芻議沿海220 kV架空線路風(fēng)偏故障原因的分析及如何防治

曾凡臣

【摘要】風(fēng)偏故障是威脅架空輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素之一，常常造成線路跳閘、導(dǎo)線電弧燒傷、斷股、斷線等。本文以沿海某電廠兩回220kV線路為研究對象，通過對線路跳閘事件進(jìn)行統(tǒng)計，總結(jié)了故障的主要特點和規(guī)律，從環(huán)境外因和線路內(nèi)因兩方面進(jìn)行分析，并提出了針對性的防治措施；最后結(jié)合線路技改經(jīng)驗對線路設(shè)計、運(yùn)行提出了建議。

【關(guān)鍵詞】220kV線路風(fēng)偏原因分析；防治措施

架空輸電線路分布點多面廣，受自然災(zāi)害影響較大，尤其是廣東沿海地區(qū)的線路，該區(qū)域?qū)儆诘途暥葋啛釒Ъ撅L(fēng)區(qū)，臺風(fēng)活動劇烈，加之由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展導(dǎo)致土地資源緊張，大部分線路路徑都選擇在山地丘陵地帶，更易受氣象及環(huán)境影響發(fā)生風(fēng)偏跳閘。

本文以地處廣東東部沿海的某核電廠的2回220 kV輔助廠外電源線路（220kV坪核線和灣嶺線）為例，對沿海地區(qū)220kV架空線路的風(fēng)偏跳閘原因進(jìn)行研究。

一、220 kV架空輸電線路設(shè)計的要點

桿塔是輸電線路結(jié)構(gòu)中的支撐者，其主要的作用就是支撐架空輸電線路的地線與導(dǎo)線，并且還應(yīng)該保證其符合電磁場與絕緣安全限制條件的要求。桿塔種類的不同，其運(yùn)輸時間與費(fèi)用、建設(shè)造價、施工工期、占地面積、運(yùn)行安全等方面都具有很大的區(qū)別，其在整個線路的施工中占有非常大的比重，因此，在進(jìn)行桿塔的設(shè)計時，不但應(yīng)該重視桿塔的基礎(chǔ)選型與施工，還應(yīng)該根據(jù)施工現(xiàn)場的具體氣象狀況與地質(zhì)情況進(jìn)行選擇。桿塔的初步設(shè)計應(yīng)該按照相關(guān)摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類對電能的需求也在逐漸的增大。輸電線路是整個電力系統(tǒng)中的重要組成部分，其作用是通過自身的運(yùn)行，將電能輸送至各個用電單位，將復(fù)雜的電力系統(tǒng)用輸電線路網(wǎng)絡(luò)的形式連接起來，因此其設(shè)計的合理性直接關(guān)系整個電路系統(tǒng)的安全性與可靠性。

二、風(fēng)偏故障原因分析

（一）風(fēng)偏是近年來導(dǎo)致線路非計劃停運(yùn)的主要原因之一。風(fēng)偏是指在強(qiáng)風(fēng)的作用下，導(dǎo)線或跳線與地電位體之間、或其他相導(dǎo)線之間的空氣間隙小于大氣擊穿電壓，從而造成的事件。通過220 kV線路的風(fēng)偏跳閘分析，主要有以下幾方面影響因素：

（1）臺風(fēng)：運(yùn)行經(jīng)驗表明，局地強(qiáng)風(fēng)是造成風(fēng)偏跳閘的直接原因。

（2）地形：大部分線路走廊處于微氣象區(qū)的線路（山谷交匯處、具有狹管效應(yīng)的漏斗形谷底、風(fēng)口），特殊地形也導(dǎo)致桿塔所處位置的平均及瞬時風(fēng)力大大增加。在強(qiáng)風(fēng)作用下，導(dǎo)線沿風(fēng)向會出現(xiàn)一定的位移和偏轉(zhuǎn)。

（3）暴雨：由于強(qiáng)風(fēng)常伴有暴雨，在強(qiáng)風(fēng)的作用下，暴雨會沿風(fēng)向形成定向性的間斷型水線。

（4）線路設(shè)計

線路設(shè)計時對惡劣氣象和微氣象區(qū)的影響估計不足，耐張塔設(shè)計中跳線設(shè)計不合理，跳線絕緣子串為不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，也是造成風(fēng)偏跳閘的主要原因之一。經(jīng)統(tǒng)計，發(fā)生風(fēng)偏跳閘的桿塔塔型均為GJ型耐張塔，故障模式為中相跳線的在大風(fēng)時對塔身放電。

三、風(fēng)偏故障防治措施及應(yīng)用

影響直線桿塔風(fēng)偏的主要因素中，導(dǎo)線應(yīng)力、線路的檔距、弧垂點與故障桿塔距離、懸垂串重量等均有著密切的關(guān)系。在超設(shè)計風(fēng)速和不規(guī)則的導(dǎo)線舞動作用，絕緣子極易帶動導(dǎo)線擺動，當(dāng)對塔頭空氣距離小于最小放電間隙時時，都可能形成導(dǎo)線風(fēng)偏。值得注意的是，在計算校驗風(fēng)偏中，由于使用了合成絕緣子，其重量的減小和串長的增加對垂直檔距高海撥地區(qū)均是不利的，在計算允許搖擺角滿足要求的情況下，容易發(fā)生風(fēng)偏。

（一）防風(fēng)偏技改措施

（1）硬跳線

針對220 kV線路風(fēng)偏故障原因，防治的關(guān)鍵在于限制耐張塔跳線的擺幅，避免跳線對塔身放電。根據(jù)這一原則，采用了耐張塔中相加裝硬跳線的改造方案。

硬跳線就是在跳線的中部增加一根角鋼支架，由于角鋼支架具有一定的剛度，與軟跳線相比基本消除了跳線馳度，可以更好地改善耐張塔跳線的空氣間隙，以限制跳線的擺幅，避免對塔身或橫擔(dān)放電，增強(qiáng)耐張塔抵御風(fēng)偏閃絡(luò)的能力。

由于全線耐張塔均采用GJ 型塔，中相跳線采用"繞跳"方式，由于受塔頭尺寸限制，只能采用單點懸掛跳線托架，使跳線遠(yuǎn)離塔身。該方式穩(wěn)定性較差，遇到斜向風(fēng)力時，跳線支架易形成不規(guī)則的振動和扭擺，或施工安裝中跳線尺寸有偏差均會影響跳線風(fēng)偏時對于塔身的電氣間隙，造成裕度減小。設(shè)計時將跳線絕緣子串單點聯(lián)結(jié)的方式改裝為雙點聯(lián)結(jié)方式，可以有效防止跳線支架不規(guī)則的振動和扭擺。

（2）安裝重錘

在絕緣子下端安裝40 kg重錘，通過增加絕緣子的重量限制絕緣子的擺幅，達(dá)到防止風(fēng)偏閃絡(luò)的目的。

（3）防風(fēng)偏絕緣子

220 kV 防風(fēng)偏硬跳線復(fù)合絕緣子是采用有機(jī)高分子聚合絕緣材料制造的新型絕緣子，將傳統(tǒng)產(chǎn)品的安裝方式由"鉸鏈?zhǔn)?改為"懸臂式"，由擺動變?yōu)橛仓危固€串由"動"改為"靜"。因此有效地限制了跳線的擺動，從而保證了跳線對塔身的電氣間隙，起到良好的防風(fēng)偏效果。此方案需要根據(jù)垂直固定式跳線復(fù)合絕緣子串的受力情況，對鐵塔跳線掛架強(qiáng)度進(jìn)行復(fù)核，鐵塔結(jié)構(gòu)不用更改，但需防止極端大風(fēng)情況下絕緣子折斷受損等故障。

（二）綜合性防風(fēng)偏治理措施

（1）合理規(guī)劃設(shè)計，改進(jìn)設(shè)計方法

對新建線路，應(yīng)結(jié)合已有的運(yùn)行經(jīng)驗。對微氣候、微氣象區(qū)特征明顯，臺風(fēng)頻發(fā)地帶，線路的設(shè)計應(yīng)考慮到最不利的氣象條件組合，適度提高風(fēng)偏放電的設(shè)防水平。設(shè)計時應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑６龋詼p少線路投運(yùn)后遇到惡劣天氣時出現(xiàn)跳閘的可能性。合理選擇在各種氣象條件下，改進(jìn)設(shè)計手段和方法。在選擇線路走徑時，應(yīng)盡可能避免橫穿風(fēng)口、沿海平行走向，提高強(qiáng)風(fēng)地帶的絕緣配置和機(jī)械強(qiáng)度。對局部微氣象、微地形地區(qū)提高風(fēng)速、桿塔、金具、絕緣子等的設(shè)計安全系數(shù)，加大電氣距離。

（2）收集運(yùn)行資料，提高防風(fēng)能力

加強(qiáng)對微氣候區(qū)的觀測和記錄，積累運(yùn)行資料，應(yīng)加強(qiáng)線路所經(jīng)區(qū)域的氣象資料收集。特別是臺風(fēng)的數(shù)據(jù)收集，包括發(fā)生時段、頻率、風(fēng)速、區(qū)域等，并加強(qiáng)導(dǎo)線風(fēng)偏的觀測和記錄。對于已運(yùn)行的線路可以進(jìn)行局部改造，抑制風(fēng)偏。

（3）開展科研試驗，抑制風(fēng)偏事故

應(yīng)開展有暴雨和強(qiáng)風(fēng)定向作用下空氣間隙的工頻放電試驗， 得出數(shù)據(jù)及曲線，為今后的風(fēng)偏設(shè)計提供合理的技術(shù)依據(jù)和參數(shù)。應(yīng)研究輸電線路塔上氣象參數(shù)及導(dǎo)線風(fēng)偏的在線監(jiān)測系統(tǒng)，為確定輸電線路桿塔上最大瞬時風(fēng)速、風(fēng)壓不均勻系數(shù)、強(qiáng)風(fēng)下的導(dǎo)線運(yùn)動軌跡等提供直接的技術(shù)依據(jù)。對設(shè)計中氣象條件的選定，各種不利氣象條件的組合，風(fēng)偏計算中的參數(shù)設(shè)定等應(yīng)進(jìn)一步探討和研究。

四、結(jié)束語

本文分析了沿海220 kV架空線路風(fēng)偏故障原因，通過加裝硬跳線、重錘絕緣子串和防風(fēng)偏絕緣子降低耐張塔跳線風(fēng)偏跳閘率。結(jié)合技改經(jīng)驗，對沿海220 kV架空線路設(shè)計和運(yùn)行有以下建議：

（1）設(shè)計方面：對微氣象區(qū)特征明顯的地帶，應(yīng)考慮到最不利的氣象條件組合，適度提高風(fēng)偏放電的設(shè)計裕度；在耐張塔跳線設(shè)計時，進(jìn)一步結(jié)合桿塔的地形特點，開展差異化設(shè)計和校核。

（2）運(yùn)行方面：應(yīng)加強(qiáng)線路所經(jīng)區(qū)域（包括微氣候區(qū)）的氣象資料數(shù)據(jù)（包括發(fā)生時段、頻率、風(fēng)速、區(qū)域等）收集，并加強(qiáng)導(dǎo)線風(fēng)偏的觀測，積累運(yùn)行資料。

五、參考文獻(xiàn)

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