山火预警技术在输电线路的应用现状

第42卷 第6期 电力系统保护与控制 Vol.42 No.6 2014年3月16日 Power System Protection and Control Mar.16, 2014

山火预警技术在输电线路的应用现状

叶立平1，陈锡阳1，何子兰2，谢从珍2，黄健华1，夏云峰1，戴 栋2

(1.广东电网公司东莞供电局，广东 东莞 523000；2.华南理工大学电力学院，广东 广州 510640)

摘要：简述了输电线路监测山火的意义和必要性，分析了山火导致输电线路跳闸的机理。将目前应用于输电线路山火监测的方法分为两种：一种是宏观的、大范围的卫星遥感山火监测技术，另一种是局部的、小范围的传感器网络监测技术。综合分析了目前预警方法和对应算法的应用原理，详细分析和比较了现有预警方案的优点和不足之处。由于可借鉴的山火历史数据少，且输电线路监测环境恶劣，更应注重预警模型以及算法的配合。总结了山火预警技术在输电线路上应用尚未解决的诸多问题，研究更适合于输电线路运行环境的山火预警技术是未来的发展方向。 关键词：山火预警；输电线路；卫星遥感；无线传感；火灾探测器

Present situation of forest fire early warning technology used for transmission line

YE Li-ping1, CHEN Xi-yang1, HE Zi-lan2, XIE Cong-zhen2, HUANG Jian-hua1, XIA Yun-feng1, DAI Dong2

(1. Dongguan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Corporation, Dongguan 523000, China;

2. School of Electric Power, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China)

Abstract: The significance and the necessity of monitoring forest fire by transmission line are introduced. Mechanisms of tripping of transmission lines caused by the fire are analyzed. The current fire monitoring methods used in transmission line are pided into two categories, one is satellite-based infra-red sensor senses hot point technology which is used for detecting macro and wide area, and the other is wireless sensor networks for early detection of forest fires which is used for local and small scope area. The current applicable principle of early warning method and corresponding algorithms are analyzed comprehensively. The advantages and shortcomings of existing early warning schemes are analyzed and compared in detail. Because of the shortage of historical data and the adverse circumstances of transmission line, we should pay more attention to the cooperation of warning models and algorithms. The unsolved problems of application of fire warning technology in the transmission line are summarized. Research on fire warning method which is more suitable for transmission lines running environment is the direction of future development.

This work is supported by National High Technology Research and Development Program of China (863 Program) (No. 2011AA05A120).

Key words: forest fire early warning; transmission line; satellite-based sensor; wireless communication; fire detector 中图分类号： TM732 文献标识码：A 文章编号： 1674-3415(2014)06-0145-09

0 引言

我国电网具有广域分布、几何尺寸大的特征，非常容易受到山火等自然灾害的威胁。近年来，随着电力资源的开发，越来越多的输电线路穿过高山峻岭地带，这些地区独特的地形地貌、气候条件极易引发山火，轻则引起输电线路跳闸，重则造成烧 基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划) (2011AA05A120)；中国南方电网公司科技项目（K-GD2012- 263）；广州市科技计划项目资助（2011J2200081）

毁铁塔，引起长时间的不可恢复的重大电力事故。

据不完全统计数据表明（如表1[1-6]），山火对我国输电线路造成极大威胁。国外如南非、巴西、美国以及澳大利亚都发生过因山火引发线路跳闸的事故。输电线路发生跳闸事故时，重合闸的时间一般为1 s，但是山火的持续时间一般为几十秒甚至十几分钟，所以输电线路一旦发生山火跳闸事故，其重合闸的成功率是较低的。在山火条件下，输电线路

输电线路在山火条件下的击穿电压会明显降低[7-8]。

发生闪络主要原因有①空气的热游离；②局部空气密度下降；③电导率的增大；④颗粒触碰。

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本文首先对山火的监测和预警技术进行简单介绍；然后，阐述山火监测技术在输电线路上应用；最后，对目前输电线路山火预警技术存在的问题、发展趋势以及发展方向进行讨论和评估。

表1 山火导致输电线路故障的部分案例

Table 1 Part cases of wildfire lead transmission line breakdown

年份/年 地区 故障次数/次

2003 湖南电网 23 2004~2005 景德镇

5 2007 南方电网220 kV输电线路

8 2001~2008 南方电网 37 2009 湖南电网

10 2009 贵州电网500 kV输电线路

6 2010 云南电网 10 2010

1 000 kV示范工程

1

1 山火导致输电线路跳闸的机理

目前，国内对山火引发线路跳闸的机理研究比较少。武汉大学曾采用导线—板间隙模拟输电线路的相地间隙，点燃木垛模拟山火火源，研究山火引发线路跳闸的规律特性[5]；武汉大学吴田等人研究了500 kV输电线路山火击穿特性及跳闸机理；邓鹤鸣等人研究了两相体放电的径粒效应。国外也有很多学者对输电线路在山火条件下的闪络特性进行了大量研究，如澳大利亚Mphale K对火焰电导率进行了测量[9]；日本的Naidoo P研究了甘蔗灰烬颗粒与高压电极间以及颗粒之间的间隙的击穿特性[10]；韩国的Kim I 研究了垂直输电线路在燃烧情况下的闪络特性；美国Lanoie R等人研究了输电线路在山火情况下的外绝缘特性[11]，但研究结果有较大分歧。在山火条件下，输电线路的击穿电压会明显降低，线路间隙绝缘强度的剧烈降低是火焰温度、电子和离子以及固体颗粒共同作用的结果[6]。

输电线路在山火条件下发生闪络主要原因有以下几种。

（1）空气热游离

山火火焰直接接触到输电线路的可能性不大，但是火焰的温度高达1 000~1 177℃，空气在此温度

下会出现热游离现象[3]

。高温时，地面附近空气游离出带电粒子，导线表面在高温时游离出电子。地面附近的电荷区随着火苗向高处发展，同时大量的浓烟和微粒会大大降低空气的绝缘性能，最终导致空气被击穿，输电线路对地放电。

（2）局部空气密度下降 [4-6,12-14]

输电线路下方发生山火时，随着温度的升高，

空气密度将会大大降低。输电线路周围的局部低气压，将降低导线—地间隙的击穿电压，导致空气易被击穿，输电线路对地放电。

（3）电导率增大[14-16]

发生森林火灾时，在燃烧的过程中，地面的灌木和乔木中蒸发出来的的水分夹杂着大量盐离子，以及烟尘微粒。这些物质会大大降低空气的绝缘性能，导致空气易被击穿，输电线路对地放电。

（4）电场畸变，颗粒的触碰放电[5-6,13,17]

火焰中的带电电荷，能畸变 …… 此处隐藏：22858字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……