輸電線路風(fēng)偏故障的原因與解決對策

郭勁輝

摘要：風(fēng)偏故障是高壓輸電線路面臨的故障問題，在高風(fēng)速的影響下，輸電線路導(dǎo)線容易發(fā)生風(fēng)偏跳閘現(xiàn)象，影響線路的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，中斷電力的持續(xù)供應(yīng)，甚至?xí)l(fā)供電系統(tǒng)的安全故障問題。文章結(jié)合具體實(shí)例分析了輸電線路風(fēng)偏故障的原因以及解決對策。

關(guān)鍵詞：輸電線路；風(fēng)偏故障；高風(fēng)速；風(fēng)偏跳閘；電力供應(yīng) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM726 文章編號：1009-2374（2016）21-0131-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.21.064

輸電線路由于處于相對復(fù)雜的地理環(huán)境空間，很容易遭受來自外界氣候因素、地理因素等的影響，其中風(fēng)力因素就是一大因素。輸電線路在強(qiáng)風(fēng)影響下出現(xiàn)風(fēng)偏跳閘問題，會破壞整個輸電線路的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，而且一旦出現(xiàn)風(fēng)偏跳閘，就很難通過重合閘的方式恢復(fù)供電，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致整個輸電線路的停運(yùn)。因此必須重視輸電線路風(fēng)偏故障的原因分析，并對應(yīng)提供科學(xué)的解決

對策。

1 輸電線路概況與故障四周環(huán)境

1.1 輸電線路的風(fēng)力影響

風(fēng)力、風(fēng)速的大小將直接影響導(dǎo)線的風(fēng)偏，而且風(fēng)偏會隨著風(fēng)速的加大而嚴(yán)重，風(fēng)速達(dá)到5～25米/秒時，輸電線路會出現(xiàn)跳躍，陣風(fēng)會使導(dǎo)線隨風(fēng)搖擺，甚至對周圍物體、桿塔等進(jìn)行放電，遇到微氣象、微地區(qū)時，如果垂直的導(dǎo)線和風(fēng)向之間成角在45度以上，則可能形成擺動，造成風(fēng)偏故障。

根據(jù)該220kV輸電線路的實(shí)際情況，因?yàn)槠涮幱谏降氐匦巍⒌貏葺^高，一邊山嶺遍布，氣象容易發(fā)生變化，輸電線路走向同風(fēng)向之間夾角近90度，此區(qū)域的風(fēng)速會越發(fā)變大。同時，根據(jù)相關(guān)部門的監(jiān)測，以及后期的風(fēng)速值計(jì)算，能夠得出故障點(diǎn)的風(fēng)速勢必超出30米/秒，線軸同風(fēng)向之間的夾角也大于45度。在強(qiáng)風(fēng)力作用下，輸電線路承受過大的載荷，導(dǎo)致塔頭空氣間隙逐漸變小，形成對塔身的放電閃絡(luò)問題，導(dǎo)致故障的出現(xiàn)。

1.2 風(fēng)速、風(fēng)向與風(fēng)偏跳閘的關(guān)系

輸電線路實(shí)際工作時，風(fēng)速與風(fēng)向會在很大程度上影響風(fēng)偏放電，特別是當(dāng)風(fēng)向和線路方向相垂直時，會加劇導(dǎo)線風(fēng)偏放電問題。

其中線路風(fēng)壓可以通過以下公式來計(jì)算：

Wx=1/2αρV2μzμscdLpsin2θ

式中：V代表風(fēng)速，通過觀察公式能夠得出：導(dǎo)線風(fēng)壓同風(fēng)速平方之間呈現(xiàn)正相關(guān)，這就意味著隨著風(fēng)速的上升與增大，線路更易于出現(xiàn)風(fēng)偏故障，從而造成巨大的故障問題。

一般來說，線路的風(fēng)偏故障的發(fā)生是由于風(fēng)向與導(dǎo)線方向垂直時的瞬時風(fēng)力所導(dǎo)致的，風(fēng)速急劇上升，對應(yīng)的風(fēng)向會不斷變化，也不易引發(fā)風(fēng)偏故障。一旦風(fēng)向與導(dǎo)線方向垂直，風(fēng)速已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越桿塔自身的承受力，則會造成桿塔倒塌，引發(fā)風(fēng)偏跳閘。

1.3 風(fēng)偏跳閘的計(jì)算

圖1是該220kV輸電線路6號桿塔頭的構(gòu)造圖示，要想計(jì)算出風(fēng)偏需要參照桿塔結(jié)構(gòu)、線路參數(shù)、風(fēng)速等一系列數(shù)據(jù)，對應(yīng)得出搖擺角θ、校核間隙距離d，該塔為自立直線塔，塔型號為M2-33。

1.3.1 導(dǎo)線比載。

導(dǎo)線自重比載：

γ1=W0·G/S·1/1000

式中：W0為導(dǎo)線自重；G為重力加速度；S為電線

截面。

導(dǎo)線風(fēng)比載：

γ4=α·k·V2·D·g·1/1000/16·S

式中：k為電線體型系數(shù)；V為風(fēng)速；D為導(dǎo)線外徑。

1.3.2 絕緣子風(fēng)壓。

Pj=AV2/1.6

式中：A代表絕緣子遭受風(fēng)力影響的面積；V代表

風(fēng)速。

1.3.3 絕緣子風(fēng)偏搖擺角。

搖擺角θ=tanPj/2+（nSγ4Ih）/Gj/2+（nSγ1Iv）

式中：Ih為水平檔距；Gj為絕緣子自重；n為串?dāng)?shù)；Iv為垂直檔距。

2 輸電線路風(fēng)偏故障的原因分析

結(jié)合以往220kV輸電線路風(fēng)偏故障的經(jīng)驗(yàn)，再加上線路運(yùn)行、監(jiān)管等技術(shù)部門的現(xiàn)場監(jiān)測、調(diào)查，通過分析故障區(qū)周圍的環(huán)境特點(diǎn)、地形特征以及氣候條件等，深刻而全面地分析并總結(jié)了風(fēng)偏故障的起因。

第一，雷雨交加、狂風(fēng)伴隨的天氣或者常年遭受大風(fēng)襲擊的地區(qū)最容易發(fā)生風(fēng)偏跳閘問題，特別是當(dāng)某一區(qū)域形成了短時穩(wěn)定強(qiáng)風(fēng)氣候條件時，輸電線路就很容易遭受強(qiáng)風(fēng)襲擊，形成風(fēng)偏故障。

第二，輸電線路、桿塔等上面如果出現(xiàn)十分清晰的電弧灼燒痕跡，則意味著明顯的放電現(xiàn)象。

第三，由于輸電線路的風(fēng)偏運(yùn)動相對緩慢，有較長的慣性，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出重合閘時間，重合閘重合不易成功，概率僅達(dá)到1/3。

第四，導(dǎo)線對塔身風(fēng)偏跳閘特征：（1）由于風(fēng)偏故障所導(dǎo)致的線路跳閘問題，重合閘不易成功操作，相對于避風(fēng)的山地盆地地形，平原地形的線路桿塔更容易遭受風(fēng)偏故障，因?yàn)槠皆貐^(qū)的風(fēng)向相對平衡、變化不大，而且風(fēng)速容易超過安全標(biāo)準(zhǔn)；（2）遭受風(fēng)偏故障的桿塔類型一般呈現(xiàn)為直線貓頭型，通常是邊相導(dǎo)線對塔身放電，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因?yàn)樨堫^型塔窗口通常較小，會產(chǎn)生狹管效應(yīng)，遭受強(qiáng)風(fēng)襲擊，從而引發(fā)風(fēng)偏故障；（3）絕緣子的類型選擇十分關(guān)鍵，通常來說，同瓷質(zhì)絕緣子或玻璃絕緣子相比，合成絕緣子由于構(gòu)造簡單，無法有效遏制風(fēng)偏，風(fēng)偏得不到緩沖，直接作用于導(dǎo)線，從而引發(fā)風(fēng)偏放電現(xiàn)象。

遭受風(fēng)偏故障的桿塔，其垂直檔距一般都在300～400米，檔距越大，其導(dǎo)線就越容易遭受大風(fēng)襲擊，對應(yīng)承受較大的風(fēng)壓，從而出現(xiàn)風(fēng)偏問題。

第五，跳線對絕緣子風(fēng)偏的影響。對于耐張塔來說，其跳線至桿塔側(cè)第一片絕緣子距離需要控制在2.15～2.35米范圍內(nèi)，實(shí)際施工過程中，如果不能有效控制跳線長度，留出的跳線長度過長，導(dǎo)致馳度過大，則很容易造成風(fēng)偏擺動放電問題。

3 預(yù)防與控制導(dǎo)線風(fēng)偏的科學(xué)方法

3.1 加大預(yù)防力度

要做好前期的預(yù)防工作，就要從輸電線路的設(shè)計(jì)階段入手，設(shè)計(jì)工作開始前就要同設(shè)計(jì)單位、運(yùn)行部門等建立溝通，確保能夠拿到初始材料，重點(diǎn)關(guān)注所選的桿塔類型，明確其抗風(fēng)能力，既要注重塔體的定型，又要確保定質(zhì)。輸電線路設(shè)計(jì)過程中也要考慮到客觀因素，例如地形條件、氣象條件等以及輸電線路經(jīng)過地區(qū)的氣象、氣候條件等，必須深入施工現(xiàn)場做好地形勘察與氣候條件監(jiān)測，深入了解并掌握地形地貌特征對風(fēng)力的影響，同時對特殊的區(qū)段、線路采取必要的安全防護(hù)措施，控制風(fēng)力的不良侵襲。

3.2 加大對線路的改造力度

輸電線路要實(shí)施局部優(yōu)化與部分地區(qū)改造，具體的優(yōu)化改造方法為：增設(shè)桿塔，改變絕緣子類型，不再用合成絕緣子，參照所采用的桿塔類型，來對應(yīng)校驗(yàn)風(fēng)偏角，必須科學(xué)計(jì)算，確保達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，也要留出裕度，要參照以往的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來對應(yīng)決定裕度大小。

3.3 根據(jù)實(shí)際情況對應(yīng)決定耐張塔的跳線

要切實(shí)根據(jù)實(shí)際情況、面臨的具體問題來對應(yīng)決定耐張塔的跳線，其中要重點(diǎn)考慮導(dǎo)線的類型，如果是分裂導(dǎo)線，其引線的改造適合選擇特殊的鏈接模式，最合適的為角鋼、雙并溝線夾鏈接。因?yàn)橹本€搭線夾會長時間承受載荷力，應(yīng)該選擇V型串。

同時要重點(diǎn)關(guān)注合成絕緣子，一般來說合成絕緣子只有在平原地區(qū)相對能發(fā)揮良好的絕緣效果，對于山地則處于不利地位，特別是當(dāng)遇到高度差距較大，垂直檔距相對較小的區(qū)位，合成絕緣子的防風(fēng)效果都相對不佳，會造成絕緣子串的隨風(fēng)搖擺，出現(xiàn)風(fēng)偏故障問題，此時可以考慮瓷瓶整串，其防風(fēng)效果相對較好，也能有效發(fā)揮其絕緣功能。

3.4 優(yōu)化塔形的選擇

遇到起伏不平的山地地形，垂直檔距相對小的地域，為了達(dá)到安全防護(hù)的效果，則應(yīng)盡量不使用ZM型桿塔，而是應(yīng)該選擇Z型塔，因?yàn)槠錂M擔(dān)更長，能夠有效控制風(fēng)力襲擊，從而控制線的風(fēng)偏故障。

3.5 對三相導(dǎo)線裝配絕緣護(hù)套

為了達(dá)到臨時防范風(fēng)力，預(yù)防風(fēng)偏的效果，應(yīng)該先對三相導(dǎo)線裝配絕緣護(hù)套，達(dá)到臨時防范風(fēng)速的效果，再向相關(guān)部門報告，進(jìn)行維修，可以圍繞桿塔進(jìn)行升高優(yōu)化改造，控制兩個臨近的桿塔之間的高度差，選擇常規(guī)的桿塔類型，同時擴(kuò)大電氣之間的距離。

4 結(jié)語

風(fēng)偏故障時高壓輸電線路面臨的故障問題，會中斷電力的持續(xù)供應(yīng)，甚至?xí)l(fā)供電系統(tǒng)的安全故障問題，必須重視輸電線路風(fēng)偏故障的原因分析，并對應(yīng)提供科學(xué)的解決對策，從而維護(hù)線路的健康正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 李曉輝，羅敏，劉麗霞，等.動態(tài)等值新方法及其在天津電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（3）.

[2] 吳海霞.基于PSS/E的適用于電磁暫態(tài)仿真的動態(tài)等值方法研究[D].浙江大學(xué)，2010.

[3] 姚海成，周堅(jiān)，黃志龍，等.一種工程實(shí)用的動態(tài)等值方法[J].電力系統(tǒng)自動化，2009，33（19）.

（責(zé)任編輯：秦遜玉）