占比约为60%。我国南方地区人为火的占比也非常大，如江西、福建、湖南等省人为火的占比多在98%以上，其中春节、清明祭祖和春耕、秋收烧荒等生产生活用火是引发输电线路山火最主要的原因。但是各个地区用火习俗存在极大的差异，例如有的地区是在清明节前密集祭祖，而部分地区则是在清明前后均可祭祖。由于种植农作物生长周期不同，所以各个地区烧荒秋收的时间亦不同。掌握各个地区的用火规律对于划分输电线路防山火重点时段和重点线路区段具有特别重要的意义。

2.2输电线路山火灾害脆弱性分析

2.2.1输电线路山火灾害脆弱性差异

输电线路山火跳闸受植被类型、地形参数、输电线路本体参数、火场形态等多因素影响，目前尚难以找到准确预测山火的火行为、低成本实现计算输电线路山火跳闸概率的方法，本文采用历史山火跳闸次数与山火次数之比来表征线路区段承受山火灾害的能力。

2.2.2输电线路山火形态的差异

现有输电线路山火跳闸机理表明，山火的温度、烟尘浓度和电子离子浓度是山火引发输电线路间隙击穿的关键因素。山火形态不同，上述3个关键因素相差亦很大。

2.2.4输电线路地形参数的差异

我国南方以丘陵、山地等地形居多，为节省土地资源，输电线路大多架设在高山。但人为火源大多在山脚，在向上斜坡地形条件下，地表火的火焰更容易达到树冠，也增加了地表火向树冠的热辐射强度，使树冠火形成的可能性增大；其次，上山火的火强度显著增加，表现为火焰高度和热辐射强度均比无坡度时大，为形成树冠火提供有利条件。

3结论

近年来，防山火工作已成为输电线路运维部门的一项常态性工作。只有根据不同时段，结合现场具体情况，有针对性地采取防范措施，才能将山火对输电线路的危害降低到最小，才能确保整个电网的安全、稳定运行。

参考文献:

[1]秦志华.输电线路走廊山火监测技术研究与应用[J].科技创新导报,2019,16(21):31-32.DOI:10.16660/j.cnki.1674-098X.2019.21.031.

[2]甘宏军.如何做好输电线路山火防范及应急处置[J].低碳世界,2015(31):22-23.DOI:10.16844/j.cnki.cn10-1007/tk.2015.31.014.

[3]徐海宁,廖文胜,李凯,郭婷.输电线路防山火措施[J].电力安全技术,2013,15(05):51-54.