尤飞-山火条件下高压输电线路放电特性

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1、万方数据山火条件下高压输电线路放电特性张云1。尤飞2．v，陈海翔3。张林鹤3，朱霁平3，周建军3(1．中国南方电网超高压输电公司梧州局，广西梧州543002；2．南京工业大学城市建设与安全工程学院，江苏南京210009；3．中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室，安徽合肥230026)摘要：利用单、双和三木垛火源和单股、双分裂和四分裂模拟高压导线研究了中尺度高压输电线路在火灾务件下的放电特性及其与火源火场参数的关系，提出了为防控火灾实际输电线路走廊内森林可燃物管理方法。结果发现，模拟导线在火焰中

2、较纯空气中容易发生放电(火焰中空气平均击穿场强较纯空气中约下降64．9％)；火持续时间、火焰高度和火灾荷载密度对平均击穿场强的影响程度依次减弱，火强度则是决定性影响参数(木垛火源双木垛火变为三木垛火时，空气平均击穿场强与火强度、火灾荷载密度、火持续时间及火焰高度增幅比分别为2．11、0．482、1．70和0．582)；中高速中高强度的上山地表火、树冠火、冲冠火和地表火转化的树冠火易形成高火焰、高热量、高温度、高浓度(烟尘粒子和带电质点)的容易使线路跳闸的环境条件。关键词：山火；输电线路；跳闸；放

3、电特性；火强度中图分类号：X946。TM726．1文献标志码：A文章编号：1009—0029(2012)0l一0001一04输电线路是电网运行的命脉，是关系国计民生的“生命线”，它在输送能源的同时又相当脆弱，任何外力破坏都可能造成大面积停电甚至电网瓦解。近几年来，全国范围内输电线路因山林火灾、烧荒、祭祀等野外火灾引起的跳闸停电停运事故越来越多。2009年，湖南、贵州电网境内多条220kV及500kV线路因山火发生多次跳闸事故(有时一天内发生6次)。当前高压(35～220kV)和超高压(330～1

4、000kV)输电线路对高强度火灾的应对能力均较弱。森林火灾中火焰中心最高温度可达l200℃，边界最高温度可达1100℃，热烟气温度可超过520℃，火焰柱高度最高可达20～30m。一旦这种山火诱发放电。会造成多相故障，且单相故障重合闸成功比例较低。因此跳闸事故往往会持久、高频和大范围爆发，恢复难度较大。对于因山火引发的电网输电线路跳闸事故，除由各地森林防火部门和电力部门共同实施山火预警体系、严控火源、加强线路巡视、砍伐线路通道等管理措施外，更有必要从“治本”角度进行科学研究，通过探索山火和输电线路

5、的相互作用行为和机理、山火引发跳闸的临界条件及各种影响因素进行主动控制和防治。目前，国内外消防理论研究对高压和超高压输电线路的研究主要还停留于输电特性方面，对于火灾条件下输电线路的放电特性及其诱发机理的学术探讨较为少见。国外学者的研究表明火灾时输电线路下空气间隙绝缘强度会明显下降，这叮能与火场温度、火焰热强度、火焰中固体粒子浓度和热烟气湍流度有关。文献E3]试验测量了在木垛火火焰和羽流中的输电线路与地面之间空气间隙的平均击穿场强，探讨了平均击穿场强的下降原因。未涉及到火灾条件下输电线路与树木和地

6、面之间空气间隙平均击穿场强与火源强度、火灾荷载密度、火持续时间和火焰高度等参数间的定量关系。为此，笔者对稳定木垛火源的燃烧特性及其作用下模拟高压输电线路放电特性进行探索，分析空气间隙击穿特性参数与火场参数间的定量关系，并据此提出实际输电线路走廊内森林可燃物管理方法。l试验内容、材料和方法1．1常温常压的空气击穿特性测定利用不锈钢管和不锈钢球加工成双分裂和四分裂模拟导线，分别用于模拟220kV和500kV输电导线，其截面尺寸为24cm×24cm，整体长度为6ITI。在纯空气中进行全尺度空气间隙击穿

7、试验。1．2中尺度木垛火源火场特性标定采用木垛作为模拟火源。木垛用材为杉木，每根木条截面尺寸为2cm×3cm，长度为45cm。间隔距离3cm，每层共8根，共6层。木垛火场特性通过热电偶和称重平台进行测定，主要测量参数为火场温度分布和木垛燃烧过程中的质量损失速率。试验细节见参考文献[33。模拟火源有三种：单木垛、双木垛和三木垛，其火灾荷载依次为23．3、46．6、69．9kg／m2。1．3中尺度木垛火源下火羽流中的空气击穿特性对木垛火源作用下模拟导线被稳定时间段内火羽流包围时的空气击穿特性进行测定

8、。利用木垛模拟植被类火源，采用110、220、500kV三种电压等级作为模拟导线。接地电极为2m×3ITI的钢板，电源电压在110～500kV之间。可连续调节，电源容量2000kVA。关于模拟导线的描述参见文献[3]。其中，220kV和500kV模拟导线试验布置示意如图l所示。基金项目：国家自然科学基金资助项目(50906039)·中央高校基本科研业务费专项资金项目穗防科学与技求2012年1月第31卷第1期万方数据埘絷_lj4火}J料“!桨v趟拟导线铌装嚣M，代¨¨田1220kv(上】和$00k