高压输电线路绝缘子串防风偏分析

高压输电线路绝缘子串防风偏分析

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1.深圳供电规划设计院有限公司广东深圳518054；2.国网浙江遂昌县供电公司浙江丽水323300

摘要：高压输电线路的防风偏设计是输电工程中的重要部分，本文通过对高压输电线路中风偏计算的分析，提出了一些可行的应对措施，来提高输电线路的防风设计水平，减少风偏对电网安全运行的影响。

关键词：架空送电线路；防风偏研究；风偏计算；防风偏措施

前言

架空送电线路一年四季暴露于大气之中，直接受强风、覆冰、骤冷骤热等气候变化及强电磁场、强机械力、外界侵蚀严重等环境条件的影响，易导致线路中导线的损伤和断股；因氧化、腐蚀等原因而产生接触不良而造成的接头发热；单相断线；风偏跳闸；绝缘子的污闪、雨闪等安全隐患，给电网安全稳定运行带来影响。其中悬垂绝缘子串的风偏闪络是近年来电网故障中较为突出的一类。

一、绝缘子防风偏研究的意义

近几年来，国内高压输电线路频繁发生风偏事故，据统计，国家电网公司所属的110kV及以上等级的线路共发生风偏闪络300多起，其中1999年～2003年国家电网建设有限公司所辖的500kV输电线路共发生31起风偏闪络故障，涉及江苏、浙江、安徽、湖北、河南、山东、山西、北京、内蒙古、黑龙江、辽宁等省市区。2004年以来，500kV线路风偏放电明显增多，1～7月就有21起，其中19起为直线塔风偏闪络，涉及区域包括河南、江苏、山西、山东、湖南、湖北、北京等地区。同时，南方电网公司的500kV线路亦发生多起风偏闪络事故；三亚某海军部队的田独-龙坡110kV线路及林旺-龙坡110kV线路，屡屡发生风偏故障致使线路跳闸。从历年统计数据来看，高压输电线路的风偏闪络率似乎并不高，但是与雷击闪络和操作冲击闪络不同的是，绝大多数风偏闪络是在工作电压下发生的。由于风的连续性，风偏闪络跳闸后一般不能成功重合闸，从而导致了线路的停运。运行经验表明，目前的风偏闪络率指标已不能满足线路安全运行的要求风偏闪络事故是电网正常运行的重大安全隐患，且线路因风偏闪络跳闸后重合闸不易成功，严重影响了电力系统的安全稳定运行，因而造成重大的经济损失。绝缘子串和跳线的风偏角过大是产生风偏闪络事故的直接原因，因此高压输电线路绝缘子串和跳线的风偏受到研究和工程领域的广泛关注。深入研究输电线路绝缘子串和跳线的风偏角以及导线到杆塔之间的最小空气间隙，并对线路抗风偏闪络性能进行评估，对提高电网的安全运行和线路杆塔设计水平都有重要的工程实际意义和技术经济效益。

二、绝缘子串风偏计算分析

2.1绝缘子串的风偏计算方法

绝缘子串的风偏大小以其产生的风偏角大小来表示。绝缘子串的风偏角可按下式计算：

2.2绝缘子串风偏计算结果分析

2.2.1风压不均匀系数、水平档距对悬垂绝缘子串风偏的影响

选择的风压不均匀系数越大绝缘子串风偏角越大，线路水平档距越大绝缘子串受到的风荷载越大其风偏角也越大，根据不同风压系数、不同水平档距计算得到工频电压（最大风速）时绝缘子串风偏角如图1所示。计算中直线塔的Kv系数取0.75，悬垂串按90kg合成串考虑，受风面积等效于32片结构高度155mm的玻璃绝缘子。

由图1可知，在其它条件一致情况下，悬垂串的风偏角几乎受水平档距影响很小，风压不均匀系数对风偏角影响较大。若按《线规》规定间隙计算时风压不均匀系数均按0.61取，则计算出的风偏角明显偏小，从而规划的杆塔塔头间隙则偏紧张，根据国内近年500kV的线路运行经验来看大多数发生风偏事故的铁塔都是由于按此进行间隙设计的；若风压不均匀系数均按1.0取则计算得到的风偏角则明显偏大，较取0.61时大22.6%，若按此进行塔头间隙布置则将大大加大铁塔尺寸，使得经济性大大降低；若根据《线规》，在进行杆塔计算时考虑水平档距的影响，在一定程度上弥补了上述两种情况的不足，但是在进行系列杆塔设计时，同一类型铁塔水平档距是连续分布的，间隙计算不可能满足每一水平档距，因此综合考虑风偏计算时风压不均匀系数均按0.75取值是比较合适的。

2.2.2Kv值对悬垂绝缘子串风偏的影响

由式（1）可知，随着垂直档距的增加，导线受到的垂直荷载增大从而减小绝缘子串的风偏角。在杆塔规划时，风偏计算一般采用Kv系数法考虑垂直档距对风偏角的影响。工频电压情况下不同kV值时绝缘子串的风偏角如图2所示。计算中悬垂串按90kg合成串考虑，受风面积等效于32片结构高度155mm的玻璃绝缘子。

由图1、2可以看出悬垂绝缘子串串重相对于导线垂直荷载和风荷载比重较小，因此悬垂串串重对风偏角的大小几乎没有影响；而跳线串由于其导线的垂直荷载和风荷载比重大大减小，使得跳线串串重对其风偏角影响十分明显，串重每增加20kg，风偏角可降低约3.4%左右。由此可知，对于限制跳线串风偏可从增加绝缘子串重量入手，即增加重锤量或利用玻璃绝缘子代替合成绝缘子。

三、防风偏措施分析

3.1路径选择

线路尽量偏离容易出现大风的峡谷或垭口，实在无法避让时，直线塔采用间隙较大的塔并缩小档距，使用转角塔时对跳线风偏采取措施。

3.2悬垂串防风偏措施

由上述计算分析可知影响悬垂风偏的主要因素是垂直档距的大小（即Kv值）以及风压不均匀系数的取值。根据国内500kV线路运行经验及风偏事故分析，500kV线路直线塔发生风偏事故的主要原因大多是由于铁塔设计时按照《线规》风压不均匀系数取0.61进行间隙设计，从而使得在大风情况下空气间隙偏紧张。因此，直线塔规划设计时，建议空气间隙计算风压不均匀系数均按0.75取值。

V型串绝缘子串两个绝缘子串与铁塔的横担构成一个固定三角平面，将导线固定，从而可有效减少了绝缘子串的摆动量，避免由于绝缘子风偏闪络引起的线路跳闸事故。因此在近海及峡谷风口地带宜采用V型串来限制线路风偏。

3.3跳线防风偏措施

根据对国内众多风偏事故调查分析，耐张塔跳线发生风偏闪络的事故所占比例居多。另外，根据对沿海地区大风跳闸情况的调研，结果反映超高压线路大风情况下跳线出现风偏放电的概率较高，尤其是跳线采用合成绝缘子的，出现大风放电的概率更高。

目前国内预防跳线风偏的主要措施有以下几种：

增重跳线串串重，包括绝缘子采用玻璃绝缘子替代合成绝缘子，增加跳线串数量，加挂重锤等。

采用固定式防风偏跳线串，包括采用支柱固定式跳线串及垂直固定式跳线串组装方式。垂直固定式防风偏跳线合成绝缘子，如图5所示，其原理就是将整串跳线垂直固定在铁塔上，绝缘子串不能自由摆动，这样就大大减少了跳线的摆动量，从而避免由于跳线风偏闪络引起的线路跳闸事故。与以往的支柱式跳线固定合成绝缘子串相比，垂直固定式防风偏跳线合成绝缘子的芯棒直径要小许多，其价格与常规合成绝缘子相差不大，且不需修改铁塔结构。

但对于500kV线路，考虑到其跳线串长较大，风荷载大，导线又是四分裂形式，采用I串固定式合成绝缘子串在铁塔固定处绝缘子串受的弯矩较大，因此该形式的跳线绝缘子串不适宜在500kV线路上使用。

采用V型跳线串限制跳线风偏，跳线绝缘子串采用V型绝缘子串，其原理就是将V形的两个绝缘子串与铁塔的横担构成一个固定三角平面，将跳线固定，减少了跳线串的摆动量，也能避免由于跳线风偏闪络引起的线路跳闸事故。500kV线路V型跳线绝缘子组装图如图6所示。

图6500kV线路V型跳线绝缘子组装图

四、结语

高压输电线路发生风偏是影响电力系统稳定运行的重要因素，所以应该对风偏现象进行深入的研究，分析风偏发生的原因，进而制定出有效的防范措施。高压输电线路发生风偏主要是受到灾害性气候条件以及设计、运行维护等因素的影响，所以应该提高输电线路自身抵御强风的能力，优化设计方案，同时加强运行维护管理，最大限度的降低输电线路风偏的发生，确保电力系统的安全稳定运行。

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