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输电线路山火跳闸原因分析及其防治措施探讨

文档作者：胡湘陆佳政曾祥君张红先文档来源： 1．长沙理工大学电气与信息工程学院 2．湖南省电力公司试验研究院国		点击数：	更新时间： 2024年07月01日
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上一篇：输电线路设计工作中应对措施

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第25卷第2期
2010年6月
电力科学与技术学报
JOURNAL OF ELECTRIC POWER SCIENCE AND TECHNOLOGY
VoL 25 No．2
Jun．2010
输电线路山火跳闸原因分析
及其防治措施探讨
胡 湘 ，陆佳政 ，曾祥君 ，张红先。
(1．长沙理工大学电气与信息工程学院，湖南长沙410004；
2．湖南省电力公司试验研究院国家电网公司输电线路防灾技术实验室，湖南长沙410007)
摘 要：考虑湖南地理环境、气候条件以及民情民风等因素，分析山火引起的湖南电网输电线路故障跳闸事故；线
路故障主要由导线对树木放电造成，受暂态过电压和空气高温游离等因素影响，重合闸成功率低；并提出了防治山
火跳闸事故的措施．
关 键 词：输电线路；山火；跳闸；防治措施
中图分类号：TM 713；TM 852 文献标识码：A 文章编号：1673．9140(2010)02．0073．06
Analysis on transmission line trip caused by mountain fire and
discussion on tripping preventing measures
HU Xiang ，LU Jia—zheng。，ZENG Xiang-j un ，ZHANG Hong—xian。
(1．School of Electrical and Information Engineering，Changsha University of Science and Technology．
Changsha 410004，China；2．Power Transmission Line Anti—disaster Laboratory of
State Grid，Hunan Electric Power Test and Research Institute，Changsha 410007。China)
Abstract：W ith the Hunan’s geographical surroundings，the climate conditions and the Hunan de—
mos conventions considered，the transmission line trip accidents caused by mountain fire are aria—
lyzed in this paper．The trip reason is that the transmission 1ine discharges to the trees under it．
And the reclosing failure reasons caused by forest fire are faults transient over—voltage and air dis—
sociation with high temperature．The measures preventing mountain fire are also presented．
Key words：transmission lines；mountain fire；faults trip；preventing measure
以大联网、大容量为标志的规模化、高效率的电
网遭遇灾害时，其影响速度快、范围广，且有社会化
趋势．近年来，由于全球气候变暖等异常气候因素的
影响，导致全球森林火灾频发，而输电线路走廊经常
收稿日期：2010-701-27
基金项目：国家电网湖南省电力公司科技项目(16KJ020516C1OO5O20100000)
通讯作者：曾祥~d(1972-)，男，博士，教授，主要从事电力系统保护与控制的研究；E—mail：eexjzeng(~hotmail．cn
74 电 力 科 学 与 技 术 学 报 2010年6月
跨越林区，山火导致输电线路跳闸事故时有发生．据
统计，湖南省2009年2月，发生l0起山火引起输电
线路跳闸事故，其中有3起为500 kV线路跳闸，其
余的均为220 kV线路跳闸；2009年4月，发生3起
输电线路山火跳闸事故，分别是4月7日220 kV黄
桃线跳闸，4月8日500 kV 民鹤I线跳闸，4月15
日500 kV沙昆Ⅱ线跳闸．这些事故均给国民经济
生产和电网公司造成了一定的损失．
山火发生的原因分析
山火发生必须具备3个条件，即：火险天气、森
林可燃物和火源[1]．湖南特殊的地理环境条件和气
候特征在一定的条件下为春季山火的爆发提供了火
险天气和干燥的可燃物；湖南人民的生产生活习惯
和民俗风情为春季山火的爆发提供了火源．
1．1 地理环境和气候因素
湖南位于中国东南腹地，处于东经108。47 ～
114。45 、北纬24~39 ～3O。28 之间．湖南东南西三面
环山，中部、北部地平，以丘陵、岗地、河谷冲击平原
为主形成向北开口的马蹄形盆地[2]，其中幕阜山、罗
霄山山脉绵亘于东，南岭山脉屏障于南，武陵山、雪
峰山山脉逶迤于西．湘南山地的大多数山峰海拔在
1 000 m 以上，其中郴州与广东交界处的五指峰海
拔高达1 727 m，湖南境内海拔最高点为东南面的
株洲炎陵县的酃峰(2 122 m)，海拔最低点为东北部
岳阳临湘市的黄盖镇(21 m)．
每年2—4月正值中国的春天，大地回温，较容
易受强势暖低压天气形势的控制，湖南处于暖低压
中心的南部，地面盛行刮东南风．在某些晴朗的日子
里，暖湿气流从东南沿海向湖南运动过程中，途径湖
南与广东接壤的南岭山脉以及东部的幕阜山和罗霄
山山脉时，湿暖气流随地形抬升而温度不断下降，空
气中的水汽逐渐达到饱和状态，一部分水汽被冷却
成云．气流越过南岭山脉以及东部的山脉进入湖南
境内后，随地形下降，气温迅速升高，形成异常干燥
的“焚风”，也就是人们通常所说的“火南风”．若地面
持续多天受“焚风”影响，其境内气温将持续升高，相
对空气湿度将持续下降，使地表植被水分蒸发加快，
再加上刚度过一个干燥的冬天的植被本身所含的水
分就少，从而为山火的爆发提供了有利条件．
2009年2月的上半月，欧亚大陆地面天气一直
存在一个低压中心，暖低压中心位于湖南北部，中国
天气形势持续受这一暖低压控制，导致湖南气温2
月5—12日持续升高(图1)．受大气环流、南岭山脉
和湖南地形的影响，湖南地面的相对湿度持续下降
(图2)，使12日湖南地面空气相对湿度较小，从而
导致湖南境内多处发生山火，湖南电网多条线路跳
闸，严重影响电网安全运行．
越
赠
嚣
日期
图1 2月5—13日湖南日平均气温
日
Figure 1 Hunan daily average temperature between
5 February and 13 february
靛
萎
日期
图2 2月5—13日湖南日平均湿度
Figure 2 Hunan daily average humidity between
5 February and 13 february
日
1．2 火险天气
有利于山火发生的天气因素是：长期干旱、气温
高、相对湿度小以及风大等[1]．长期干旱使地面上的
枯枝败叶等可燃物很少吸收到水分，加上气温高、相
对湿度小的天气将加速可燃物中水分的蒸发，从而
使可燃物变得异常干燥，可燃物一旦遇到火源就能
轻易燃烧起来．风大一方面是加速了水分的蒸发，另
一方面是一旦着火了能使火势迅速蔓延，给灭火工
作带来很大困难．
2009年4月7日，220 kV黄桃线432 附近发
生山火，16：45引起线路跳闸．湖南省当天14：OO的
温、湿度分布如图3，4所示．
第25卷第2期 胡 湘，等：输电线路山火跳闸原因分析及其防治措施探讨 75
温
度
山
火
·发
生
地
图3 2OO9一O4一O7 14：OO湖南省温度分布图
Figure 3 Hunan temperature distribution map
at pm 2：00，2009一O4一O7
经度
眭
山
火
·发
生
地
图4 2OO9一O4一O7 14：OO湖南省相对湿度分布图
Figure 4 Hunan humidity distribution map
at pm 2：O0，2OO9一O4一O7
接近220 kV黄桃线432 的气象站是安化和溆
浦，2个气象站的4月7日14：O0温、湿度值见表1．
表1 安化和溆浦的温、湿度值
Table 1 Temperature and humidity in Anhua and Xupu
2009年4月8日，500 kV 民鹤I线i15 至
l16 之间发生山火，14：1O引起线路跳闸．湖南省当
天14：OO的温、湿度分布如图5，6所示．
接近500 kV民鹤I线115 的气象站是娄底，
气象站4月8日14：00温、湿度值分别为26℃ ，
28 ．
从以上资料可以得出：
1)4月7日山火发生在当天全省湿度最低、温
度较高的区域，4月8日山火发生在当天全省温度较
妊
温
度
经度 地
图5 2009一O4一O8 14：OO湖南省温度分布图
Figure 5 Hunan temperature distribution map
at pm 2：00，2009— 04— 08
火
发
生
地
54
51
48
45
42
39
36
33
30
24
27
图6 2009一O4一O8 14：OO湖南省相对湿度分布图
Figu re 6 Hunan humidity distribution m ap
at pm 2：O0，2009一O4一O8
高、湿度较低的区域．全省温度最高、湿度最低的区
域没有发生输电线路走廊山火事故的原因：森林附
近可能没有出现火源；
2)山火大多发生在午后，这是一天中温度最
高、湿度最低的时段，最容易形成山火爆发的气象因
素．当然在一天中的其他时刻如果具备山火发生的
条件同样能发生山火．
1．3 可燃物与火源
湖南位于亚热带季风湿润气候区，夏季雨水充
沛，各种草本植物和树木生长旺盛，冬季相对来说干
燥少雨，草本植物枯萎之后和各种乔木的落叶均变
得越来越干燥．到了春天，这些枯萎的草本植物及落
叶遇火点就很容易燃烧起来，为山火的爆发埋下了
隐患． ‘
即使具备了山火发生的火险天气和大量干燥的
可燃物，没有火源，山火也无法爆发．根据以前的统
计研究，在湖南境内引发山火的火源99 以上是人
为的，只有极少数是雷击或输电线路对树木放电引
O 0 O 5 5 5 O O
7 6 5 4 3 2 2 1 ．．； 匿山火发生
如56醣555 435 O3O2OlOO
76 电 力 科 学 与 技 术 学 报 2010年6月
起的．湖南省春季多山火与农民春耕时的烧荒积肥
等生产性用火有一定的联系，清明节扫墓时焚烧祭
品、燃放鞭炮也为山火的爆发提供了火源．
2 山火引起输电线路跳闸原因分析
2．1 输电线路山火跳闸类型
输电线路山火跳闸通常是因为输电导线的电气
外绝缘遭到山火破坏而导致放电产生的，且大部分
重合闸都没有成功．在2009年2月中旬的输电线路
山火跳闸事故中，3条500 kV输电线路因山火跳闸
后，重合闸都没有成功；7条220 kV输电线路因山
火跳闸后，只有2条线路重合闸成功．山火引起线路
跳闸的原因有：线路对地面放电，主要是对导线下方
的树木放电；线路对杆塔突出的塔材、脚钉等放电．
2．2 山火引起输电线路对地放电原因分析
导线对地放电主要表现在发生山火时导线对其
下方的高大树木放电．在查找故障时，发现跳闸相导
线故障点有放电烧伤的痕迹，且烧痕下方一般有较
高大的乔木．由于目前湖南省220 kV 线路铁塔高
度为27 m，500 kV线路铁塔更高，即使算上导线弧
垂，导线与地面的距离至少在18 m 以上，一般山火
很少能燃烧到这种高度，因山火直接烧到线路而导
致的跳闸可能性不大．在个别的地方因地势和树木
高度等因素的影响，导线与树木之间的距离较小，山
火也许能直接烧到导线导致跳闸．山火的燃烧温度
可达1 000~i 177℃ ，而一般气体出现明显的热游
离温度为727℃(1 000 K)．且山火的火势越强，燃
烧的时间越长，地面附近空气热游离出来的带电粒
子和从受热导线表面游离出来的电子越多，山火使
地面和导线两端游离出来的电荷建立起来的电场也
较难将这么长的空气间隙击穿．山火发生时不断有
火苗窜起，使地面端电荷区随火苗往高处发展；同时
山火燃烧时的高温和伴随火苗的滚滚浓烟降低了空
气绝缘效果，最终导致导线对地或接地体放电引起
跳闸事故．文献[3]指出：与正常大气相比，烟雾弥漫
的空气其绝缘强度降低7％ ～11 ．导线放电前示
意图如图7所示．
导线端游离出来的绝大部分是电子(忽略导线
附近空气热游离的影响)，这些游离出来的电子又参
入到撞击游离过程中而产生电子崩，地面端游离出
接地体
Ll一导线端电荷区；L2一主要烟雾区；L3一地面端电荷区
图7 导线放电前示意图
Figure 7 Sketch map of transmission line electro-discharge
来的电子也如此．虽然导线对地电压产生的场强小
于维持自持放电的场强，但外界游离因素(山火)没
有消失，所以电子崩会继续发展下去．导线下方的山
火在燃烧时产生滚滚浓烟— —微小的烟尘颗粒，由
于带电质点容易吸附到微小颗粒上，这些烟尘颗粒
在随着热气流上升的过程中与地面端带电粒子结合
变成带电体，源源不断地进入靠近导线端的电荷区．
烟尘中带正电质点与电子的强烈复合过程辐射出大
量的光子，在局部强场区形成衍生电子崩，进一步促
进电子崩的发展；同时烟尘中的带负电粒子促进了
上下电荷区的连通．导线对地电压产生的交变电场
在一定程度上促进了电子崩向地面端发展．最后主
电子崩与衍生电子崩形成一个流注通道，从而在导
线和地面之间建立起一个高电导的负先导通道，以
致导线对地面放电．
2．3 山火引起输电线路对铁塔放电原因分析
导线对铁塔放电主要是对铁塔突出的部分放
电．山火燃烧到铁塔附近，铁塔和导线都因受热有部
分电子逸出来，逸出电子的多少与山火在铁塔附近
的强度和燃烧时间有关．这些电子参与到撞击游离
过程中进而造成电子崩，电子崩头的强烈游离过程
伴随着强烈的激励与反激励过程，强烈的反激励过
程将放射出大量的光子，在导线附近和铁塔突出部
分等局部强电场中形成衍生电子崩．导线对地电压
的交变电场和导线游离出来的电荷建立的混合电场
对电子崩向铁塔附近发展起到了一定的促进作用．
铁塔附近的电子与烟尘结合随热气流上升到导线周
围，促进了铁塔附近和导线附近2个电荷区的融合，
形成一个流注通道进而导致导线对铁塔放电．塔身
突出的部分曲率大，电力线密集，因而电势梯度大，
第25卷第2期 胡湘，等：输电线路山火跳闸原因分析及其防治措施探讨 77
致使其附近部分气体容易被击穿，导致导线最先对
铁塔这些突出的部位放电．
2．4 重合闸不成功的原因分析
当山火导致输电线路跳闸后，重合闸装置将在
较短的时间内自动合闸送电，产生操作过电压，同时
输电线路下方的山火仍然在燃烧，空气分子热游离
和烟尘携带电粒子随热气流上升等仍在继续进行，
此时在导线与地之间再加上一个比正常运行电压更
高的电压，将再次把空气间隙击穿，导致重合闸失
败．在500 kV 线路中，输电线路因山火单相跳闸
后，加上潜供电流的存在[4]，重合闸几乎没有成
功的．
3 输电线路走廊山火防治措施
3．1 加强宣传和线路巡视。严格控制火源
最好的灭火策略是对火灾的预防[5]．根据以前
的统计研究，引发山火的火源99 以上是人为的．
在输电线路走廊周围，同当地政府相关职能部门一
起，向当地群众宣传山火的相关常识、《电力法》、《电
力设施保护条例》和《森林防火条例》等，提高群众对
电力设施安全的重要性和山火危害性的认识，严格
控制火源，防止人为原因引起山火．在山火高发期
(春、秋季)对输电线路走廊周围山火易发地区采取
巡线人员蹲守的方式，同时在这种区域悬挂山火警
示牌，预防山火的发生．
3．2 清除输电线路走廊可燃物
近年来，架设新线路施工时采用直升机和飞艇
等先进放线工艺，没有沿输电线路走廊砍伐出放线
通道；老线路通道内有较多多年自然生长的树木，这
些将对线路的安全稳定运行埋下隐患嘲。美国林火
科学家研究发现：减少单位面积内树木的数量、将树
木下的灌木和其他可燃物清理干净能有效防止山火
的发生[7]．因此，适当减少输电线路走廊的树木数量
和在冬季清理干净树木下的灌木和于枯的树枝、杂
草等，在一定程度上既有效地防治了输电线路走廊
的山火又保护了森林资源．
3．3 转移输电线路负荷
当得知输电线路走廊附近发生了山火，可以采
取应急调度策略，改变运行方式转移将受山火威胁
的输电线路负荷．等山火过后，首先对受污的绝缘子
进行清扫，更换部分烧损严重的线路等，然后再恢复
输电．2005年4月5日，浙江省绍兴电网由500 kV
兰亭变向220 kV柯岩变的两回220 kV输电线路
受到山火威胁时被及时发现，在浙江省调度通信中
心和绍兴地区电网调度所的密切配合下成功转移了
负荷，没有造成停电事故[8]．这种方法的实现必须提
前发现山火，其次在一定的时间段内不能同时有多
条输电线路面临山火的威胁．当山火造成输电线路
跳闸后，特别是多条输电线路跳闸，使电网安全面临
‘严峻的考验，此时须及时、准确地通过调度开出备用
机组，调整电厂出力，转移负荷，合理分布潮流，积极
分析事故情况，组织抢修，及时送电以及做好危险点
处理预案等来化解电网风险．
3．4 加大输电线路山火科研投入
随着电网的不断发展，电网的复杂程度不断提
高，加上全球气候变暖，山火爆发的次数呈现增长趋
势，规模出现扩大的趋势，线路安全稳定运行的重要
性日益凸显．山火对电网的安全稳定运行的威胁逐
渐增大，特别是大面积地爆发山火，对电网的安全运
行构成严重威胁，因此必须加强输电线路山火的科
研工作：①开展山火在时间上、空间上的分布规律及
其成因的研究，为输电线路山火防治措施提供理论
支撑；② 开展山火的预报研究，提前预知山火爆发的
可能性并通知相关部门做好相应的防范措施；③ 开
展输电线路山火监测研究，及时发现输电线路走廊
周围的山火情况并发布预警信息，使相关人员尽早
投入到救火与保障电网安全稳定运行的工作中；④
开展输电线路山火防治研究，减少山火对输电线路
造成的损失．
4 结语
近年来，随着西南水电基地水电资源的不断开
发，各级水电厂的送出线越来越多地穿越森林覆盖
的崇山峻岭[9]．西电东送工程和特高压工程都是跨
区域输电，难免要跨越茂密的林区，而这些输电线路
输送容量大，一旦发生故障对送端和受端电网将造
成严重影响，因此对电网的安全稳定运行要求高．最
近，中国提出规划建设中国特色的坚强型智能电网
的战略发展目标，将对电网的安全稳定性提出更高
的要求．随着电力资源的不断开发利用和电网建设
78 电 力 科 学 与 技 术 学 报 2010年6月
的快速发展，使输电线路走廊微地形增多，增大了电
网面临山火威胁的可能性，同时也使电网的安全稳
定运行面临更大的挑战．在输电线路走廊发生山火，
尤其是同一地区多处输电线路走廊发生山火，将可
能造成大电网停电事件．2009年2月7日澳大利亚
发生严重山火，灾情最严重的维多利亚州大约有12
处大规模山火，大火烧毁该州300多根电线杆导致
几处电力输电站无法正常运行，约1．4万户家庭因
此断电[1。。．电力行业的公用性和电力系统的同时性
决定了电网事故影响大、速度快和后果严重，而山火
的爆发具有突发性和不确定性以及山火难以控制的
特性[1 ，使输电线路山火灾害较难以掌控．虽然目
前因山火造成大面积停电事故的记录很少，但是随
着电网结构的不断复杂化和更多的输电线路走廊经
过林区，我们非常有必要提高对山火威胁电网的认
识以及加深这方面的研究，以防患未然．
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