鐵塔風偏計算方法研究及軟件開發

郭 琳 方水平 朱輝良

（1．廣東電網公司惠州供電局，廣東 惠州516001；2．中國能源建設集團廣東省電力設計研究院有限公司，廣東 廣州510663）

1 風偏閃絡的一般特點

風偏閃絡的發生是由于風荷載下的風偏角超過了設計允許值，造成帶電部分（導線、線夾、均壓環等）對塔頭或塔身（橫擔、腳釘等）電氣間隙不足，最終導致線路閃絡跳閘。由于風荷載的連續性，重合閘時帶電體仍處于風偏狀態，電氣間隙處于縮小的趨勢，且第一次的閃絡放電已使空氣間隙中游離的導電離子增多，絕緣強度降低，重合閘所產生的系統操作過電壓使帶電體在風偏擺動時再次將空氣間隙擊穿，此次擊穿的間隙可以比第一次大。

2 風偏計算方法

風偏閃絡是指輸電線路帶電導體對桿塔塔頭或塔身放電。因此確定塔頭尺寸時除滿足導線線間距離和防雷要求外，主要需考慮導線風偏和電氣間隙，電氣間隙由輸電線路電壓等級確定，一般不變；而導線風偏主要由大風、導線和絕緣子串參數確定。

導線風偏角基本計算式如下：

式中，PD為導線風壓（N）；PJ為絕緣子串風壓（N）；GD為導線重量（N）；GJ為絕緣子串重量（N）。

風作用于電線上產生的橫向風荷載，并非上述理論風壓與電線受風面之積，還要考慮電線的體型系數、與風速大小有關的風壓不均勻系數、與電壓等級和風速大小有關的風載調正系數、與電線平均高度有關的風速高度變化系數以及桿塔水平檔距等影響。為了便于分析計算，本計算式忽略風向與導線軸向間的夾角、與電壓等級和風速大小有關的風載調正系數。

（1）導地線風壓計算公式：

式中，Wx為垂直于導線及地線方向的水平風荷載標準值；α為風壓不均勻系數；Wo為基準風壓標準值；μz為基準高度為10 m的風壓高度變化系數；μsc為導地線體型系數；βc為導地線風荷載調整系數；d為導地線的外徑或覆冰時的計算外徑；Lp為桿塔的水平檔距；B為覆冰時風荷載增大系數；θ為風向與導地線方向之間的夾角。

（2）絕緣子串風壓計算公式：

式中，Pr為絕緣子串風荷載標準值；Po為基準風壓標準值；Wo為基準風壓標準值；μz為風壓高度變化系數；B為覆冰時風荷載增大系數；AI為絕緣子串承受風壓面積計算值；V為基準高度為10 m的風速。

（3）軟跳線風偏角計算公式：

計算原理：

如圖1所示，假設絕緣子串（不含重錘）的重量及所受風壓分別為Gm及Pr，力的作用點位于串的中點，重錘的重量和風壓為Gc和Pc，導線的重量及風壓為GV和PH，從受力平衡方程可得：

圖1 跳線串風偏受力示意圖

（4）懸垂串風偏角計算公式：

式中，φ為懸垂絕緣子風偏角；PI為懸垂絕緣子串風壓；GI為懸垂絕緣子串重力；P為相應于工頻電壓、操作過電壓、雷電過電壓及帶電作業風速下的導線風荷載；W1為導線自重力；lH為懸垂絕緣子串風偏角計算用桿塔水平檔距；lv為懸垂絕緣子串風偏角計算用桿塔垂直檔距；α為塔位高差系數；T為相應于工頻電壓、操作過電壓及雷電過電壓氣象條件下的導線張力。

3 風偏計算軟件的開發

在上述計算方法的基礎上，開發了風偏計算軟件，通過輸入氣象條件、導線結構參數和使用張力、風壓不均勻系數和跳線計算長度等參數，可計算出耐張塔跳線串各種工況下的風偏角（圖2）；通過輸入氣象條件、導線結構參數和使用張力、直線塔高度和直線塔實際使用條件等參數，可計算出直線塔懸垂串各種工況下的風偏角（圖3）。通過與桿塔設計時的角度進行對比，可評估鐵塔實際的抗風能力。

圖2 跳線串風偏計算實例

圖3 懸垂串風偏計算實例

4 結語

通過開發鐵塔風偏計算軟件，評估鐵塔實際抗風能力，可找出線路的薄弱環節，從而為升級改造提供參考。

［1］張殿生．電力工程高壓送電線路設計手冊［M］．2版．北京：中國電力出版社，2003．

［2］鄭佳艷．動態風作用下懸垂絕緣子串風偏計算研究［D］．重慶：重慶大學，2006．

［3］肖東坡．500 k V輸電線路風偏故障分析及對策［J］．電網技術，2009，33（5）：99－102．