超高壓輸電線路風(fēng)偏故障及防范措施分析

孫永成 沈輝

摘 要：近年來，我國電力行業(yè)取得了較快的發(fā)展，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是確保電能正常供應(yīng)的基礎(chǔ)。輸電線路作為電力系統(tǒng)重要的組成部分，通暢的輸電線路為電力系統(tǒng)的運(yùn)行提供了良好的保障。我國由于幅員遼闊，輸電線路點(diǎn)多面廣，所處環(huán)境惡劣，受自然條件影響較大。特別是在強(qiáng)風(fēng)作用下，極易趣導(dǎo)致風(fēng)偏故障的發(fā)生，而且在天氣和地形影響下，風(fēng)偏故障還不易進(jìn)行判斷和處理，導(dǎo)致近年來風(fēng)偏閃絡(luò)頻繁發(fā)生。所以需要加強(qiáng)對(duì)輸電線路風(fēng)偏故障的分析，從而采取必要的防范措施，確保電網(wǎng)能夠安全、可靠的運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：超高壓；輸電線路；風(fēng)偏；故障；防風(fēng)偏；措施

前言

輸電線路運(yùn)行的安全性受到較多因素的影響，風(fēng)偏作為其中重要的影響因素之一，特別是近年來超高壓500kV交流和直流輸電線路在風(fēng)偏作用下發(fā)生閃絡(luò)的次數(shù)更是頻繁，從而導(dǎo)致線路跳閘、電弧燒傷、斷線等故障發(fā)生。發(fā)生風(fēng)偏故障的輸電線路所處環(huán)境通常以山區(qū)或是大風(fēng)天氣為主，一旦在線路設(shè)計(jì)時(shí)，不能對(duì)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件進(jìn)行深入剖析，則會(huì)導(dǎo)致桿塔頭部尺寸與標(biāo)準(zhǔn)的要求存在著不相符的地方，從而導(dǎo)致風(fēng)偏閃絡(luò)的發(fā)生呈現(xiàn)居高不下的態(tài)勢(shì)。文中對(duì)風(fēng)偏故障及其特點(diǎn)進(jìn)行了分析，并進(jìn)一步對(duì)防風(fēng)偏的具體措施進(jìn)行了闡述。

1 風(fēng)偏故障分析

在一些微地形區(qū)，一旦處于強(qiáng)風(fēng)環(huán)境下，則極易導(dǎo)致颮線風(fēng)發(fā)生，在颮線風(fēng)作用下，絕緣子串與桿塔之間的空間距離則會(huì)減小，一旦無法滿足放電的最低電壓要求則會(huì)導(dǎo)致閃絡(luò)發(fā)生。目前所發(fā)生的高壓輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)故障，與災(zāi)害性氣象條件具有直接的關(guān)系，特別是在大風(fēng)夾雜著雷電暴雨的天氣下，更易導(dǎo)致風(fēng)偏閃絡(luò)故障。而且在風(fēng)偏故障發(fā)生時(shí)，輸電線路的絕緣強(qiáng)度也會(huì)呈下降的趨勢(shì)。而且在強(qiáng)風(fēng)天氣作用下，在導(dǎo)線上雨水會(huì)隨著風(fēng)向形成定向的間斷型水線，一旦其與放電閃絡(luò)路徑處于相同的方向，則會(huì)導(dǎo)致空氣間隙的放電電壓呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這也是線路發(fā)生風(fēng)偏的重要因素。而且在一些局地區(qū)，在風(fēng)口及風(fēng)道位置，由其風(fēng)力較為集中，這些微氣象也極易導(dǎo)致偏風(fēng)故障發(fā)生。

高壓輸電線路其桿塔的高度都相對(duì)較高，這也就導(dǎo)致高處的導(dǎo)線需要承受更強(qiáng)的風(fēng)速，給導(dǎo)線帶來較大的影響。一旦風(fēng)速超出導(dǎo)線所能承受的標(biāo)準(zhǔn)范圍，則會(huì)導(dǎo)致大部分桿塔導(dǎo)線上的絕緣子發(fā)生傾斜，從而導(dǎo)致風(fēng)偏閃絡(luò)的發(fā)生。對(duì)發(fā)生風(fēng)偏閃絡(luò)的輸電線路統(tǒng)計(jì)分析表明，通常其桿塔的水平檔距都處于三百至四百米左右，而且塔頭在設(shè)計(jì)上尺寸偏小，這樣一旦處于強(qiáng)風(fēng)作用下，則會(huì)導(dǎo)致其發(fā)生風(fēng)偏閃絡(luò)。

從輸電線路設(shè)計(jì)的氣象條件分析，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(jí)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(cè)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)

通常情況下風(fēng)偏放電的發(fā)生都與強(qiáng)風(fēng)具有直接的關(guān)系，而且通過對(duì)多次風(fēng)偏故障放電地區(qū)的檢查中也發(fā)現(xiàn)了這點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)的強(qiáng)風(fēng)通常會(huì)將大樹次斷或是連根拔起，而在這種強(qiáng)風(fēng)作用下輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)發(fā)生。因?yàn)橐坏?dǎo)線在強(qiáng)風(fēng)作用下，則會(huì)與規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)位置產(chǎn)生一定的偏差，而且由于絕緣子串與塔頭之間間隙減少，從而導(dǎo)致空間場(chǎng)強(qiáng)得以增強(qiáng)，這樣就會(huì)導(dǎo)致局部高場(chǎng)強(qiáng)發(fā)生在導(dǎo)線金具和塔身的尖端，導(dǎo)致該位置發(fā)生放電。

3 防風(fēng)偏的主要措施

由于輸電線路發(fā)生風(fēng)偏放電是在強(qiáng)風(fēng)作用下導(dǎo)致導(dǎo)線與桿塔之間或是導(dǎo)線與導(dǎo)線之間的空氣間隙距離減小，而一旦這種間隙距離的電氣強(qiáng)度與系統(tǒng)規(guī)定的運(yùn)行電壓不相符時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致放電事故的發(fā)生。所以為了更好的防止風(fēng)偏故障的發(fā)生，則需要在設(shè)計(jì)風(fēng)速、設(shè)計(jì)裕度、施工安裝工藝、桿塔塔頭尺寸等多個(gè)方面進(jìn)行加強(qiáng)，從而有效的預(yù)防輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)的發(fā)生，降低跳閘事故發(fā)生的機(jī)率。

3.1 加裝重錘

目前在預(yù)防風(fēng)偏上，往往利于在跳線串上加裝重錘來避免風(fēng)偏的發(fā)生，雖然此種方法在一定程度上起到了相應(yīng)的作用，但其效果并不是十分理想，所以要想解決懸垂串風(fēng)偏閃絡(luò)的發(fā)生光依靠加裝重錘還無法從根本上解決問題。

3.2 加裝防風(fēng)拉線

一是直線桿塔（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。

二是中相引流防風(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，當(dāng)需落地固定時(shí)，應(yīng)同步完善拉線防盜、接地裝置。但還應(yīng)注意到加裝防風(fēng)拉線對(duì)線路運(yùn)行是存在一定安全隱患的。

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(duì)于緊湊型線路意義重大。由于局部地區(qū)大風(fēng)、強(qiáng)對(duì)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。投資方面防風(fēng)偏絕緣子優(yōu)于瓷絕緣子和玻璃絕緣子；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(duì)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

綜合輸電線路風(fēng)偏故障發(fā)生的原因可以看出，發(fā)生風(fēng)偏閃絡(luò)不外乎兩種因素，即外界的自然天氣及輸電線路自身對(duì)風(fēng)的防御能力。自然天氣并不是我們?nèi)藶榭梢钥刂频模荒懿扇”匾念A(yù)防措施，而輸電線路內(nèi)在因素所導(dǎo)致的風(fēng)偏閃絡(luò)發(fā)生，則我們可以通過設(shè)計(jì)、維護(hù)和試驗(yàn)等多個(gè)方面來采取切實(shí)可行的解決措施，從而降低風(fēng)偏故障的發(fā)生次數(shù)，確保線路安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。同時(shí)還需要加強(qiáng)對(duì)輸電線路的維護(hù)和檢修，從而使風(fēng)偏故障能夠得到有效的降低，確保電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。

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