山火引发输电线路间隙放电机理与击穿特性综述

山火发生时火焰的高温、高电导率、多灰烬等使架空输电线路间隙绝缘强度显著下降,可能引发线路跳闸,且重合闸不成功概率大,易导致线路停运的严重事故。近年来,山火频发给电网的安全稳定运行带来了严峻的挑战。为此,对山火引发输电线路间隙放电机理与击穿特性研究进行了综述,分析了国内外模拟输电线路山火试验平台搭建、试验方法、山火条件下输电线路间隙放电机理,间隙交直流电压击穿特性研究现状。分析表明山火模拟试验平台考虑的影响因素多较为单一;因模拟试验的尺度、植被类型、试验方法等的差异,试验结果差异性及分散性较大;火焰燃烧特性及产物对间隙放电的影响机理研究考虑的影响因素较为单一。对指导山火情况下输电线路跳闸防护具有一定的局限性。建议系统开展山火条件下不同尺度、电极类型间隙交直流击穿特性研究,结合试验数据,开展电场、火焰温度、电导率、灰烬及颗粒等因素对间隙绝缘击穿特性影响的单一和综合作用机理研究。     

典型高风险植被火条件下导线——板间隙击穿特性

为准确评估山火条件下架空输电线路的跳闸风险,提升电网安全运行水平,文中对南方电网典型高风险植被火条件下导线—板间隙击穿特性进行了研究。搭建模拟植被火燃烧特征试验平台和模拟山火间隙击穿试验平台,研究了云南松、水杉、速生桉、灌木和茅草5种植被的火焰燃烧特征参数和间隙击穿特性,对不同植被的火焰温度、火焰高度、灰分含量和可燃物热值与导线—板间隙击穿特性的关系进行研究。研究结果表明上述因素与间隙平均击穿电压梯度近似呈线性关系,并拟合得到其多元线性回归公式。使用熵权法得到火焰温度在植被燃烧特征中所占权重最高,上述5种植被中云南松的山火跳闸风险最高。文章研究结果可为架空输电线路山火跳闸风险评估提供参考。     

火焰高度对输电线路间隙击穿特性的影响

山火可使架空输电线路间隙的绝缘强度显著下降,可能引发线路跳闸,导致线路出现停运的严重事故。近年来,山火频发给电网的安全稳定运行带来了巨大威胁。利用木垛火模拟山火,开展了火焰高度对模拟输电线路间隙击穿特性的影响研究。研究表明,火焰高度对间隙的击穿特性影响较大,火焰高度与击穿电压之间具有二次函数关系。研究成果可为输电线路防山火跳闸提供一定的指导。     

山火条件下的特高压输电线路击穿概率模型研究与分析

特高压输电线路跨越林区、秸秆类农作物,山火的发生会威胁系统运行可靠性和稳定性。综合考虑了山火温度和燃烧产生的碳化小颗粒、灰烬浓烟对输电线路气隙绝缘强度影响,并将山火高度作为气隙击穿电压修正因素,建立了山火条件下的特高压输电线路击穿概率计算模型。仿真结果表明山火条件下特高压相地、相间击穿概率随温度、烟浓度呈现“S”型增长态势;山火高度对相地气隙绝缘强度影响类似于温度因素。且相同山火条件下,特高压相地击穿概率远低于超高压;相同烟浓度下,特高压更易发生相间击穿,但由于相同山火条件下的特高压相间烟浓度更低,其实际相间击穿概率可能低于超高压。     

500kV输电线路的山火击穿特性及机制研究

近年来中国森林火灾频繁发生,严重威胁到输电线路的绝缘安全和可靠运行。结合500kV输电线路山火事故录像以及棒-板间隙在木垛火条件下的放电特性,分析了500 kV输电线路在山火条件下的击穿特性和机制。结果表明：1）火焰的绝缘电阻随火焰高度的增加而增大;2）在木垛火焰条件下,棒-板间隙的工频击穿强度降低为纯空气间隙下的23%;3）火焰温度、火焰电导率和颗粒等能够促进放电的发展,并导致间隙的绝缘水平下降;4）导线对火焰顶部的预放电能促进燃烧,电弧则能够增强山火燃烧的强度并抬升火焰的高度,导致击穿电压降低。由试验与分析可知,输电线路因山火击穿是由火焰温度、电导率以及灰烬与烟雾等3个因素促进放电发展的结果,并指出提升导线高度,控制线路走廊附近的植被种类、高度和密度能够有效地提高线路在山火条件下的绝缘水平。     

输电线路走廊典型植被火焰绝缘特性测量与分析

山火条件下输电线路间隙的绝缘强度大幅下降,导致线路跳闸事故频发,给电网的安全稳定运行带来了严重影响。文章选取了输电线路走廊易引发线路跳闸的3种典型植被,对其火焰的绝缘特性进行了试验测量,并分析了植被火焰绝缘强度的影响机制;研究结果表明,在植被燃烧强度较大时,3种植被的火焰电阻率均较小,其中,杉树枝的最小,为3 kΩ·m,杉树干的最大,也达到30 kΩ·m,远低于纯空气间隙的绝缘强度;植被火焰的绝缘特性与火焰高度、温度、烟尘浓度、灰分含量等因素有关,而当火焰温度较低时,火焰高度与燃烧强度对植被火焰的绝缘特性影响较大。因此,控制输电线路走廊植被的高度和密度可以从根本上减少山火导致线路跳闸事故的发生。     

典型植被火焰下导线–板间隙击穿特性及放电模型研究

针对山火引发输电线路跳闸事故频发的问题,选取了输电线路走廊易于引发线路跳闸的典型植被,利用模拟山火试验平台研究了导线–板间隙在典型植被火焰下的工频击穿特性,通过击穿电压与泄漏电流数据分析了不同植被火焰下间隙击穿特性的差异性,根据间隙的放电机制以及电弧路径发展的图像,建立了火焰条件下间隙放电模型,并对其有效性进行了验证。研究结果表明:植被火焰下间隙的绝缘强度明显下降,特别是在杉树枝火焰下,导线–板间隙的平均击穿电压梯度可降低为纯空气间隙的10%;植被在稳定燃烧阶段的泄漏电流最大,且正半波的泄漏电流值大于负半波,最大可达负半波的十倍左右;在灰烬颗粒影响下,秸秆、茅草等植被在火焰高度较低时,也会导致输电线路跳闸,研究成果可为输电线路在山火条件下的安全稳定运行措施提供参考。     

全火焰条件下植被燃烧特征量对导线?板间隙击穿特性的影响

近年来,输电线路走廊山火频发严重威胁电网的安全稳定运行。选取了山火条件下易引发线路跳闸的典型植被,对其燃烧特性和全火焰条件下导线-板间隙的交直流击穿特性开展了试验研究,并提取了热释放速率、火焰温度、高度和电导率等燃烧特征量,分析了燃烧特征量对全火焰条件下间隙击穿特性的影响机制。结果表明,不同植被类型火焰对间隙击穿特性的影响差异较大,尤其在杉树枝火焰下,导线-板间隙的工频击穿电压和直流正极性击穿电压分别下降为纯空气间隙的10%和6%左右;间隙击穿电压存在明显极性效应,直流正极性下间隙的击穿电压低于直流负极性;植被火焰的电导率是间隙绝缘强度下降的主要原因,其次为热释放速率和火焰高度,火焰温度的影响较小。     

山火对空气间隙绝缘击穿特性影响试验研究

近年来,山火频发给电网安全稳定运行带来了巨大威胁.山火会导致架空输电线路间隙绝缘强度显著下降,从而引发线路跳闸,造成线路出现停运等严重事故.文中设计了"棒-棒"电极空气间隙放电模型,开展了"棒-棒"模型的空气间隙绝缘击穿试验,研究了火焰、温度、烟雾对间隙绝缘的影响.试验研究表明,火焰高度和温度对间隙击穿特性影响较大,温...     

基于大数据的输电线路通道智能风险预控技术研究

近年来,输电线路环境变化引起的电网事故越来越多,对电网安全和稳定造成严重影响。考虑到输电线路山火风险的影响因素多而复杂,提出输电线路通道的山火风险评估模型,根据气象数据的统计分析,确定不同火险气象等级下山火发生的概率,结合发生山火时空气间隙被击穿的概率计算模型,建立了具有时空分布特征的山火输电通道风险评估模型。通过算例验证了模型的有效性,实验结果表明,该模型能够有效预测输电通道山火风险,所做研究工作为我国输电通道智能风险管控提供了参考和借鉴。     

模拟山火条件下导线-板间隙击穿特性影响因素分析

利用模拟山火试验平台,开展导线-板间隙在不同燃烧条件下的工频击穿特性,分析植被类型、燃烧强度、风速和坡度等因素对间隙击穿特性的影响机制。结果表明:不同类型植被火焰下,间隙的击穿特性差异较大,杉树枝叶和杉树干火焰下,间隙的工频击穿电压分别约下降为纯空气间隙的10%和20%;当火焰桥接全部间隙时,植被燃烧强度对间隙击穿特性的影响较小;随着坡度的增加,火焰间隙的绝缘强度出现大幅度下降。因此,对实际输电线路,需重点关注坡度较大的地方,特别是"V"形山谷位置,更易出现山火引发线路跳闸事故。     

典型植被火条件下1.2～2.7 m导线板空气间隙击穿特性

山火严重威胁着电网的安全稳定运行,为揭示山火条件下架空输电线路的跳闸机理,利用山火模拟试验平台开展了1.2～2.7 m导线板间隙的工频击穿特性试验,研究了全桥接和不全桥接时导线分裂数、植被种类、燃烧强度和火焰高度对间隙击穿特性的影响.结果表明:最大火势时,燃烧强度对火焰区的击穿特性影响大于非火焰区;导线分裂数对短间隙下...     

输电线路差异化防山火技术与策略

针对输电线路山火灾害点多面广、引发故障影响因素多、对电网的安全稳定运行构成严重威胁的难题,分析了人为用火习俗、气象条件、植被类型等因素对山火分布的作用,阐述了地形参数、线路本体参数和山火形态等因素对输电线路山火跳闸的影响,分析了输电线路山火灾害脆弱性的差异。在此基础上,结合输电线路山火跳闸恢复时间,提出了1种定量化、精细化的输电线路山火灾害风险指标及计算方法。然后,从输电线路山火灾害防御与处置这2个方面分析了输电线路防山火措施的有效性与的适应性。研究结果表明:开展的逐基杆塔线路区段的输电线路山火灾害风险计算,揭示了输电线路山火跳闸风险差异特征;以某省电网1条±500 k V电压等级的直流输电线路为实例计算分析的输电线路1 300号—1 577号线路区段的山火跳闸风险,充分反映了输电线路山火灾害的分布规律及线路山火灾害的容灾抗灾能力;对计算得到的4个重点防山火线路区段采取了线下植被置换、配置灭火装备、安装分布式山火监测装置等有针对性的防治措施,验证了所提差异化防山火风险评价方法和指标的适用性和优势。所开展的输电线路差异化防山火技术研究,可为线路设计、运行维护等提供"有的放矢"的精细化信息指导。     

山火条件下输电线路跳闸概率计算

近些年,因山火导致的线路跳闸事件时有发生,如何较为准确地预测山火导致的线路跳闸概率,就成为一个备受关注的问题之一。提出了基于改进元胞自动机山火蔓延模型的输电线路跳闸概率新方法。首先引入火焰温度、植被类型、火点距离和降雨量等因素,考虑这些因素对输电线跳闸的综合影响。然后采用改进元胞自动机对山火蔓延过程进行较为准确的预测,根据其蔓延发展情况而得到较为精确的山火导致输电线跳闸的概率变化趋势。方法对于电网的安全运行具有一定的指导作用。算例证明了方法的有效性。     

基于图模型的架空输电线路山火风险等级预测模型

山火灾害易诱发架空输电线路跳闸事故,严重危害电网的正常稳定运行。为降低山火灾害对电网运行的影响,提高架空输电线路山火防治水平,本文提出了一种基于图模型的架空输电线路山火风险等级预测模型。该模型首先在森林火险气象指数的基础上,综合考虑地表燃烧因子和历史火情因子的影响,构建了输电线路山火风险等级评估指标体系;然后结合专家评分采用图模型和最优理论降低赋权中的主观随意性,确定了各因子权重系数,并利用3 km×3 km分辨率的降水预报数据对山火风险等级进行修正,实现了输电线路山火风险等级预测;最后以南方电网山火高发期卫星监测热点分布情况,验证了所提方法的准确性。该方法目前已成功应用于南方电网山火监测预警中心,可指导输电运维人员提前巡查重点隐患线路,降低架空输电线路山火跳闸风险,提高电网安全稳定性能。     

火焰条件下间隙的直流电压击穿特性研究

近年来,多条特高压直流线路建成投运,还有多条直流输电线路正在规划,山火严重威胁到输电线路的绝缘安全和可靠运行,研究火焰条件下间隙的直流电压击穿特性和放电机理具有重要意义,但国内外在山火条件下间隙直流电压击穿特性方面的研究较少。间隙在山火条件下击穿机理涉及火焰温度、电导率和灰烬等个因素,不同植被的燃烧特性决定了这3种因素触发放电的影响程度不同,因而击穿电压存在较大的差异。文中研究典型植被的火焰特性,利用模拟山火对不同影响因素条件下的导线?板间隙直流电压放电特性进行试验研究,分析了山火条件下间隙击穿机理。研究发现间隙在火焰中绝缘强度下降到纯空气的20%左右,直流电压下间隙的击穿存在明显的极性效应。     

火焰条件下间隙的直流电压击穿特性研究EI北大核心CSCD

近年来,多条特高压直流线路建成投运,还有多条直流输电线路正在规划,山火严重威胁到输电线路的绝缘安全和可靠运行,研究火焰条件下间隙的直流电压击穿特性和放电机理具有重要意义,但国内外在山火条件下间隙直流电压击穿特性方面的研究较少。间隙在山火条件下击穿机理涉及火焰温度、电导率和灰烬等个因素,不同植被的燃烧特性决定了这3种因素触发放电的影响程度不同,因而击穿电压存在较大的差异。文中研究典型植被的火焰特性,利用模拟山火对不同影响因素条件下的导线?板间隙直流电压放电特性进行试验研究,分析了山火条件下间隙击穿机理。研究发现间隙在火焰中绝缘强度下降到纯空气的20%左右,直流电压下间隙的击穿存在明显的极性效应。     

基于层次分析法的输电线路防山火预警评估模型

山火灾害是威胁电网安全稳定运行的重要因素之一。为了有效地预防山火灾害,提出了基于层次分析法的输电线路防山火预警评估模型。以输电线路历史故障、实时监测数据和气象预报信息三个方面风险因子,构建层次结构,结合贵州电网运维数据及专家经验,构造判断矩阵,进行可行性判断,并得到各因子相对权值及整体权值,结合专家系统给出的扣分表,计算实际扣分值,从而对输电线路山火风险进行评估,并给出了防治山火跳闸事故的建议措施,提高了山火防治效率和电网安全稳定性。     

山火对10~35 kV输电线路安全运行影响试验研究

文中设计搭建了山火对10 kV、35 kV输电线路安全运行影响试验研究平台,燃烧松木、稻草和灌木模拟10 kV、35 kV输电线路下发生山火,研究了山火条件下输电线路三相电压、导线对地泄漏电流、零序电压变化特性;研究分析了火焰高度、火焰宽度对10 kV输电线路绝缘的影响。试验结果表明：山火能引起输电线路单相高阻接地和相间短路;造成单相高阻接地和相间短路是电压等级、对地距离、火焰高度、火焰宽度等多种因素共同作用的结果;火焰是否桥接空气间隙是影响空气绝缘的重要因素。研究了试验过程中出现的输电线路对火焰放电、受火焰影响的某相电压低于其他相电压等现象,得出了山火对10 kV、35 kV输电线路影响原因和规律。     

山火灾害引发的输电线路跳闸风险实时分析方法及应用

近年来,山火灾害已成为输电线路跳闸停运的重要原因之一。现有的山火监测方法无法广域实时监测火点和获取线路所处微地形区域的小尺度气象数据,从而难以准确实时地分析山火条件下线路跳闸风险。据此,该文提出一种考虑山火灾害的输电线路跳闸风险实时分析方法。首先,基于同步卫星技术实现了输电线路附近山火的实时监测,其次,提出了多重嵌套的中小尺度气象预报模式以解决气象数值预测精确度与时效性的矛盾,再次,提出了综合考虑降水、植被、风场等各种环境因素的线路跳闸概率实时计算模型,最后,以湖南省历史山火高发期的案例验证了模型的准确性,结果表明,该方法能够实时、准确地分析输电线路山火跳闸风险,为大范围山火灾害下电网的安全运行和应急处置提供重要的数据支撑。