Краткий анализ факторов, влияющих на безопасность линий электропередачи 

Факторы, влияющие на безопасность линий электропередачи, можно в целом разделить на два типа: износ, накапливающийся с течением времени, и внезапные неисправности, вызванные внешними факторами. Оба типа факторов могут вызвать срабатывание защиты, прерывание подачи электроэнергии и, в тяжелых случаях, парализовать энергосистему. В то время как фактор, накапливающийся с течением времени, контролируется и имеет очень низкую вероятность возникновения неисправности, внешние факторы окружающей среды, такие как погодные условия (включая удары молний, ​​тайфуны, лесные пожары, обледенение, уровень загрязнения, температуру и влажность, давление воздуха и повреждения птицами), крайне неконтролируемы и имеют очень высокую вероятность вызвать неисправности со значительной разрушительной силой.

1. Удары молнии: Молнии часто случаются в сезон дождей и имеют весьма случайный характер. Многие линии электропередачи, возведенные в полевых условиях, характеризуются большими пролетами опор и значительным перепадом высот, что приводит к относительно низкой молниестойкости и восприимчивости к ударам молний. В районах со сложным рельефом распространены одноцепные линии электропередачи, лишенные экранирования и шунтирующей защиты, обеспечиваемой параллельными линиями, что еще больше увеличивает частоту ударов молнии. Отключения, вызванные молнией, составляют наибольшую долю повреждений линий электропередачи, и чем ниже уровень напряжения, тем выше вероятность таких повреждений.

Во время грозового разряда кучево-дождевые облака накапливают заряд, образуя мощное электростатическое высоковольтное электрическое поле. Это поле сталкивается с большим количеством отрицательного заряда, переносимого землей, и нейтрализует его, высвобождая высокую энергию — напряжение может достигать миллионов вольт, а токи — тысяч ампер. Возникающий в результате скачок перенапряжения имеет большую амплитуду и крутой фронт, вызывая перекрытие изоляции линии. Перекрытие является кратковременным повреждением, и повторное включение имеет высокую вероятность успешного восстановления токопроводящей цепи. Однако в тяжёлых случаях это может привести к обрыву линии, разрушению изолятора или проникновению по линии в подстанцию, вызывая высокотемпературное плавление проводов и угрожая повреждением изоляции силового оборудования.

Для снижения вероятности аварий, связанных с молнией, на линиях электропередачи необходимо предотвращать перекрытие, искрение, прямые удары и отключения электроэнергии. Необходимо принять следующие меры защиты: ① Установка грозозащитных тросов; ② Установка соединительных заземлителей; ③ Снижение импульсного сопротивления заземления опор; ④ Использование системы косвенного заземления нейтрали; ⑤ Усиление уровня изоляции линий; ⑥ Установка устройств автоматического повторного включения; ⑦ Установка трубчатых ограничителей перенапряжения; ⑧ Использование несимметричной изоляции и двухконтурной кольцевой сети электропитания и т. д.

2. Тайфуны. Тайфуны сопровождаются сильным ветром и проливным дождем, что может привести к галопированию проводов на линиях электропередачи, их отклонению под действием ветра, обрывам линий и обрушению опор. Обрывы линий и обрушения опор могут легко привести к отключению сети между северными и южными регионами. Хотя вероятность обрывов линий и обрушений опор снизилась благодаря увеличению проектной скорости ветра на линиях электропередачи, вероятность аварий, вызванных резким колебанием проводов, ветровыми разрядами и ударами обломков, остается высокой.

Высокая скорость ветра вызывает значительное галопирование проводов, уменьшая воздушный зазор между проводами и опорами, а также между фазами проводов. Неравномерное распределение этих воздушных зазоров в различной степени снижает уровень напряжения, делая их неспособными выдерживать рабочее напряжение и приводя к пробоям.

Во время шторма дождевая вода снижает сопротивление воздуха, что повышает вероятность коротких замыканий между проводами и увеличивает вероятность разрядов. Этот процесс происходит часто, является постоянным, случайным и имеет большую амплитуду, вызывая искрения, поломки и отключения. Кроме того, частота повторного включения после отключения линии низкая, вмешательство человека ограничено, а восстановление питания занимает много времени. Кроме того, это может привести к механическим повреждениям гирлянд изоляторов, оборудования, траверс и других вспомогательных материалов и оборудования, что приводит к огромным экономическим потерям.

Для вибрационных линий с низкой скоростью ветра большинство линий можно контролировать путем установки виброгасящих устройств. При сильном ветре можно предпринять следующие меры: ① Добавить виброгасители и установить противовесы для увеличения вертикальной несущей способности линии электропередачи и уменьшения амплитуды боковых колебаний; ② Установить демпфирующие провода, защитные провода, увеличить количество разделенных проводов, усилить проводники и обеспечить безопасные расстояния между фазами проводников и между проводниками и опорами; ③ Используйте V-образную подвеску гирлянд изоляторов для повышения устойчивости изоляторов к боковому смещению под действием ветра и уменьшения угла их смещения под действием ветра; ④ При проектировании опор и возведении линий электропередачи следует учитывать увеличение расстояния между проводниками, уменьшение точек подвеса или удлинение и расширение траверс.

3. Лесные пожары: Лесные пожары, вызванные высокими температурами и деятельностью человека, приводят к длительным периодам высокой температуры и низкой влажности. Это может привести к искрению на линиях электропередачи, расположенных в горной местности и пересекающих лесную растительность, из-за термической ионизации частиц воздуха, увеличения заряда и ускорения частиц, что приводит к образованию токопроводящих путей. Это составляет 90% отключений электроэнергии, связанных с лесными пожарами, и является основной причиной таких отключений. Другими причинами являются повреждение изоляции линии из-за высоких температур и разряды с проводников на опоры.

На линиях электропередачи в горной местности, с учетом рельефа местности и экономических факторов, обычно устанавливаются две или более цепей на одной опоре. В случае лесного пожара может произойти одновременное отключение нескольких линий электропередачи в одном и том же коридоре. Более того, лесные пожары быстро распространяются и длятся долго, создавая большое количество высокотемпературного дыма и тумана. Скорость повторного включения линий низкая, и электроснабжение может быть восстановлено только после того, как пожар стихнет, дым рассеется, а температура воздуха и проводов снизится. Это затрудняет ручное восстановление, что приводит к длительным отключениям электроэнергии и одновременному воздействию на несколько линий, ставя под угрозу безопасность энергосистемы.

Для борьбы с лесными пожарами необходимо принять превентивные меры для снижения их частоты: ① Контролировать высоту, количество и виды деревьев вблизи оснований опор; ② Разработать меры реагирования на чрезвычайные ситуации, обеспечив достаточную длину и ширину безопасных проходов; ③ Обеспечить надежные и чувствительные системы защиты линий; ④ Разработать системы мониторинга в режиме реального времени и повысить их эффективность; ⑤ Увеличить частоту проверок линий в зависимости от сезона, времени суток и погодных условий для предотвращения потенциальных опасностей.

4. Ледовые катаклизмы
Ледяные катаклизмы включают в себя ледяной дождь, иней, обледенение и накопление снега. Аномальные климатические условия и колебания температур могут привести к обледенению линий электропередачи и гирлянд изоляторов. Это увеличивает нагрузку на линии и опоры, увеличивает площадь провисания проводов и их подверженность воздействию ветра, а также вызывает нестабильную непрерывную вибрацию и галопирование проводов, что может привести к таким авариям, как обрыв линии и обрушение опор. Если снег скапливается и замерзает на гирляндах изоляторов, тающая ледяная вода может вызвать короткие замыкания и срабатывание защиты от перекрытия льда.

Статистика показывает, что перекрытие льда чаще происходит при смешивании льда и грязи. Поэтому для предотвращения перекрытия льда необходимо чаще очищать линии и гирлянды изоляторов, увеличивая пути утечки для предотвращения накопления снега и обледенения из-за малого расстояния между зонтами изоляторов, а также использовать V-образную или перевернутую V-образную компоновку гирлянд изоляторов. Для двухрядных линий электропередачи расстояние между рядами следует увеличить для повышения напряжения пробоя. Для проводов, подверженных обледенению и галопированию, следует применять противообледенительные технологии для ускорения таяния льда или использовать усиленные межфазные дистанционные прокладки для увеличения межфазного расстояния и уменьшения пробоя, вызванного чрезмерным и значительным колебанием проводника, что приводит к недостаточному межфазному расстоянию.

5. Прочее

1) Уровень загрязнения. Длинные линии электропередачи подвержены воздействию атмосферных загрязняющих веществ, солёности, смога, пыли и т. д., что приводит к накоплению грязи на поверхности проводника. Из-за сильного электрического поля вокруг высоковольтных линий электропередачи существует вероятность возникновения коронного разряда, генерирующего большое количество заряженных частиц. Эти заряженные частицы, прилипшие к грязи, обладают повышенной проводимостью, что делает их более восприимчивыми к разряду. Поэтому своевременная очистка линий электропередачи крайне важна.

2) Температура. Высокие температуры повышают температуру поверхности проводников, затрудняя отвод тепла от высоковольтной линии электропередачи. Недостаточный отвод тепла приводит к постоянно высоким температурам, что приводит к увеличению провисания проводника и уменьшению безопасного расстояния между проводником и землей или переходами, что приводит к разрядам и отключениям линии. Поэтому расстояние между проводником и землей, а также между фазами проводника может быть увеличено.

3) Влажность. По мере увеличения количества молекул воды и их прилипания к поверхности линии электропередачи, заряд вокруг проводника поглощает электроны, образуя отрицательные ионы, что ослабляет его ионизирующую способность, увеличивает пробивное напряжение, усиливает локальное электрическое поле и делает проводник склонным к коронному разряду, что приводит к потерям энергии и падению напряжения. Поэтому при выборе изоляционных материалов для проводников следует обращать внимание на гидрофобность материала и его миграционные свойства.

4) Давление воздуха. С увеличением высоты воздух постепенно разрежается, его плотность уменьшается, а давление падает, что снижает пробивное напряжение между проводом линии электропередачи и землей, а также между фазами провода, повышая вероятность пробоя. Поэтому на больших высотах высоту воздушных линий электропередачи следует уменьшать.

5) Повреждение птицами. Птицы любят таскать сухие ветки для строительства гнезд на опорах. Если ветки размещаются близко к линиям электропередачи или падают на них, велика вероятность коротких замыканий. Крупные птицы, летая или играя среди проводов, могут легко коснуться нескольких проводов, вызывая междуфазные короткие замыкания или замыкания на землю. Поэтому на линиях электропередачи или опорах можно нанести специальную маркировку, чтобы отпугнуть птиц и не допустить их к линиям электропередачи. Суровые экологические и климатические факторы оказывают значительное разрушительное воздействие на линии электропередачи, вызывая неисправности или повреждения оборудования, что приводит к отключениям электроэнергии, потерям на замену линий, а также влияет на условия эксплуатации линий, пропускную способность и перебои в электроснабжении. В тяжёлых случаях это может привести к отключению сети, что повлечёт за собой огромные экономические потери. В данной статье анализируются риски, причины и меры по предотвращению сбоев в работе линий электропередачи в различных условиях, таких как удары молний, ​​тайфуны, лесные пожары, ледяные бури, уровень загрязнения, температура, влажность, давление воздуха и повреждения птицами, с точки зрения безопасности. Цель статьи — побудить соответствующие энергосистемы, ведомства и технический персонал к усилению исследований в области механики, проведению рационального проектирования и внедрению научно обоснованных и эффективных мер по предотвращению сбоев для обеспечения безопасной, надёжной и стабильной работы линий электропередачи.