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系列对电网运行产生不 利影响的挑战, 从导线舞动到闪络, 从杆 塔起火到时有发生的蓄意破坏
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加拿大电力公司进入电网基础设施投资的最终阶段

January 5, 2016 • Utility Practice & Experience, Utility Practice & Experience, 最近文章汇总

加拿大西部省阿尔伯塔(Alberta)最大输 电商AltaLink的电网运营在地理上极其多 样化的地区。地形跨越范围从沙漠到平 原,从山麓小丘到高耸的山脉,所有地形 中还夹杂着众多塑造的‘微地形’。还 必须应付无数纵横交错的石油和天然气 管道。 该服务区域地形地貌的多样化, 加上位 于北方, 导致电网在冬季经历的低温可 达-50°C,而在夏天却会攀升至+40°C。 此外, 被称为钦诺克的强西风速度可达 150公里/小时, 众所周知能在短短一个 小时内使气温升高超过20°C。不可预测的恶劣天气还包括周期性冰雹, 暴风雪, 冰雨,暴风雨,甚至偶尔出现龙卷风。
在这种地形复杂以及天气极度多变的 背景下, AltaLink目前已接近完成被称 之为‘宏大的建设’, 即投入了该公司 有史以来的最大笔资金, 用于加强超过 12,000公里线路和大约280座变电站的 骨干输电网。继花费最为停滞的90年代 之后,自然资源行业的蓬勃发展刺激了 用电需求的迅速增长,推动了这项为期 三年总额超过40亿美元、主要集中在加 强500kV, 240kV和138kV系统的投资。
在扩建和加强电网方面,AltaLink的工 程师们面临着一系列对电网运行产生不 利影响的挑战, 从导线舞动到闪络, 从杆 塔起火到时有发生的蓄意破坏。此外,与 许多其它地方一样,新工程很难获得公众 的批准, 而这些决定着必须如何制定一些 线路段的设计方案。
INMR前往卡尔加里(Calgary),采访了 参与AltaLink两个近期最重要投资项目的 工程师和监理人员, 即500kV Heartland 输电工程和±500kV西部阿尔伯塔输电 线路(WATL)工程。阿尔伯塔导线舞动的问题通常发生在结冰加上强风的四月和五月。
闪络可能是由于雷电击中了已经被 击穿或有缺陷的绝缘子。注意到电 弧在沿绝缘子串上升的过程中如何 两次转移了方向。 电力公司 加拿大电力公司进入电网基础设施投资的最终阶段 turneddirection

闪络可能是由于雷电击中了已经被 击穿或有缺陷的绝缘子。注意到电 弧在沿绝缘子串上升的过程中如何 两次转移了方向。

背景 询问任何AltaLink的工程师有关架 空线电网面临的问题, 答复几乎肯 定会包括‘舞动’这一术语。阿尔伯 塔有每年一度的卡尔加里牛仔节、牛 仔帽和最大的室内体育馆, 著名的马 鞍(Saddledome)体育馆, 是加拿大 的“西部狂野之乡”, 考虑到这一点, 这似乎是奇葩的天命。 Tyson Harper是输电项目工程师, 他 解释说, 阿尔伯塔导线舞动的问题往 往集中在结冰加上强风这种极端天 气的四月和五月。他报道说, 最近开 发了一组经过特别加固的杆塔, 以更
阿尔伯塔导线舞动的问题通常发生在结冰加上强风的四月和五月。
约 70%的线路停 电不是由杆塔、 金具或导线故 障引起,而是源 于绝缘子的问题。
刮风影响阿尔伯塔架空线路的实例。
好地应对这些压力, 并改善处理半 径至70毫米覆冰的能力。相关线路 金具的技术规范也提高到了300kN 甚至更高, 超出了常规的ANSI要 求。Harper还评述说, 虽然在一些 线路上安装了相间间隔棒, 但并不 阻止导线的舞动, 而是防止导线舞 动期间相线的互相碰撞, 从而降低 与此相关的停电事故。 也通过更多地应用自阻尼导线处理 240kV和500kV线路的舞动, 自阻尼 导线比常规导线轻,内芯可以在外部 护套内自由移动。更紧的拉线和更低 的杆塔结构因此成为可能。
虽然加拿大标准协会将阿尔伯塔归 类为轻度污秽区, 但当地的污染是 影响电网性能的另一个问题。在冬 季, 道路和高速公路严重的覆盐必 然扩散到与主要通道平行的电力线 路上。绝缘性能还受到来自碎石路 面的灰尘以及附近农耕的影响, 比 如耕田松土和喷洒肥料。有些线路, 特别是为石化行业客户供电的线路, 面临着诸多甚至更为严重的污染。
当地的污染和绝缘 子性能低劣的综合作 用导致塔顶着火 电力公司 加拿大电力公司进入电网基础设施投资的最终阶段 causedfire

当地的污染和绝缘 子性能低劣的综合作 用导致塔顶着火

输电工程师 Shantha Samarawickrama 在项目工程服 务部工作, 该部门为组成AltaLink‘宏 大建设’的100多个正在施工和最近 已经完成的项目提供专业知识。他的 职责是与项目的各个工程总承包商(EPC)共同协作以确保承建线路的 质量,同时也为处理意外事件提供 支持,比如当两条线路必须交叉时。
Samarawickrama解释说,虽然现有 标准规定了新线建设的每个方面,但 采用特定的污染研究在阿尔伯塔仍 然是相对新的做法。例如, 仍没有可 以帮助每个区域选择最合适绝缘子 几何形状和爬电距离的全省污区总 图。因此,以往或多或少是基于经验 对当地污染进行调整。 尽管Altalink的多数架空线路仍然依 赖于已经主导多年的陶瓷绝缘子,钢 化玻璃的使用正在增加。例如,无论 是新的500kV Heartland线路还是 WATL高压直流线路都全部采用玻 璃绝缘子。 根据输电线路工程师Dimitri Georgopoulos所说,历史记录显示, AltaLink约70%的线路停电不是由杆 塔、金具或导线故障引起,而是源于 绝缘子的问题。他评论说,“最薄弱 的环节似乎总是绝缘子。出于这个原
因,我们最近的维护目标之一是要记 录所有的绝缘子,包括位置,类型,品 牌和生产日期。”他报道说,例如, 很多针式绝缘子以及悬式绝缘子串 是在70年代和80年代期间安装,当 时普遍存在陶瓷质量低劣的问题, 导致击穿和水泥膨胀的比例很高。
500kV硅橡胶绝缘子用于Ellerslie 变电站进线的松弛档距段。 电力公司 加拿大电力公司进入电网基础设施投资的最终阶段 500kvsilicon

500kV硅橡胶绝缘子用于Ellerslie 变电站进线的松弛档距段。

虽然AltaLink也采用了硅橡胶绝缘 子, 但主要用于69kV和138kV线路 的后期改造,或是存在零星蓄意破 坏的地区。工程师们发现, 玻璃或 陶瓷串在较低的机械张力下往往趋 向‘折叠’,所以,硅橡胶绝缘子现在 也被常规用在变电站进线的松弛档 距段。同样,硅橡胶绝缘子也适用于 导线较轻的应用场合。 鉴于当地的污染, AltaLink选择 性地对一些线路的绝缘子进行 清洗。这项工作大多在夏季进 行, 或者由直升机或者从地面清 洗。Samarawickrama解释说,确定 需要清洗哪些线路是基于对过去问 题的调查总结。他说,“我们的清洗 工作集中在遭遇闪络和停电高风险的线路上, 确认受影响的杆塔, 派遣 现场工作人员查明引起闪络的原因, 无论是鸟类, 污染, 或蓄意破坏。”
持续不断的问题与当地污染和老 旧陶瓷绝缘子性能低劣的综合作 用直接相关, 塔顶和横担着火就是 一个实例。项目经理Jason Dwyer 介绍说, 这主要影响到运行在高速 公路附近的线路, 而其根本原因往 往是相同的, 即绝缘子上附着了厚 重的湿雪并演变为决定性的润湿 事件。这导致电蚀损, 但通常不会 使线路跳闸, 直到杆塔着火。如今, 玻璃绝缘子因其更易于巡检, 正在 替代陶瓷绝缘子, 以减少这一问题 的频发。
在原有线路上采用了特殊复合结构 (图片背 景右侧),以处理来自Heartland架空导线的 感应电流。 电力公司 加拿大电力公司进入电网基础设施投资的最终阶段 specialstructure

在原有线路上采用了特殊复合结构 (图片背 景右侧),以处理来自Heartland架空导线的 感应电流。

最近的项目 500kVHeartland线路是AltaLink最 Photos:INMR© 重要的新建项目之一。该线路去年十 二月底通电, 从埃德蒙顿最近扩建的 Ellerslie变电站向北延伸约65公里 到一座全新的变电站, Heartland变 电站。计划6000MW容量中的一部 分将从这里沿着240kV线路输送至 Fort McMurray的炼油厂, 加拿大的 大型油砂开发中心。Heartland输 电工程还包括240kV双回线路54座 杆塔的线路段, 2013年11月通电。 Kevin Munroe是AltaLink的现场巡 视员, 负责监管承建新线路或电网改 造分包商的工程质量。他解释说, 回 过头来看Heartland的经验, 最大的 障碍之一是处理与沿线蜿蜒曲折道 路上超过50种不同的管道交叉。其 他障碍是在必经之地的已有138kV和240kV线路处遇到了一系列无法 回避的额外工程挑战。
例如, 在靠近新建成的高速公路交 汇处的一个交叉存在这样的担忧, 即来自新500kV线路的感应电流可 能会将位于其正下方的240kV电线 杆的木质结构‘蒸干’, 增加发生火 灾的风险。解决方法是采用玻璃纤 维结构或钢结构, 由于交货周期的 原因, 最终采纳了前者。 为了满足低视觉冲击输电塔的审美 要求以及促进获得公众的批准, 开 发了全新系列的单杆结构。项目工 程师Dwyer报道说, 国外供货商对 此进行了大量机械测试, 他对最终 结果表示满意。
经过埃德蒙顿住宅区的 Heartland线路段,直线塔 和转角塔的特点是采用了 优雅的钢结构。 电力公司 加拿大电力公司进入电网基础设施投资的最终阶段 edmondonsteel

经过埃德蒙顿住宅区的 Heartland线路段,直线塔 和转角塔的特点是采用了 优雅的钢结构。

根据Samarawickrama所说, AltaLink正在研究扩展应用这类非 格构式塔架的其他系列, 帮助建设 类似情况的新线路。 Munroe评述说,AltaLink的工程全年 施工,即使在刺骨冷风下温度骤降以 及强风令直升机无法起飞的冬季。为 了在这种情况下能方便地出入现场, 用多排相互链接的木桩制成的特殊 垫子为重型设备搭建了通道, 用于 清除积雪, 或是架设杆塔和安装绝 缘子以及线路配件。张拉导线由直 升机协助完成。 AltaLink的新±500kV WATL线路目 前正在施工中, 提供了甚至在冬天的 恶劣条件下施工的范例。这一在建项
目的绝缘采用每极每串34片标准钟 罩型绝缘子, 中性点每串7片。 直升机到达进行吊装前, 工作人员 在防水油布上组装玻璃绝缘子, 以 避免与地面接触。每个组装好的绝 缘子串随后被包裹起来以保护其 免沾施工扬尘,直到准备好被装吊, 此时会去除外包。运抵并存储在现 场的绝缘子也是出厂时就被包装在 封闭的箱子中, 以防止在运输过程中 污染物沉积在绝缘子上。
Munroe说,“关键是,我们安装绝缘 子串时, 绝缘子必须洁净无尘, 不存 在任何从一开始就可能导致漏电起 痕的道路盐掉落其上。清洗的费用 相对昂贵, 所以我们要确保每条新线 路都从完全干净的绝缘子开始。” 从噪声的角度来看,电晕是另一个问 题,
防水油布上组装的玻璃绝缘子串随后被包裹起来,等待直升机吊装。 电力公司 加拿大电力公司进入电网基础设施投资的最终阶段 coverwithoilpaper

防水油布上组装的玻璃绝缘子串随后被包裹起来,等待直升机吊装。

watl_project 电力公司 加拿大电力公司进入电网基础设施投资的最终阶段 watl project

在建的WATL工程。直升机张拉,由安装 在手推车上的机械设备提供协助。

同时也存在损坏目前被常规用在 变电站进线松弛档距段的硅橡胶绝 缘子的风险。Munroe报道说, WATL 的每一个杆塔都将配备直径长至3米 的电晕环, 具体尺寸取决于其类型, 由欧洲供应商特殊设计和测试。此 外, 要求所有线路金具经过无电晕 认证, 表面光滑无粗糙边缘, 包括 导线鞍和间隔棒。已知, 即使是凸起 的制造商商标都会导致电晕噪声。
Munroe报道说, 无电晕要求也适用 于500kV Heartland线路上使用的 金具, 甚至现在对新的240kV线路 也有此要求。他还说, AltaLink的标 准是所有硬件, 包括帮助阻尼和防 止疲劳失效的护条, 必须经过寒冷 天气冲击载荷试验。这样做是为了 确保钢结构始终保持韧性, 甚至在 环境温度降到-50°C时。
WATL和Heartline线路的所有线路金具 都必须经过无电晕认证。 电力公司 加拿大电力公司进入电网基础设施投资的最终阶段 certificatedline

WATL和Heartline线路的所有线路金具 都必须经过无电晕认证。

certified2 电力公司 加拿大电力公司进入电网基础设施投资的最终阶段 certified2Munroe说, 从维护的角度看, 采用 多种巡检方式对诸如WATL这样的 新输电线路进行巡检是正常的。他 还解释说, 最近已经添加购买了电 晕和红外相机协助直升机巡检, 寻 找像导线刻痕或锋利边缘这类可能 会产生电晕的缺陷。 这些用来解决以往问题的不同补救 措施, 以及最近在新线上的所有投 资, 看来已经对AltaLink架空线电网 的性能产生了很大影响。Munroe评 论说, “毫无疑问, 与10年前相比,我们的系统已经大大改善。”他多年 的从业经验无疑使他的观点越发可 信。Dwyer补充说, “目前AltaLink的 线路坚实可靠, 我们认为我们的电网 性能表现出色, 尤其是考虑到系统运 行的年代, 以及地理上的多样化和严 酷的运行环境。”  
 

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