220kV架空輸電線路碳纖維導線風偏跳閘故障分析及防治措施

摘要：針對一起220 kV架空輸電線路碳纖維導線風偏跳閘故障，為了準確分析線路發(fā)生風偏跳閘故障的原因，對發(fā)生故障的桿塔進行了風偏校核計算，提出了在導線上加裝防風偏絕緣隔離拉索的治理措施，取得了較好的效果。

關鍵詞：架空輸電線路;碳纖維導線;風偏跳閘;隔離拉索

0 引言

輸電線路風偏跳閘是指導線在風的作用下發(fā)生偏擺后，導線-桿塔之間空氣間隙的電氣安全距離不足導致線路出現(xiàn)放電跳閘的現(xiàn)象，是影響線路安全運行的重要因素之一。風偏跳閘是在工作電壓下發(fā)生的故障，和其他原因引起的線路跳閘相比，其重合閘成功率不到20%，降低了系統(tǒng)供電可靠性。導線風偏故障除了引起線路跳閘和停運外，還會對絕緣子、金具和導線造成損傷，如斷股斷線、絕緣子傘裙破損等，嚴重影響線路的安全運行。風偏跳閘的本質(zhì)原因是在外界各種不利條件下，輸電線路上導線-桿塔間的空氣間隙減小，當此間隙距離的電氣強度不能承受系統(tǒng)最高運行電壓時，線路就會發(fā)生擊穿放電現(xiàn)象。風偏跳閘由外因和內(nèi)因兩方面造成。外因是指自然界的局地強風和暴雨構成的強對流天氣，局地強風使導線在水平或垂直方向大幅擺動，暴雨會沿風向形成定向的間斷型水線，造成空氣絕緣間隙的擊穿電壓降低，當導線與桿塔的距離小于工頻放電的安全距離時，就會發(fā)生風偏放電現(xiàn)象。內(nèi)因是指輸電線路自身抵抗強風的能力不足，在線路設計階段，設計人員對線路走廊內(nèi)的微氣象條件掌握不充分，未針對碳纖維導線等自重較輕的導線在局部微氣象、強風等特殊區(qū)域采取差異化的防風偏設計;設計人員對防風偏問題的重視程度不夠、研究不深、把關不嚴，未能在工程可研、初設階段，就線路風偏校核等相關問題提出明確意見或反措要求，導致線路不滿足防風偏放電要求，在強風作用下線路出現(xiàn)風偏跳閘的概率變大。

1 風偏故障情況

某線路全長9.97 km，6#～36#段線路采用碳纖維復合芯耐熱鋁合金導線（型號ACCC/LH-240），出現(xiàn)故障的桿塔為ZM1型桿塔。受強對流天氣和雷雨等惡劣天氣的影響，220 kV東長I線出現(xiàn)風偏跳閘故障，重合不成功，故障性質(zhì)為中相導線懸垂絕緣子串搖擺角超過設計風偏角，使塔頭空氣間隙減小，導線對塔材放電造成閃絡故障。工作人員經(jīng)現(xiàn)場登塔檢查發(fā)現(xiàn)，導線線夾及鐵塔均有閃絡燒傷痕跡。

2 風偏校核計算

為了準確分析線路發(fā)生風偏跳閘故障的原因，工作人員對發(fā)生故障的6#桿塔進行了風偏校核計算。

2.1 ? ?計算參數(shù)

2.1.1 ? ?桿塔參數(shù)

6#桿塔參數(shù)如表1所示。

2.1.2 ? ?導線參數(shù)

導線截面積287.00 mm2，導線外徑21.70 mm。

2.1.3 ? ?導線比載

2.3 ? ?風偏計算結果

根據(jù)設計規(guī)程，220 kV架空輸電線路帶電部分對桿塔構件在工頻電壓下的最小凈空距離為550 mm，考慮瓶口弧垂200 mm，桿塔厚度150 mm，導線帶電部分距離桿塔構件應滿足最小值900 mm。按照以上驗算的風偏角度，導線最大風偏時，導線帶電部分距離桿塔構件最小距離為800 mm，裕度不滿足要求，極易發(fā)生風偏故障跳閘，需進行防風偏改造。

3 風偏故障防治措施

目前，直線塔導線對桿塔構件的風偏治理措施主要有懸垂串加裝重錘、懸垂串改V串、絕緣子單改雙、絕緣子下拉、加裝防風偏絕緣隔離拉索等。其中，加裝防風偏絕緣隔離拉索具有施工簡單、工期較短、可帶電作業(yè)且防風成效顯著等優(yōu)點。

3.1 ? ?防風偏絕緣隔離拉索安裝原則

（1）防風偏絕緣隔離拉索（以下簡稱“拉索”）由復合絕緣子和金具組成。（2）拉索不得接觸導線，掛點不得破壞塔材。（3）拉索需同時滿足對塔身、拉線的防風偏放電距離要求。（4）風偏跳閘故障發(fā)生時，該拉索對懸垂絕緣子串進行有效阻攔。（5）安裝拉索時，需校核導線與拉索金具部分的距離，即雷電過電壓間隙圓與拉索相交，拉索金具長度不得進入圓內(nèi)。

3.2 ? ?拉索形式

ZM塔中相推薦使用雙“I”型拉索，邊相推薦使用斜拉索，一側與絕緣子串鐵塔端掛點塔材連接，另一側與鐵塔塔身角鋼主材連接。

3.3 ? ?金具連接

邊相：自上而下是專用夾具+直角掛板+球頭掛環(huán)+復合絕緣子+碗頭掛板+球頭掛環(huán)+復合絕緣子+碗頭掛板+花籃螺栓+直角掛板+專用夾具。中相：自上而下是專用夾具+直角掛板+球頭掛環(huán)+復合絕緣子+碗頭掛板+花籃螺栓+直角掛板+專用夾具。

220 kV貓頭塔（ZM1型）絕緣隔離拉索安裝現(xiàn)場如圖1所示。需要注意的是，220 kV架空輸電線路碳纖維導線在加裝防風偏絕緣隔離拉索進行防風偏跳閘故障治理時，需校核隔離拉索與塔窗內(nèi)固定部位的金具長度，保證固定金具不得進入雷電過電壓間隙圓內(nèi)。

4 結語

碳纖維導線主要用于老舊桿塔增容改造，碳纖維導線重量較同等截面的常規(guī)導線輕，載流量大。老舊桿塔窗尺寸小，增容改造前需按照碳纖維導線進行風偏復核，對不滿足要求的桿塔進行改造。通過采用以上防風偏跳閘治理措施，ZM1型等桿塔整體抗風偏能力顯著提高，取得了較好效果。

收稿日期：2020-07-29

作者簡介：梁偉（1981—），男，山西長治人，工程師，從事輸變電設備運行與檢修管理工作。