對(duì)于特高壓交直流同塔多回線路桿塔防風(fēng)偏閃絡(luò)可靠度的分析

胡多++李倩

[摘 ?要]針對(duì)超、特高壓交直流同塔多回線路Ⅰ-Ⅴ型和單Ⅰ型絕緣子串布置的塔型，采用絕緣子串風(fēng)角計(jì)算連續(xù)使用剛性桿模型，建立了塔風(fēng)偏航可靠性的計(jì)算模型;并以±800kV/500 kV和±800 kV/1000kV交直流同塔多回線路兩種塔型為例，采用SORM編程的方法來解決風(fēng)偏航可靠性指標(biāo)。結(jié)果表明，該頻率下的電壓閃絡(luò)故障概率，設(shè)計(jì)只能檢查了電源頻率電壓下的風(fēng)，橫臂，橫臂、上橫木閃絡(luò)故障的概率增加，風(fēng)偏航可靠性水平略低，這兩個(gè)塔防風(fēng)偏航可靠性是滿足目標(biāo)的正常使用極限狀態(tài)可靠度指數(shù)為1.5，導(dǎo)致表面閃絡(luò)橫木可靠性相對(duì)較低，但通過增加絕緣子的長度來提高其可靠性。

[關(guān)鍵詞]特高壓 ?交直流同塔 ?桿塔防風(fēng)偏閃絡(luò) ?可靠度

中圖分類號(hào)：TM75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）24-0172-01

1 引言

隨著國家特高壓交直流電網(wǎng)的逐步發(fā)展，輸電線路走廊日趨緊張。以山西電網(wǎng)為例，十三五期間將開工建設(shè)“四交一直”特高壓工程，山西電網(wǎng)逐步成為全國特高壓電網(wǎng)一個(gè)重要組成部分，山西走廊也將成為跨區(qū)電網(wǎng)送電的一個(gè)重要渠道。但該通道內(nèi)密集分部著保護(hù)區(qū)、廠礦工業(yè)園區(qū)、高速公路、鐵路、油氣管線、軍事設(shè)施以及已投運(yùn)的輸電線路等，可利用走廊窄點(diǎn)逐年減小。

目前，混合電壓等級(jí)同塔多回輸電技術(shù)變得越來越成熟，但是沒有超、特高電壓交流和直流線路在中國和世界建立的設(shè)計(jì)和操作經(jīng)驗(yàn)。作為全國電力聯(lián)網(wǎng)的骨干，超高壓和特高壓輸電線路在同一塔傳輸能力，故障對(duì)電網(wǎng)的影響和損失更大，甚至可能導(dǎo)致停電，因此對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性提出了更高的要求。為了適應(yīng)國家電網(wǎng)的發(fā)展要求，開展了超特高壓交流和直流輸電線路在同一塔塔可靠性研究。統(tǒng)計(jì)研究表明，風(fēng)偏閃絡(luò)是電網(wǎng)運(yùn)行故障原因中較為頻繁的一種，且由于大都發(fā)生在工頻電壓下，成功率低。

2 桿塔防風(fēng)偏閃絡(luò)可靠度計(jì)算模型

風(fēng)的發(fā)生閃絡(luò)的直接原因是強(qiáng)風(fēng)造成絕緣子串向桿塔傾斜，導(dǎo)致氣隙不能滿足導(dǎo)體和塔閃絡(luò)絕緣強(qiáng)度的要求。因此，研究風(fēng)的可靠性在風(fēng)中偏航角和導(dǎo)致的計(jì)算氣隙在塔上。

基本思想是：首先計(jì)算工頻電壓、操作過電壓、雷電過電壓和帶電維護(hù)4種工況下的絕緣子串風(fēng)偏角;并確定超高壓和特高壓交直流兩用塔復(fù)雜的電磁環(huán)境，在不同工作條件下最低安全與氣隙之間的電線塔組件。然后以絕緣子串掛點(diǎn)為圓心、絕緣子串長度為半徑畫弧;根據(jù)所求風(fēng)偏角標(biāo)出絕緣子串的形影偏離位置，以偏離位置處的導(dǎo)線掛點(diǎn)為圓心，以對(duì)應(yīng)的最小安全空氣間隙值為半徑畫間隙圓。如果切的徑向間隙和塔組成部分或離開，然后滿足要求;另一方面，是發(fā)生閃絡(luò)塔，風(fēng)偏航可靠性失敗。

2.1 風(fēng)偏角計(jì)算模型

架空輸電線風(fēng)偏航計(jì)算，中，懸垂絕緣子串風(fēng)偏角的計(jì)算多采用剛體直桿模型法、弦多邊形法和導(dǎo)線替代法 3 種方法。本文采用剛性桿模型方法，我們假設(shè)絕緣體和導(dǎo)體是剛性的，風(fēng)荷載均勻地應(yīng)用于導(dǎo)體和絕緣子串靜力、導(dǎo)體和絕緣體字符串在風(fēng)中角最大的力平衡。

雖然塔、絕緣體和導(dǎo)體之間形成復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，但考慮到絕緣子串在順線路方向上的偏移較小，線和塔之間的檢查氣隙最小，一般簡化為二維分析。因此，懸垂絕緣子串風(fēng)偏角為

2.2 桿塔防風(fēng)偏閃絡(luò)功能函數(shù)

絕緣子風(fēng)偏角主要受等惡劣天氣條件如強(qiáng)風(fēng)等影響，沒有積累的效果，但是一個(gè)隨機(jī)概率值。這將導(dǎo)致風(fēng)塔氣隙減少的外導(dǎo)體的絕緣性能損壞絕緣子串，即“壓力”S;導(dǎo)線與桿塔的最小安全空氣間隙視為絕緣“強(qiáng)度”R。

因此，桿塔發(fā)生風(fēng)偏閃絡(luò)的概率即為在絕緣子串風(fēng)偏的影響下，導(dǎo)線與桿塔安全間隙“強(qiáng)度”的降低程度。

由于V串風(fēng)偏太小，被忽略在塔頭空氣間隙求解中，只討論計(jì)算函數(shù)的可靠性的電流-電壓字符串和單一字符串。

2.3 桿塔防風(fēng)偏閃絡(luò)可靠度計(jì)算方法

根據(jù)功能函數(shù) Z 值的大小，您可以確定線的安全間隙和塔是否可以滿足絕緣功能的要求，可以判斷導(dǎo)線與桿塔的安全間隙能滿足絕緣功能要求，所以，Z = 0為桿塔防風(fēng)偏閃絡(luò)可靠度極限狀態(tài)方程。

基本思想是： 在獨(dú)立標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)空間中找到失敗的表面失效概率的最大值點(diǎn)，將功能函數(shù)在該點(diǎn)處進(jìn)行展開并取至二次項(xiàng)，這表面二次函數(shù)而不是原始的破壞面，則該點(diǎn)到該二次函數(shù)曲面的最短距離，即為二階可靠度指標(biāo)。

對(duì)于這個(gè)問題，作者通過查閱文獻(xiàn)、咨詢專家進(jìn)行了研究，認(rèn)為桿塔防風(fēng)偏閃絡(luò)可靠度校核應(yīng)當(dāng)參照現(xiàn)行“國標(biāo)”和“行標(biāo)”。因此，考慮到塔閃絡(luò)發(fā)生正常使用極限狀態(tài)，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB 50068—2001對(duì)正常使用極限狀態(tài)可靠度指數(shù)據(jù)的可逆性程度從0到1.5的規(guī)定，選擇風(fēng)塔部分閃絡(luò)目標(biāo)可靠性指標(biāo)1.5檢查。

3 工程算例

從桿塔防風(fēng)偏閃絡(luò)功能函數(shù)表明，超、特高壓交直流同塔多回線路桿塔防風(fēng)偏閃絡(luò)可靠度跟塔型及導(dǎo)線絕緣子串布置方式，絕緣子型號(hào)及片數(shù)、最小安全空氣間隙、橫擔(dān)尺寸、導(dǎo)線型號(hào)及參數(shù)、檔距和風(fēng)速等眾多因素有關(guān)。

3.1 隨機(jī)性參數(shù)的選擇

由于該算例主要校核上述兩種超、特高壓交直流同塔多回線路桿塔的防風(fēng)偏閃絡(luò)可靠度，隨機(jī)參數(shù)只考慮風(fēng)速，風(fēng)速變異系數(shù)為0.1。

在導(dǎo)線和絕緣子串風(fēng)荷載計(jì)算中，考慮絕緣子串的最大風(fēng)偏，即按90°風(fēng)向考慮。

3.2 結(jié)果分析

各橫擔(dān)處發(fā)生風(fēng)偏閃絡(luò)概率按其功能函數(shù)最小可靠度指標(biāo)考慮。任何條件下，下橫擔(dān)、中橫擔(dān)和上橫擔(dān)處發(fā)生風(fēng)偏閃絡(luò)的概率依次增大，這是由于更高的橫臂電線和絕緣子串的壓力增加，絕緣子串風(fēng)角較大，導(dǎo)致安全氣隙線和塔是相對(duì)較小的，可靠的風(fēng)力偏航水平略有下降。

4 結(jié)束語

（1）每個(gè)工況相比，閃絡(luò)故障的發(fā)生概率的頻率電壓最大，建議在設(shè)計(jì)中主要校核工頻電壓下的風(fēng)偏。

（2）在任何情況下，下橫擔(dān)、中橫擔(dān)和上橫擔(dān)處導(dǎo)線發(fā)生的閃絡(luò)故障的概率依次增大，也就是說，閃絡(luò)可靠性的可靠性水平略有減少。

（3）兩種類型的塔型防風(fēng)偏閃絡(luò)可靠度均滿足正常使用極限狀態(tài)的要求目標(biāo)可靠性指標(biāo)1.5。其中，導(dǎo)線對(duì)其所在橫擔(dān)下表面閃絡(luò)可靠度相對(duì)較低，可以提高通過適當(dāng)?shù)卦黾咏^緣子串的長度。

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