输电线路常见故障特征及判别方法

输电是用变压器将发电机发出的电能升压后，再经断路器等控制设备接入输电线路来实现。按结构形式，输电线路分为架空输电线路和电缆线路。架空输电线路由线路杆塔、导线、绝缘子、线路金具、拉线、杆塔基础、接地装置等构成，架设在地面之上。1前言高压送电线路长期暴露在野外，受大气环境、气候变化、人为破坏等因素的影响，在电力生产中是故障多发设备。如何有针对性的预防和减少故障，在线路发生故障后如何快速、准确地找到故障点并消除故障，是我们线路工作者的重点研究方向。为了达到快速、准确地找到故障点并及时消除故障这个目的，除了有丰富的高压线路运行经验以外，还必须对故障现象特点、所维护线路的特点、运行环境、基本保护知识等有关知识有深入了解。2常见故障类别与类型高压送电线路故障分为单相接地故障、两相短路故障、两相接地故障、三相短路故障、三相接地故障等5种类别，最常见的是单相接地故障，占到故障总数的90%以上。常见的故障类型主要有雷击、风偏、污闪、冰闪、覆冰、外力、鸟害、其它等。3各类故障现象及特点3.1雷击故障雷击分为反击、绕击和感应雷击三种，反击又分为直击杆塔和直击架空地线两种。对110kV和220kV线路，雷击故障多表现为反击，大跨越线路发生绕击导线的情况也比较普遍。330kV及500kV线路，由于其空气间隙较大，接地电阻要求严格，发生反击的机率较小，大多表现为绕击导线。导地线或杆塔遭雷击后，常见有以下现象：（1）直线杆塔的悬垂绝缘子串雷击放电后，绝缘子伞裙（或瓷裙）边缘有烧伤，呈直线分布，且横担侧、导线侧绝缘子烧伤最严重；横担侧挂点金具之间的联接点会有烧熔痕迹，悬垂线夹或导线有明显的银白色亮斑，如安装有均压环，则主放电点在均压环上。导线垂直或三角排列时，一般上线绝缘子被击穿的机率较大；导线水平排列时，两边线被击穿的机率较大。（2）耐张杆塔无跳线串，雷击后，因放电沿最小空气间隙行进，且跳线不是规则的半圆形，一般不会沿绝缘子串击穿，而是沿直线烧伤横担侧若干片绝缘子后（烧伤片数与跳线形状有关），对跳线放电；如跳线弧垂较大，也可能沿耐张绝缘子串放电。对于干字型耐张塔，如跳线串长度小于耐张串，雷击后，因塔头电压升高较大，一般中相跳线串被击穿，放电痕迹同直线杆塔。绝缘子串或空气间隙被击穿后，由于工频续流的继续作用会将连接金具烧伤，横担侧烧伤最严重。（3）雷击后，瓷质绝缘子表面放电痕迹明显，烧伤点中部呈白色或白色夹杂黑点，部分瓷釉会脱落，痕迹边缘呈黄色或黑色，钢帽放电处镀锌层烧熔形成圆形银白色亮斑；玻璃钢绝缘子放电痕迹不明显，尤其是500kV线路，玻璃钢表面的烧伤点会有小块的波纹状痕迹，中部个别绝缘子钢帽上有直径1cm左右的银色亮斑；复合绝缘子的烧伤痕迹也比较明显，横担侧与导线侧部分伞裙颜色会变浅，烧伤中心呈白色逐步向外过度成浅棕色或，上下端金属部分有明显烧伤，对于配置有均压环的复合绝缘子，均压环上会有明显的主放电痕迹。对于悬式绝缘子，如绝缘子串中有零值或低值瓶，由于其水泥混合剂中进入水分，雷击后，在大电流的作用下水分发热膨胀，会使钢帽、钢脚分离，发生掉线事故。3.2风偏故障风偏故障有导线对杆塔构件放电、导地线线间放电和导线对周边物体放电三种形式。导线对杆塔构件放电分两种情况，一种是直线杆塔上导线对杆塔构件放电；另一种是耐张杆塔的跳线对杆塔构件放电。导线或跳线因垂直荷载不足，在大风作用下对杆塔构件放电，这种放电现象的特点是：绝缘子不被烧伤或导线侧1～2片绝缘子烧伤轻微；导线、导线侧悬垂线夹或防振锤烧伤痕迹明显，直线杆塔的导线放电点比较集中；跳线放电点比较分散，分布长度约有0.5～1米；在杆塔间隙圆对应的杆塔构件上会有烧伤且烧伤痕迹明显，因电场分布的不均匀性，杆塔构件的主放电多在脚钉、角钢端部等突出位置。220kV“干字型”耐张塔的中相跳线易发生风偏，多表现为跳线对耐张串横担侧第一片绝缘子放电。导地线在风力作用下发生舞动造成的故障一般发生在长度较大的档距中央，虽然导线上放电痕迹较长，但由于档距较大时的情况大多出现在山区，放电点距地面距离较大，所以较难发现。此类故障的发生一般有几个影响因素：档距较大，一般在500米以上；导地线弛度不平衡，大多是地线弛度太大；地形特殊，属微气象区，短时风力较大；属于覆冰区，覆冰脱落时引起导线跳跃。由于故障点距地面距离远，这种故障的查找必须非常仔细，并在顺光的条件下才可能发现，必要时应借助高倍望远镜查找故障点。设计时一般会考虑到对边坡、建筑物等的风偏距离，导线对周边物体放电多发生在线路运行期间种植的树木、新组立的其它杆塔、堆物点等，这类故障一般发生在导线对地距离小的位置，查找相对容易。导线上会有长度超过1米的放电痕迹，对应的其它物体也会有明细放电痕迹，物体的放电痕迹一般为烧焦状的黑色。3.3污闪故障污闪的主要特点是沿绝缘子表面放电，因此发生污闪后，大部分绝缘子表面都会有不同程度烧伤，一般放电通道形成的烧伤痕迹不会呈直线，而是不规则分布在绝缘子表面。金具及绝缘子的钢帽、钢脚等连接部分也可能有轻微烧伤痕迹，导线一般不会有明显烧伤痕迹。污闪一般发生在盐密值或灰密值偏高的重污区，且绝缘爬距较低的线路上，瓷质、玻璃钢绝缘子易发生污闪，复合绝缘子因有较好的憎水性不易发生污闪。瓷质绝缘子发生污闪后痕迹明显，玻璃钢绝缘子痕迹不明显，放电点的玻璃表面有轻微变色，用硬物可蹭下一层薄玻璃。发生污闪后，即使重合成功或试送成功，故障绝缘子的放电声音也与正常绝缘子不同，正常绝缘子的放电声音是规律的“沙沙……”声，故障绝缘子的放电声是“滋、滋滋、……”声。绝缘子冰闪故障因耐张绝缘子为水平悬挂，一般不会形成短接冰桥，悬垂绝缘子为垂直地面悬挂，容易形成短接冰桥，故绝缘子冰闪故障多发生于直线杆塔或耐张杆塔的悬垂串上，尤其是“猫头型”塔的边相，因挂线点上部塔材比较集中且陡度较大，融冰时塔材上大量的冰水顺挂点流向绝缘子串，极易发生闪络。受风力影响，绝缘子覆冰一般在绝缘子迎风侧，因此发生绝缘子覆冰故障后，应注意检查绝缘子迎风侧。冰闪故障后的放电现象一般不是很明显，尤其是玻璃钢绝缘子，其烧伤痕迹更不明显。绝缘子发生冰闪后，一般沿绝缘子表面形成的冰桥放电，未被冰凌桥接的绝缘子会有烧伤，尤其是横担侧第一片绝缘子（或伞裙）上表面会有明显烧伤痕迹。被冰桥短接的绝缘子由于短路电流直接通过冰桥导通，故绝缘子表面一般不会有明显烧伤痕迹。3.5导地线覆冰故障导地线覆冰造成的故障主要有导线覆冰后对地距离不足而放电、地线覆冰后对导线距离不足而放电、导线脱冰跳跃对地线距离不足而放电、覆冰断线、倒杆塔等多种形式。导线覆冰后造成的倒塔、断线故障现象较为明显，这里不再专门介绍。导线覆冰后对地距离不足而放电的现象，与一般的交叉跨越相似。引起放电的其它线路或物体，都会有明显的烧伤痕迹。导线的放电点也会有烧伤痕迹，查找时只要注意原先对地距离较小的地段即可。地线覆冰后对导线距离不足、导线脱冰跳跃对地线距离不足而引发的放电故障较难发现，故障点查找可参照档距中央的风偏故障。3.6外力故障外力故障在保护上一般表现为重合复掉，导线及放电物体上烧伤痕迹明显，较易查找。怀疑是外力故障时，应积极向沿线居民打听，是否听到了巨大的放电声，在听到放电声且有相应作业的地段查找即可。外力故障多发生在市区、城乡结合部、大型施工地点等，尤其是高等级公路的建设，公路与输电线路的交叉跨越逐年增多，使得公路建设与输电线路的矛盾越来越突出，公路建设造成的输电线路外力故障呈明显上升趋势，已成为外力故障的重要原因之一。外力故障中大型施工机械引发外力故障是最多的，常见的有起吊机械、挖掘机械、自卸车、混凝土输送机械等，这几种机械的共同特点是作业高度高、活动范围大，往往都超过了输电线路的导线高度，在输电线路保护区内作业时，极易引发碰线故障。因为施工机械是金属结构，碰线后短路电流较大，导线烧伤严重，较易出现断股现象。3.7鸟害故障从鸟引起的故障类型调查，主要有以下四方面：体积较大的鸟，在展翅飞翔中短接空气间隙；鸟在筑巢叼物时叼了金属导电体短接空气间隙；洒落在绝缘子表面上的粪便在潮湿空气中形成沿面闪络；大鸟在一定位置拉粪便时造成导线与接地体之间瞬间接地短路，引起故障掉闸。从地区上来统计，鸟害多发生于河道、沼泽地、水库、养鱼池、油料作物地等食物、水源充足的地区；从杆塔型式上统计，直线杆塔、耐张杆塔都有发生，但直线杆塔居多；从时间上统计，发生在夜晚19时至次日8时的占到总量的80%以上，7月至10月的鸟害故障占到全年的60%以上。直线杆塔掉闸主要是鸟在绝缘子串上方横担处栖息时，排泄粪便形成的粪便链短接空气间隙引起故障掉闸，在横担、导线、绝缘子串及部分金具上有烧伤痕迹。耐张杆塔上掉闸主要发生在引流线与横担之间，鸟排泄粪便形成的粪便链短接空气间隙，引起故障掉闸，烧伤点表现在横担下方和引流线上方。也有大鸟栖息在横担或横拉杆上排泄粪便时，有风等外界环境影响下使耐张线夹出口处沿绝缘子串与横担放电，但这种情况机率较少。鸟害的形成是体形较大的鸟栖息在导线正上方的杆塔构件上排泄粪便时，鸟粪短接导线与横担之间的空气间隙，引发线路故障。4根据季节特点判断故障类型4.1春季春季气候有多风、多雾、雨加雪等特点。多风容易引起金具磨损、杆塔连接螺栓松动，容易发生金具断裂造成掉线事故或构件一端脱落造成接地故障，如风速过大容易造成风偏故障；对于重污区线路，经过一冬天的积污，盐密增大，在持续大雾或雨加雪等湿度大的天气条件下，容易引发污闪，在温度适宜的气象条件下（-5℃～0℃），部分地段的线路绝缘子会形成短接冰桥，引发冰闪故障。春季气候干燥，容易出现山火并引发相间短路；施工建筑和放风筝现象增多易造成外力故障；天气开始变暖，地表土壤开始解冻，采空区杆塔基础产生不均匀沉降有可能加重、加速。4.2夏季夏季气候有雷雨多、短时大风频繁、温度高、树木生长快、施工建筑频繁等特点。雷雨多容易造成雷击故障；短时大风易造成风偏故障；温度高使导线弧垂增大，容易造成交叉跨越距离不足对其他线路放电；树木生长快，如巡视不到位或不及时，容易造成树害故障；现代化施工多使用高大的机械，施工建筑频繁容易引发外力故障。4.3秋季秋季气候有雨水长、雨量大的特点，雷电继续存在，易发生雷击故障，基础长时间受水浸泡或冲刷，有时会形成严重隐患。大型候鸟也多在深秋迁徙，鸟害也是秋季的一类主要故障。另外还要注意采空区裂缝、塌陷被水冲刷、浸泡引起的杆塔倾斜，并导致倒塔断线事故。秋末，农民在收割完庄稼后喜欢焚烧秸秆，易引发相间短路。4.4冬季冬季天气寒冷，雾多、雪大，容易形成导线覆冰、绝缘子覆冰等。在气温太低时，会造成导地线张力增大，弧垂升高、位移，垂直荷载减小，易发生风偏故障，情况严重时会导致直线杆塔上拔、悬垂绝缘子上翻、导地线断线等。另外，根据近几年的统计结果看，冬季易发生塔材、拉线被盗现象，严重时会引起杆塔倾倒。雷雨天气雷雨天气发生的故障多为雷击故障，北方地区雷击故障主要集中在每年的4月至9月，因地域不同、气候变化等原因，少数情况在其他月份也可能发生雷击故障。雷击故障是指在雷电过电压的作用下，绝缘或空气间隙被击穿而发生的线路故障。如故障当时正值雷雨天气，就应结合雷电定位系统、保护测距、故障相别、沿线地形做出是否雷击的判断。一般情况雷击后重合成功率非常高，且以单相故障居多，很少发生两相或三相故障。雷击具有选择性，多发生在山区、空旷地带、土壤电阻率突变地区及矿产资源丰富的地区，因此怀疑发生雷击故障后应首先看故障测距点周围是否符合上述特点，再结合往年该线路或临近线路发生的雷击故障情况，判断是否雷击故障。在线路长度较长、跨越距离较大时，不能仅凭当地天气情况判断，应及时与变电站、护线员、气象部门等联系，了解保护测距点周围跳闸当时的气象情况。因雷雨天气经常伴随有大风，因此不能简单的将雷雨天气下发生的故障判断为雷击故障。在雷雨伴随大风的天