北京地區某220 kV線路風偏故障分析

聶鵬高，馬立博，孫政樑，焦政國

（國網北京市電力公司檢修分公司，北京 豐臺 100073）

1 線路故障概況

2021年8月16 日20:45，國網北京檢修分公司所管轄某220 kV線路發生跳閘故障，故障點位于桿塔18#附近。故錄組網顯示故障相別A相，重合成功，故障相別為A相，測距距信息港均為4.7 km。

登塔巡檢后發現該220 kV線路一線（A相）導線有80 cm長麻點，無斷股。塔身的腳釘和防墜落裝置上有放電痕跡，線路可堅持運行。

2 故障初步分析

2.1 雷電狀況和現場情況分析

故障時，線路所在地為雷電暴雨天氣，并伴有大風。查詢雷電監測系統，在故障時刻前后1 min內，線路1 km范圍內共有20個落雷。離故障點最近的為13#～14#，距離故障點約2 km。故發生雷擊故障的可能較小。

到達故障現場后發現，大量樹木倒伏，判斷故障發生時有極端大風天氣。登塔檢查后發現該220 kV線路上相（A相）導線上有80 cm長麻點，無斷股。塔身的腳釘和防墜落裝置上有放電痕跡。

分析故障前18#上相導線因極端大風的影響，整檔導線向塔身上傾斜，在雷雨天氣下引起空氣間隙短接，造成導線對腳釘和防墜落裝置放電。

2.2 故障錄波分析

故障發生前，電壓有效值約為132.96 kV，二次測量值為60.438 V，故障發生后A相相電壓波形和零序電壓波形發生突變，A相相電壓有效值降低為35.92 kV，二次測量值為16.327 V，而零序電壓的二次測量值升至88.418 V。

從查看故障錄波發現，在故障發生前A相電流二次測量值為0.219 A，故障發生后A相相電流波形和零序電流波形發生突變，A相相電流的二次測量值升至6.11 A，零序電流的二次測量值升至5.762 A。

故障點附近A相正序電壓大幅降低、零序電壓升高，正序電流和零序電流大幅提高且幅值大小接近，結合對電壓和電流的波形及有效值變化情況，可以判斷出故障為不對稱故障中的A相單相接地短路故障。

3 綜合分析

3.1 風偏理論計算與分析

以該220 kV線路18號塔為例，進行風偏計算，分析輸電線路風偏掉閘的原因，圖1為桿塔構建示意圖。

圖1 桿塔構建示意圖

查詢資料得知：該直線塔的型號為SZ442，導線型號為JL/G1A-400/35，絕緣子型號為XWP-16，該絕緣子為單掛單串，絕緣子、導線和桿塔的參數如表1所示。

表1 絕緣子、導線及桿塔參數

3.2 導線比載計算

導線自重比載γ1計算：

式中：γ1為導線自重比載；W0為導線自重；g為重力加速度；S為導線截面積。

導線風比載γ4計算：

式中：γ4為導線風比載；V為風速，取28 m/s；D為導線外徑，mm；a為風壓不均勻系數；K為導線體型系數。

3.3 絕緣子風壓計算

絕緣子水平風壓Pj計算：

式中：A為絕緣子受風面積。

絕緣子風偏角φ計算：

式中：Gj為絕緣子自重；n為絕緣子串數；lh為水平檔距；lv為垂直檔距。

3.4 導線距腳釘的水平距離計算

在正常無風偏的情況下，經3D掃描儀和現場測量得知：該桿塔上相導線端掛點距離桿塔水平距離為2.88 m，如圖2所示，絕緣子串和連接金具的總長度為3.21 m，如圖3所示，子導線之間的水平距離為0.45 m，腳釘有效長度為175 mm。

圖2 桿塔上相導線端掛點距離桿塔水平距離

圖3 絕緣子串和連接金具的總長度

由此可以算出風偏下的導線距離腳釘的水平距離d：

風偏下的導線距離腳釘的水平距離d=0.39 m不滿足國網規程標準中規定220 kV帶電部分與桿塔構件的最小間隙0.55 m，此外，當日為雷雨天氣，空氣濕度較大，使得放電間隙增大，所以造成了導線對腳釘放電距離不足而導致的放電事故。

3.5 絕緣子風偏與風速、絕緣子串數的關系

根據公式（1）、公式（2）、公式（3）、公式（4），利用Matlab軟件以風速V為自變量，絕緣子風偏角φ為因變量，在絕緣子串數分別為n=1和n=2的情況下，得到的算法仿真如圖4所示。

圖4 絕緣子風偏角與風速、絕緣子串數的關系

在一定絕緣子配置和導線配置的前提下，分析圖6中絕緣子風偏角和風速、絕緣子串數的關系可以得出：

由于風速V增大，導線和絕緣子受風荷載也增大，絕緣子下端的橫向力也增大，因而絕緣子串的風偏角φ也增大。

隨著風速V的增大，絕緣子風偏角φ增大的趨勢先增大后減小在風速V=25 m/s時，絕緣子風偏角增大的趨勢最大，隨后增大趨勢遞減。

相同風速的情況下，絕緣子串數的增加反而導致風偏角φ增大，這是由于絕緣子串自重力的增加小于絕緣子串受風荷載的增加，絕緣子風偏角φ故而增大。

4 結論與建議

通過上述分析，此次線路故障的原因主要有以下幾點：

強風是導致此次掉閘事故的主要原因。當日該地區最大瞬時風力達到10級，風速相當于28 m/s，強大的風速導致一線A相瓷絕緣子及導線發生偏斜，故障發生時導線與腳釘凈空距離為0.39 m，與GB 50545—2010《110 kV～750 kV架空輸電線路設計規范》中0.55 m的標準接近，不滿足安全距離，造成導線對腳釘放電。

暴雨降低空氣間隙放電電壓。事故發生時暴雨來得大，來的猛導致雨水形成定向性間斷型水流，由于水流中不可避免含有污穢物，從而降低了空氣間隙得放電電壓。

可以采用在邊相橫擔增加垂直掛架、安裝防風偏拉索以及加裝重錘等措施來避免風力過大造成導線對桿塔構件放電的事故。