输电线路山火故障的分析与预防

输电线路山火故障的分析与预防

本文主要对山火发生原因进行分析，对山火引起线路跳闸的原因及特点进行深入探讨，然后提出从“设计规划—施工建设—运行维护”三方面对输电线路山火故障进行预防，最后指出发生山火后应采取的措施。

标签：输电线路；山火；分析；预防；

从2010年至今，南方电网超高压输电公司发生因山火引起线路跳闸达到60次，如此多的山火跳闸故障给电网的安全稳定运行带来了严重影响。在此情况下，迫切需要对输电线路山火故障进行更为系统的研究，对输电线路山火防控工作进行更为科学的安排，从而减少因山火导致的线路跳闸。

1 山火发生的条件

发生山火需具备以下三个条件：火险天气、可燃物、火源，三者缺一不可。

火险天气是山火燃烧的首要条件，利于山火的火险天气主要包括气温高、降水少、相对湿度小、风大、长期干旱等因素。

可燃物是发生山火的物质基础，按危险程度分为易燃可燃物、燃烧缓慢可燃物、难燃可燃物。易燃可燃物燃烧速度快，包括：地表干枯的杂草、枯枝、枯落叶等。燃烧缓慢可燃物不易燃烧，但着火后能长期保持热量，不易扑灭，且容易发生复燃，包括：枯立木、树根、大枝、倒木、腐殖质等。难燃可燃物是因含有大量水分，不易燃，有时还可减弱火势或使火熄灭，但遇到重大火灾和特大火灾时，也能脱水干燥而燃烧。包括：正在生长的草本植物、灌木和乔木等。

火源是山火发生的主导因素，按性质分为自然火源和人为火源。自然火源有雷击火、火山爆发和陨石降落起火等，其中最多的是雷击火。人为火源又可分为生产性火源（如烧垦、烧荒、烧木炭、开山崩石、烧防火线等）和非生产性火源（如野外做饭、取暖、用火驱蚊驱兽、吸烟、小孩玩火和坏人放火等）。

2 山火引起线路跳闸分析

2.1 山火引起线路跳闸的原因分析

山火引起线路跳闸主要原因是导线对地放电、导线相间放电以及导线对铁塔放电。

2.1.1 导线对地或导线相间放电的原因

山火燃烧温度可达1000℃以上，而一般气体明显热游离温度为727 ℃，此时地面附近空气和受热导线表面热游离出大量的带电离子，山火使地面和导线或

导线与导线两端游离出来的电荷建立起电场，使地面端电荷区随火苗往高处发生；同时山火燃烧时的高温和伴随火苗的滚滚浓烟降低了空氣绝缘效果，最终导致导线对地放电或导线相间放电引起跳闸事故。

2.1.2 导线对铁塔放电的原因[2]

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，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，该将放射出大量的光子，与烟尘结合后随热气流上升到导线周围，形成一个流注通道进而导致导线对铁塔放电。

3 山火引起线路跳闸的特点

3.1 线路故障发生的时间特点

以整年的时间分布来看，防山火期为每年10月1日至翌年4月30日，此时多为降雨少的旱季，尤其在初春，地面落叶及枯草等燃料载荷达到峰值，再加上春节及清明前后的祭祀等用火较为频繁，一旦出现火种，极易形成火灾。

3.2 发生山火原因多，但火源出现的人为因素大

（1）地方政府疏于监管，林区用火不慎导致意外失火；（2）地方政府为预防森林火灾，在每年1—3月均要组织有计划烧除林下可燃物工作，在计划烧山工作中，由于点多面广，具体实施人员未落实安全隔离措施，容易引发不受控制的山火；（3）每年春季、清明时段正值山区村民开荒、烧荒、祭祀、祭拜的高峰区，在此过程中未采取安全防范措施而引发山火；（4）部分地方电力线路、电厂线路、施工线路错综复杂，且疏于管理，容易因短路引发山火。以上山火的出现皆可归结人为因素。有统计表明，火源95%以上是人为的，而人员活动因素的不确定性和随机性给预测造成了一定误差。

3.3 山火导致的重合闸成功率低

山火导致输电线路跳闸后，自动重合闸装置将在很短的时间内合闸送电，将产生比正常运行电压更高的操作过电压，而此时山火仍然在燃烧，空气介质的绝缘强度还没有来得及恢复，将再次击穿空气间隙导致重合闸将失败。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，重合闸成功率低，只能待山火减弱、浓烟散去后才能保证试送电成功。

南方电网2010年第一季度线路山火跳闸情况分析[4]中提到，从单相故障的重合闸成功率来看，山火故障的重合闸成功率与其他原因故障重合闸成功率相差不大。但山火引发的相间故障和连续性故障（重合闸充电期间再故障）较多，且山火引发的线路故障总的重合闸成功率仅36.72%，而其他原因引发线路故障的总重合闸成功率为48.51%，山火较其他原因引发的线路故障重合闸成功率低

11.79%。

3.4对电网正常运行的影响大

由于受通道和地形的限制，很多输电线路采用同塔双回或多回架设，如公司溪洛渡工程是同塔双回线路，一旦发生较大的山火，浓烈的烟火可能导致双回线路同时跳闸，导致电力通道全部中断，引起严重后果。

4 输电线路防山火措施

为更好的做好输电线路防山火工作，运行单位可将输电线路防山火管控工作前移到线路设计规划阶段，做到基建与生产的无缝对接。

4.1 设计规划阶段

新建线路经过林区时应采取高跨措施，降低因林区发生山火线路跳闸的几率；尽量避开农田、庄稼地等春季易烧荒地，降低村民烧荒时线路引发山火的可能性；局部区域有多条超高压线路经过地段要提高线路防火水平。

4.2 施工建设阶段

业主和监理应在施工期间加强对施工单位的监管，督促施工单位严格按照设计和合同要求对新建线路中不满足要求的林木进行砍伐，并和树主签订协议，保证以后不种植可能危及线路安全运行的植物。同时，竣工验收时，运行单位的验收人员要认真核查，对不满足安全距离的树木及时要求施工单位清除。4.3运行维护阶段

4.3.1常规预防措施

（1）联动机制建设

加强与地方政府防火办的沟通协调。专门发函至各条线路走廊所属地的各地方政府，请求做好防山火工作，争取最大限度地得到地方政府对于线路通道清理的支持。除地市政府防火办外，要将沟通协调的重点放在县和乡镇上，建立防山火工作的具体联系清单，做细做实防山火工作。

建立与林业部门的互警机制。及时互通信息，确保在发生紧急情况时双方能够协同动作，采取有效的应对措施。比如：向林业部门提供沿线塔位的地理信息、联系电话以及电力法律法规资料等，要求林业部门及时提供线路保护区内的“计划炼山”信息，防止“计划烧山”造成线路跳闸。

加强输电管理所安全生产责任制建设。输电管理所管辖每条线路均应指定明确的防山火责任人，做到分线、分段、责任到人，将山火防治工作纳入绩效考核的范畴，对因山火导致输电线路跳闸故障的，严格进行考核。

充分发挥本单位职能部门的自我监督和排查作用，局设备部、安监部应对输电管理所防山火工作开展的质量进行监督与指导，不定期抽查输电管理所防火工作的进度及完成情况，对于危险点要严格排查通道清理情况，多方多部门共同做好防山火管控工作。

（2）积极开展防山火宣传工作

与当地政府开展联合宣传。加强相关法律和安全用火的宣传，提高输电线路沿线居民的法律意识和森林防火意识。因超高压线路多在农村、山区等交通不便地方，可通过移动通信公司向重点人群发送森林防火手机短信，利用农户的房屋外墙作为宣传墙，在易发生山火的地段设立防火警示牌及报警电话，设立有奖报料制度等。

班组人员、护线员对沿线群众开展宣传。班组人员负责对责任区范围内进行宣传，并充分发挥护线员的作用，重点做好对责任区内的沿线群众做好宣传。

（3）班组建立山火危险点动态台账，并加强维护

根据通道植被变化情况、山火事故发生规律、历年发生山火跳闸档案以及《超高压输电公司输电线路防山火手册》要求，建立至少包括地形位置、树种、种植面积、树木生长高度、树木与导线净空距离、林木产权归属等内容的山火危险点动态台账。防山火期，山火危险点动态台账需专人负责维护。根据危险点清单，制订危险点清除计划，并按计划完成通道树木和基面杂草的清理工作。

（4）开展防山火知识培训

输电管理所应安排人员对班组员工开展防山火知识培训，必要时，可邀请森林消防部门进行培训。班组人员熟悉后，还应对相关护线员进行山火安全常识及处置方法的培训，保证护线员具备防山火工作所需的风险辨识、应急处置和抢险应对能力。

（5）修编和完善防山火应急预案，并定期进行演练

修编和完善防山火应急预案，充分做好人员、抢修材料、抢修车辆及物资的准备，防山火应急预案应至少包括：应急组织机构及其人员职责，预警管理、信息报告、应急响应等。

同时，输电管理所应结合输电线路现场实际，按照“演练即实战”的要求，定期进行防山火演练，通过演练来强化班组人员的山火危险点辨识能力、山火应急处置能力以及班组人员对山火信息汇报流程的熟悉程度。

4.3.2 特殊预防措施

（1）利用高科技和卫星监测手段进行在线监测

利用卫星监测手段加强对重点地段的不间断视频在线监控，可弥补常规巡视、特殊巡视、护线员巡视所无法达到的不间断监视效果，以达到更及时发现隐患、更准确查找故障原因的目的。

比如清远供电局的架空输电线路走廊防山火综合监测系统[6]，其在山火易发区、高发区的输电线路杆塔上安装防山火监测预警终端，通过烟雾传感器、火焰传感器、气象传感器、全方位监控摄像机等实现对输电线路走廊山火重点防范区域的实时监测与监控。

广西电网输电线路走廊山火监测系统[7]的原理和清供的“架空输电线路走廊防山火综合监测系统”类似，其流程图见图1

以上不同装置，都是利用“3S技术”（遥感技术、全球定位技术、地理信息系统技术）实现输电线路防山火的实时监测，我局可根据实际情况对该技术应用。

（3）加大树障砍伐力度

结合线路实际情况对线路防火通道进行清理，如按照《超高压输电公司防山火手册》危险点划分原则“第三条”要求，考虑极端条件的修正值后，得到以下结果：±800kV线路所需的最小净空距离是18米，最大净空距离是30米，±500kV 线路所需的最小净空距离是14米，最大净空距离是27米，500kV线路所需的最小净空距离是10米，最大净空距离是23米。若资金充裕，可对直流线路按照至少25米以上的净空距离开展防火通道清理，甚至部分地段可采用有偿租用通道方式清理树障。

5 输电线路发生山火后的措施

5.1 启动防山火应急预案

线路附近突发山火，应第一时间启动防山火应急预案。输电管理所部门负责人及班组负责人带队赶赴现场，掌握现场山火情况，并及时将现场山火情况及评估结果向局主管生产领导及生产设备部领导汇报。由于扑灭山火较为专业和危险，主要责任人应是当地的消防、林业等相关部门，故应立即联系当地防火办及消防部门，要求对威胁线路安全的山火优先进行扑救。线路班组人员只能在确保人身安全前提下，才能协助扑灭危及线路安全的火源。

5.2 山火现场监控

为及時了解火势发展情况，输电管理所负责人还应安排专人对山火进行监控。监控人员必须携带望远镜、测距仪、皮尺、数码相机、数码摄像机等设备，监测点应选择在安全、交通便利、利于人员迅速撤离且便于观察的位置，并与火头保持一定的的距离，以确保人身安全。

5.3 召开山火跳闸故障专题分析会

（1）山火跳闸故障实例

2014年01月24日05时29分我局（中国南方电网超高压输电公司南宁局）管辖天广直流极II发生两次再启动装置动作事件，两次相隔时间为291ms，根据测距结果对应998#-1001#。06时15分输电管理所接到故障报告后，及时与±500kV 天广直流线985#—1045#塔区段护线员了解当地天气情况并开展线路巡视工作，当地为阴天，南风4级。雷电定位系统显示，测距点附近故障时段无落雷。护线员8点55分赶到测距点，发现997#-998#通道内有大面积过火痕迹，有少量烟尘飞扬，已无明火。初步判断故障原因为山火。16时30分巡查人员带电登塔检查发现996#极II跳线上有闪络斑点，塔身有放电痕迹。在找到故障原因后，班组迅速分析故障原因，并组织召开了山火跳闸故障专题分析会，分析，发现“1.24” 天广直流极II山火故障直接原因有，人为烧荒，控制失当，引发大面积山火；秋冬季节，天干物燥，且故障点周围均是松树、桉树等林区存在的环境因数。

根本原因有（1）防火通道清理不到位，996#杆塔位于山顶，跳线与松树顶的净空距离仅11.1m，虽满足风偏控制距离，但跳线下方坡度19.8°，易使山火形成树冠火，引发设备跳闸。（2）对现场掌控能力不足，班组虽已将此处列为防火危险点，委托护线员清理，但是未能及时对危险点树木砍伐处理进行现场检查（3）缺乏的控制超高压输电公司虽然制定了《输电线路防山火工作手册》，但由于砍伐松树、桉树等林区树木需要花费几千万元大额费用，未能按该手册进行砍伐工作。

6 结语

输电线路防山火已成为一项周期性、持久性的工作，只有多方共同入手，综合应用多种防火手段，才能切实提高输电线路防山火水平，才能有效减少山火发生和降低山火引起的输电线路跳闸率，从而提高输电线路的安全可靠性。

参考文献

1、超高压输电公司防山火手册[M]广州：南方电网公司，2011.

2、胡湘，陆佳政，曾祥君，等.输电线路山火跳闸原因分析及其防治措施探讨[J].电力科学与技术学报，2010，25（2）：73—78

3、吴田，阮江军，胡毅，等.500kV输电线路的山火击穿特性及机制研究[J].中国电机工程学报，2011，31（34）：163-170

4、黄乐，舒双焰.南方电网2010年第一季度线路山火跳闸情况分析[J].广东电力，2011，24（3），95—97.

5、普子恒，阮江军，黄道春，等.火焰条件下间隙的直流电压击穿特性研究[J].中国电机工程学报，2014，34（3）：453-459

6、雷国伟，何伟明，林健枝.架空输电线路走廊防山火綜合检测系统实现与应用[J].电气技术，2013，（12），112—115.

7、朱时阳，邓雨荣.输电线路走廊山火监测技术研究与应用[J].广西电力，2013，36（3），25—27.

8、胡军，刘登远，刘俊，胡特.咸宁输电线路防山火跳闸措施分析[J].湖北电力，2011，35（5）：29-30.