超高壓輸電線路風偏故障分析與防風偏措施探討

【摘 要】由于風偏閃絡頻繁發生，呈居高不下態勢。為建設更加堅強的電網，超高壓輸電線路風偏故障分析與防風偏措施研究迫在眉睫。

【關鍵詞】風偏；故障；防風偏；措施

0 引言

隨著電網建設速度的加快，電網的增大，超高壓500kV交流、500kV直流輸電線路風偏閃絡次數多、涉及面廣。導線風偏是威脅架空輸電線路安全穩定運行的重要因素之一，常常造成線路跳閘、導線電弧燒傷、斷股、斷線等。風偏往往發生在大風天氣和山區微地形氣候區，在設計過程中，對當地的氣候條件了解不透，就會造成桿塔頭部尺寸不滿足設計規程要求。由于風偏閃絡頻繁發生，呈居高不下態勢。為建設更加堅強的電網，超高壓輸電線路風偏故障分析與防風偏措施研究迫在眉睫。

1 風偏故障分析

當輸電線路處于強風環境下，特別是在某些微地形區，易于產生颮線風，此時強風使得絕緣子串向桿塔方向傾斜，減小了導線和桿塔之間的空氣間隙距離，當該距離不能滿足放電的最低電壓要求時便會發生閃絡。

從全國來看，近年來頻繁發生500kV輸電線路風偏閃絡的原因，災害性氣象條件是重要的外部條件。在湖北，龍卷風將大樹攔腰折斷，將小樹連根拔起；在河南發生的飚線風，所到之處破壞嚴重，最然發生的面不寬，一般在200m左右，但風力一般在10～12級左右，中心最低風速可達24.5m/s，最高可達32.7m/s以上，同時夾雜雷電暴雨，因此極易造成風偏閃絡。由于風偏放電發生時伴有雷雨、冰雹等天氣，空氣潮濕，使其絕緣強度降低。而且在強風作用下，雨水會沿著風向形成定向的間斷型水線，如果水線的方向與放電閃絡路徑相同，有可能使空氣間隙的放電電壓大為降低。因此線路發生風偏放電時一是導線風偏角很大，超過設計值，二是雨水降低了放電間隙的放電電壓。此外，局部微氣象，風口、山地形成風道使風力集中，也是造成風偏閃絡的原因。

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

從輸電線路設計的氣象條件分析，《110kV-750kV架空輸電線路設計規范》（GB50545-2010）中規定，確定最大風速時，應按當地氣象臺站10min時距平均的最大風速為樣本，并采用極值I型分布概率模型，500kV輸電線路統計離地面20米高最大風速選取。上述取值與瞬時最大風速有很大的差異，而瞬時最大風速就會大打折扣。此外，我國的各級氣象臺站，一般都在城郊附近，很難記錄到飚線風、龍卷風的風速。因此，設計按照設計規程，依據各氣象臺站的觀測資料確定最大設計風速，明顯偏小。

2 風偏故障的特點

強風（或龍卷風、飚線風）是導致風偏放電的主要原因。根據當地氣象部門證明，多次風偏故障時放電發生的區域均出現了少有的強風，在現場查詢中也發現附近有大樹被吹到或連根拔起的現象。強風的發生具有以下特點：

在強風作用下，導線沿風向會出現一定的位移和偏轉。另外，在間隙減小，空間場強增大時，在導線金具的尖端和塔身的尖端上會出現局部高場強，使放電更容易在這些位置發生，從現場放電痕跡可觀察到，一部分放電出現在腳釘、導線金具和角鋼邊緣尖端上。強風導致輸電線路間隙距離減小、空氣絕緣強度下降，從而發生風偏放點。

3 防風偏的主要措施

經過分析，發生風偏放電最本質的原因是由于在外界各種不利條件下造成輸電線路上導線-桿塔或導線-導線之間的空氣間隙距離減小，當此間隙距離的電氣強度不能耐受系統最高運行電壓時便會發生擊穿放電。

從輸電線路發生的跳閘事故可以看出，除了設計風速、設計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偏閃絡問題的主要措施。

3.2 加裝防風拉線

現運行線路大風區大多采用加裝防風拉線，對線路產生風偏可以起到很好的抑制作用。防風拉線制作與安裝要求如下：

①直線桿塔（邊相引流）防風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中相引流防風拉線可直接固定在下橫擔；直線桿塔（邊相引流）條件允許時應在本體安裝支架進行固定（包括在鐵塔增設固定支架等方式），當需落地固定時，應同步完善拉線防盜、接地裝置。

安裝防風拉線由于風偏轉動不靈活，長時間的受力，線路金具易受到疲勞破壞。因此，加裝防風拉線對線路運行存在安全隱患。

3.3 防止V串復合絕緣子掉串

電網建設過程中，為了節約線路走廊，減少房屋拆遷及通道清理補償費用，，降低輸電線路的造價，V串復合絕緣子在500kV輸電線路中已廣泛應用，尤其對于緊湊型線路意義重大。由于局部地區大風、強對流極端天氣頻發，處于“微地形、微氣候”區域的輸電桿塔易發生設備受損，V串復合絕緣子掉串即是典型事故之一。V串復合絕緣子掉串也易引起風偏故障，因此防止V串復合絕緣子掉串，也是防風的優化措施之一。

3.4 優化絕緣子型式，采用防風偏絕緣子

新一代的防風偏絕緣子其優點是絕緣子風偏擺動幅度小，增大了導線—桿塔的電氣間隙；此外安裝可靠，同時，充分考慮了與桿塔連接的金具，有利于后續工程技改。

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

3.5 輸電線路風偏校核的主要方法——間隙圓法

間隙圓法，即直接在設計圖紙上做圖，確定每基桿塔的最大允許風偏角，然后根據最大風偏角來校核各種氣象條件下的風偏。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，獲取相關數據，然后作圖分析，勞動強度大，效率不高。

為了提高工作效率，從風偏角計算和風偏校核兩個方面入手，設計計算機模型，將計算器手工計算，作間隙圓等工作通過建立數學模型，編寫計算機程序，實現了輸電線路風偏校核的電算化。

4 結束語造成風偏放電的原因可以分為外因和內因兩方面。其外因是自然界發生的強風和暴雨天氣；內因是輸電線路抵御強風能力不足。因此需要研究內外兩方面的影響因素，從設計參數、運行維護、試驗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，減少輸電線路風偏放電的次數，提高線路的安全運行水平。

除了采取相應的具體措施防止風偏故障以外，另外加強輸電線路的維護與檢修力度也可以減小風偏事故的發生。

[責任編輯：丁艷]