超高壓輸電線路風(fēng)偏故障分析與防風(fēng)偏措施探討

【摘 要】由于風(fēng)偏閃絡(luò)頻繁發(fā)生，呈居高不下態(tài)勢。為建設(shè)更加堅(jiān)強(qiáng)的電網(wǎng)，超高壓輸電線路風(fēng)偏故障分析與防風(fēng)偏措施研究迫在眉睫。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)偏；故障；防風(fēng)偏；措施

0 引言

隨著電網(wǎng)建設(shè)速度的加快，電網(wǎng)的增大，超高壓500kV交流、500kV直流輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)次數(shù)多、涉及面廣。導(dǎo)線風(fēng)偏是威脅架空輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素之一，常常造成線路跳閘、導(dǎo)線電弧燒傷、斷股、斷線等。風(fēng)偏往往發(fā)生在大風(fēng)天氣和山區(qū)微地形氣候區(qū)，在設(shè)計(jì)過程中，對當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件了解不透，就會(huì)造成桿塔頭部尺寸不滿足設(shè)計(jì)規(guī)程要求。由于風(fēng)偏閃絡(luò)頻繁發(fā)生，呈居高不下態(tài)勢。為建設(shè)更加堅(jiān)強(qiáng)的電網(wǎng)，超高壓輸電線路風(fēng)偏故障分析與防風(fēng)偏措施研究迫在眉睫。

1 風(fēng)偏故障分析

當(dāng)輸電線路處于強(qiáng)風(fēng)環(huán)境下，特別是在某些微地形區(qū)，易于產(chǎn)生颮線風(fēng)，此時(shí)強(qiáng)風(fēng)使得絕緣子串向桿塔方向傾斜，減小了導(dǎo)線和桿塔之間的空氣間隙距離，當(dāng)該距離不能滿足放電的最低電壓要求時(shí)便會(huì)發(fā)生閃絡(luò)。

從全國來看，近年來頻繁發(fā)生500kV輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)的原因，災(zāi)害性氣象條件是重要的外部條件。在湖北，龍卷風(fēng)將大樹攔腰折斷，將小樹連根拔起；在河南發(fā)生的飚線風(fēng)，所到之處破壞嚴(yán)重，最然發(fā)生的面不寬，一般在200m左右，但風(fēng)力一般在10～12級左右，中心最低風(fēng)速可達(dá)24.5m/s，最高可達(dá)32.7m/s以上，同時(shí)夾雜雷電暴雨，因此極易造成風(fēng)偏閃絡(luò)。由于風(fēng)偏放電發(fā)生時(shí)伴有雷雨、冰雹等天氣，空氣潮濕，使其絕緣強(qiáng)度降低。而且在強(qiáng)風(fēng)作用下，雨水會(huì)沿著風(fēng)向形成定向的間斷型水線，如果水線的方向與放電閃絡(luò)路徑相同，有可能使空氣間隙的放電電壓大為降低。因此線路發(fā)生風(fēng)偏放電時(shí)一是導(dǎo)線風(fēng)偏角很大，超過設(shè)計(jì)值，二是雨水降低了放電間隙的放電電壓。此外，局部微氣象，風(fēng)口、山地形成風(fēng)道使風(fēng)力集中，也是造成風(fēng)偏閃絡(luò)的原因。

從輸電線路發(fā)生風(fēng)偏閃絡(luò)的內(nèi)部因素分析，發(fā)生閃絡(luò)的大部分桿塔，其水平檔距一般都在300～400m左右，塔頭尺寸相對較小，龍卷風(fēng)、飚線風(fēng)很容易使該桿塔導(dǎo)線絕緣子串出較大的風(fēng)偏，從而發(fā)生閃絡(luò)。而隨著導(dǎo)線懸掛高度的提高，風(fēng)速隨著高度增加，對導(dǎo)線的影響將會(huì)更加明顯。

從輸電線路設(shè)計(jì)的氣象條件分析，《110kV-750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50545-2010）中規(guī)定，確定最大風(fēng)速時(shí)，應(yīng)按當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)站10min時(shí)距平均的最大風(fēng)速為樣本，并采用極值I型分布概率模型，500kV輸電線路統(tǒng)計(jì)離地面20米高最大風(fēng)速選取。上述取值與瞬時(shí)最大風(fēng)速有很大的差異，而瞬時(shí)最大風(fēng)速就會(huì)大打折扣。此外，我國的各級氣象臺(tái)站，一般都在城郊附近，很難記錄到飚線風(fēng)、龍卷風(fēng)的風(fēng)速。因此，設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)規(guī)程，依據(jù)各氣象臺(tái)站的觀測資料確定最大設(shè)計(jì)風(fēng)速，明顯偏小。

2 風(fēng)偏故障的特點(diǎn)

強(qiáng)風(fēng)（或龍卷風(fēng)、飚線風(fēng)）是導(dǎo)致風(fēng)偏放電的主要原因。根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀蟛块T證明，多次風(fēng)偏故障時(shí)放電發(fā)生的區(qū)域均出現(xiàn)了少有的強(qiáng)風(fēng)，在現(xiàn)場查詢中也發(fā)現(xiàn)附近有大樹被吹到或連根拔起的現(xiàn)象。強(qiáng)風(fēng)的發(fā)生具有以下特點(diǎn)：

在強(qiáng)風(fēng)作用下，導(dǎo)線沿風(fēng)向會(huì)出現(xiàn)一定的位移和偏轉(zhuǎn)。另外，在間隙減小，空間場強(qiáng)增大時(shí)，在導(dǎo)線金具的尖端和塔身的尖端上會(huì)出現(xiàn)局部高場強(qiáng)，使放電更容易在這些位置發(fā)生，從現(xiàn)場放電痕跡可觀察到，一部分放電出現(xiàn)在腳釘、導(dǎo)線金具和角鋼邊緣尖端上。強(qiáng)風(fēng)導(dǎo)致輸電線路間隙距離減小、空氣絕緣強(qiáng)度下降，從而發(fā)生風(fēng)偏放點(diǎn)。

3 防風(fēng)偏的主要措施

經(jīng)過分析，發(fā)生風(fēng)偏放電最本質(zhì)的原因是由于在外界各種不利條件下造成輸電線路上導(dǎo)線-桿塔或?qū)Ь€-導(dǎo)線之間的空氣間隙距離減小，當(dāng)此間隙距離的電氣強(qiáng)度不能耐受系統(tǒng)最高運(yùn)行電壓時(shí)便會(huì)發(fā)生擊穿放電。

從輸電線路發(fā)生的跳閘事故可以看出，除了設(shè)計(jì)風(fēng)速、設(shè)計(jì)裕度不足和施工安裝工藝不良等因素外，桿塔塔頭尺寸過小，也是不容忽視的主要原因。

3.1 加裝重錘

目前，對于跳線串，加裝重錘防風(fēng)偏是非常有效的方法。但是加裝重錘的效果有限，因此，加裝重錘不是從根本上解決懸垂串風(fēng)偏閃絡(luò)問題的主要措施。

3.2 加裝防風(fēng)拉線

現(xiàn)運(yùn)行線路大風(fēng)區(qū)大多采用加裝防風(fēng)拉線，對線路產(chǎn)生風(fēng)偏可以起到很好的抑制作用。防風(fēng)拉線制作與安裝要求如下：

①直線桿塔（邊相引流）防風(fēng)拉線直接在懸垂線夾處加裝延長掛板連接，中相引流可采取在跳線托架通過金具連接。

②中相引流防風(fēng)拉線可直接固定在下橫擔(dān)；直線桿塔（邊相引流）條件允許時(shí)應(yīng)在本體安裝支架進(jìn)行固定（包括在鐵塔增設(shè)固定支架等方式），當(dāng)需落地固定時(shí)，應(yīng)同步完善拉線防盜、接地裝置。

安裝防風(fēng)拉線由于風(fēng)偏轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，長時(shí)間的受力，線路金具易受到疲勞破壞。因此，加裝防風(fēng)拉線對線路運(yùn)行存在安全隱患。

3.3 防止V串復(fù)合絕緣子掉串

電網(wǎng)建設(shè)過程中，為了節(jié)約線路走廊，減少房屋拆遷及通道清理補(bǔ)償費(fèi)用，，降低輸電線路的造價(jià)，V串復(fù)合絕緣子在500kV輸電線路中已廣泛應(yīng)用，尤其對于緊湊型線路意義重大。由于局部地區(qū)大風(fēng)、強(qiáng)對流極端天氣頻發(fā)，處于“微地形、微氣候”區(qū)域的輸電桿塔易發(fā)生設(shè)備受損，V串復(fù)合絕緣子掉串即是典型事故之一。V串復(fù)合絕緣子掉串也易引起風(fēng)偏故障，因此防止V串復(fù)合絕緣子掉串，也是防風(fēng)的優(yōu)化措施之一。

3.4 優(yōu)化絕緣子型式，采用防風(fēng)偏絕緣子

新一代的防風(fēng)偏絕緣子其優(yōu)點(diǎn)是絕緣子風(fēng)偏擺動(dòng)幅度小，增大了導(dǎo)線—桿塔的電氣間隙；此外安裝可靠，同時(shí)，充分考慮了與桿塔連接的金具，有利于后續(xù)工程技改。

通過比較防風(fēng)偏絕緣子的偏移值與常規(guī)復(fù)合絕緣子的偏移值，防風(fēng)偏絕緣子的偏移值要小很多。投資方面防風(fēng)偏絕緣子優(yōu)于瓷絕緣子和玻璃絕緣子，僅于普通復(fù)合絕緣子；防風(fēng)性能方面：在不加重錘、防風(fēng)拉線等防風(fēng)措施的情況下，中相及外角側(cè)的普通復(fù)合絕緣子串不能滿足要求，其他型號(hào)絕緣子均能滿足要求，即使在40m/s情況下，防風(fēng)偏絕緣子也能滿足要求。輸電線路中，對于絕緣子的應(yīng)用要求，當(dāng)不能滿足風(fēng)偏角要求的絕緣子串采取加裝重錘或防風(fēng)拉線的措施。

3.5 輸電線路風(fēng)偏校核的主要方法——間隙圓法

間隙圓法，即直接在設(shè)計(jì)圖紙上做圖，確定每基桿塔的最大允許風(fēng)偏角，然后根據(jù)最大風(fēng)偏角來校核各種氣象條件下的風(fēng)偏。這種方法適合于手工校核，需要校核人員查閱大量圖紙資料，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，然后作圖分析，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率不高。

為了提高工作效率，從風(fēng)偏角計(jì)算和風(fēng)偏校核兩個(gè)方面入手，設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)模型，將計(jì)算器手工計(jì)算，作間隙圓等工作通過建立數(shù)學(xué)模型，編寫計(jì)算機(jī)程序，實(shí)現(xiàn)了輸電線路風(fēng)偏校核的電算化。

4 結(jié)束語造成風(fēng)偏放電的原因可以分為外因和內(nèi)因兩方面。其外因是自然界發(fā)生的強(qiáng)風(fēng)和暴雨天氣；內(nèi)因是輸電線路抵御強(qiáng)風(fēng)能力不足。因此需要研究內(nèi)外兩方面的影響因素，從設(shè)計(jì)參數(shù)、運(yùn)行維護(hù)、試驗(yàn)方法等方面分析存在的問題，采取針對性的解決措施和方法，減少輸電線路風(fēng)偏放電的次數(shù)，提高線路的安全運(yùn)行水平。

除了采取相應(yīng)的具體措施防止風(fēng)偏故障以外，另外加強(qiáng)輸電線路的維護(hù)與檢修力度也可以減小風(fēng)偏事故的發(fā)生。

[責(zé)任編輯：丁艷]