已建輸電線路的防風偏閃絡性能改造方案分析

歐思源

（廣東天聯電力設計有限公司，廣東 廣州 510663）

0 引言

近年來，廣東沿海地區連續受到多個強臺風吹襲，其中粵西地區多次受到“威馬遜”“彩虹”等超強臺風的吹襲，發生了大面積的線路桿塔受損事故，造成了嚴重影響[1]。其中，沿海多條已建輸電線路出現了風偏閃絡事故，造成了大面積停電事故，嚴重影響電網的安全穩定運行。因此，針對已建輸電線路的設計特點，結合現有氣象條件下防風偏閃絡要求，對現有輸電線路進行防風性能分析，選擇合理的防風偏改造措施是提高已建輸電線路抗風偏閃絡性能的有效方法，具有重要的現實意義。

1 已建輸電線路風偏閃絡原理分析

輸電線路的風偏事故主要是指在大風天氣下，導線與鐵塔桿件、樹木、建筑物之間的間隙距離小于放電距離而造成的線路跳閘事故。一般情況下，風偏事故的類型主要為直線塔懸垂絕緣子串對鐵塔桿件放電、耐張塔跳線對塔身放電、導線對電力通道兩側地物放電。其中，在強風條件下，直線塔懸垂絕緣子串對鐵塔桿件放電發生較多，主要原因在于現有氣象條件已超出已有線路的原設計條件。

實際風速條件下，懸垂絕緣子串的風偏角大于直線塔的允許搖擺角時，則發生風偏閃絡事故。因此，防風偏閃絡性能改造時可采取相關措施，增大允許搖擺角或減小絕緣子串風偏角，如圖1 所示。

圖1 輸電線路風偏角示意圖

直線塔的允許搖擺角φm是指懸垂絕緣子串在滿足帶電部分與桿塔構件的最小間隙距離條件下懸垂絕緣子串的最大可擺動角度。對于已建輸電線路，直線塔的塔頭尺寸按原設計條件設計，組塔后無法改變。因此，已建輸電線路直線塔的允許搖擺角受懸垂絕緣子串長度控制。當懸垂絕緣子串長度減小時，則直線塔懸垂絕緣子串的允許搖擺角增大；當懸垂絕緣子串長度增大時，則直線塔懸垂絕緣子串的允許搖擺角減小。

懸垂絕緣子串的風偏角φ表示懸垂絕緣子串風偏的大小，與絕緣子串重力GI、絕緣子串風壓PI、導線風荷載P、導線自重力W1、水平檔距、垂直檔距等因素有關[2]，計算公式可表示為：

對于已建輸電線路，直線塔的水平檔距、垂直檔距均是固定無法調整的。而絕緣子串風壓主要受風速控制，調整意義不大[3]。因此，可通過調整絕緣子串重力、導線風荷載、自重力調整絕緣子串的風偏角。

2 防風偏改造措施

2.1 增加懸垂串串重

增加懸垂絕緣子串的重力是一種常用的防風偏改造措施。當懸垂絕緣子串的重力增大時，風偏角減小；反之，風偏角增大。通常情況下，運行單位通過增加懸重錘增加絕緣子串重力。但是，該方法增加了懸垂絕緣子串的長度，在大風作用下，帶電體與塔身桿件的凈空距離減小，即工頻過電壓工況下，導線對塔身的間隙距離減小，電氣抗風性能并不理想。因此，可在不增加懸垂絕串長度的前提下，通過加裝重錘式均壓環來增加懸垂串串重，從而減小懸垂絕緣子串的風偏角，提高輸電電路的電氣抗風性能[4]。

2.2 縮短懸垂串長度

對于已建輸電線路，在不重建的前提下，其鐵塔形式、檔距均無法改變。直線塔的塔頭尺寸是固定的，可通過縮短懸垂絕緣子串的長度，增大懸垂絕緣子串的允許搖擺角，從而提高輸電線路的抗風性能。近年來，許多運行單位強調絕緣子串的高絕緣配置，在調爬改造工程中盲目增加絕緣子串的長度而忽略允許搖擺角影響，導致已建輸電線路抗風性能降低[5]。因此，在滿足防污等級的條件下，可適當縮短懸垂絕緣子串的長度，提高輸電線路的抗風性能。

2.3 減小導線線徑

根據懸垂絕緣子串風偏角計算公式可知，風偏角的大小受導線風荷載影響。導線的風荷載表示風作用在導線上所產生的橫向荷載，受導線的體型系數、風壓不均勻系數、風速高度變化系數等因素影響。其中，導線的風荷載與導線的外徑成正比關系。因此，在滿足系統輸送容量要求的情況下，通過提升導線運行溫度，盡量壓縮導線截面，從而減小導線外徑，大幅度減小導線的風荷載，減小懸垂絕緣子串的風偏角，改善輸電線路的電氣抗風性能。一般情況下，已建輸電線路可采用小截面的增容導線替換原導線，但需盡量使增容導線的弧垂與原導線弧垂保持一致。此外，該方案通常需更換全線導線，對于局部抗風性能薄弱的輸電線路產生的費用較高，性價比較低。

3 已建輸電線路抗風性能改造實例分析

廣東地區某電廠220 kV 送出線路全長約20 km，全線共有43 基桿塔。該線路的設計風速為35 m/s，全線按照d 級污區進行絕緣配置。導線每相采用1×JL/LB20A-400/35 型鋁包鋼芯鋁絞線。根據最新風區圖，該線路所在地區的設計基本風速由原來10～35 m/s 大幅提高至39 m/s。按照原有桿塔的橫擔尺寸，通過分析該線路桿塔的電氣耐風性能，本線路共有7 基直線塔的風偏角大于允許搖擺角，是該線路的抗風性能薄弱環節，需對其進行改造。

考慮本線路僅部分鐵塔存在風偏閃絡風險，若采用全線更換小線徑的增容導線方式進行改造，施工周期長，費用較高，對電廠電能送出影響過大，因此在本次改造中不采用此方案。

本線路N17 塔的鐵塔型式為直線貓頭塔，水平檔距為403 m，垂直檔距為321 m。懸垂絕緣子串采用雙掛點雙聯復合絕緣子串，絕緣子型號為FXBW-220/100-C，總串長為2 817 mm。根據塔頭尺寸校驗，N17塔的允許搖擺角為58°。在當前風速39 m/s條件下，懸垂絕緣子串的風偏角為62.02°，已大于允許搖擺角，存在風偏閃絡風險。

為消除N17塔風偏閃絡風險，現提出3個改造方案：

（1）方案1：每單聯復合絕緣子下端安裝1 只60 kg 的均壓環式重錘，改造后絕緣子串重量增加120 kg；

（2）方案2：更換原設計的C 型絕緣子為B 型絕緣子，懸垂復合絕緣子串長度相比原設計減小150 mm；

（3）方案3：更換原設計的C 型絕緣子為B 型絕緣子，并在每單聯復合絕緣子下端安裝1 只60 kg 的均壓環式重錘，改造后絕緣子串重量增加120 kg，絕緣子串長減小150 mm。

改造后的抗風性能分析如表1 所示。從表1 可見，采用方案1 時，絕緣子串串重增加120 kg，懸垂絕緣子串的搖擺角減小約5%，但在39 m/s 風速時搖擺角為58.89°，仍大于允許搖擺角，存在風偏閃絡風險；采用方案2 時，懸垂絕緣子串長由2 817 mm 減小至2 667 mm，允許搖擺角由58°增大至62°，但在39 m/s風速時搖擺角為62.17°，仍大于允許搖擺角，存在風偏閃絡風險；采用方案3 時，絕緣子串串重增加120 kg，串長由2 817 mm 減小至2 667 mm，允許搖擺角由58°增大至62°的同時，懸垂串搖擺角減小約5%，在39 m/s風速時搖擺角為59.03°，小于允許搖擺角，消除了風偏閃絡風險，有效提高了線路的電氣抗風性能。

4 結論

綜上所述，本文通過相關研究分析可得到如下主要結論：

（1）輸電線路存在風偏閃絡的主要原因是實際風速大于現有輸電線路直線塔塔頭設計條件，即實際風偏角大于鐵塔允許風偏角時，帶電體對塔頭桿件安全間隙不足，導致放電跳閘。

（2）增加懸垂串串重、縮短懸垂串串長、減小導線線徑，均是改善已建輸電線路電氣抗風性能的有效措施。各措施改善電氣抗風性能的控制因素均不一致，實際應用時需根據實際情況合理選擇有效的改造方案。

（3）考慮到現有輸電線路的設計條件和實際情況均不一致，在設計改造方案時應根據風偏閃絡原理進行分析，尋找輸電線路風偏閃絡的控制因素，從而有針對性地提出改造方案，方能有效提高已建輸電線路的電氣抗風性能，保障電網的安全穩定運行。

表1 抗風性能分析表