输电线路风偏跳闸分析及防范措施

输电线路风偏跳闸分析及防范措施

摘要：近年来，由于气候变暖的影响，导致强对流天气频发，引起电网输电线路发生风偏跳闸，对电网安全供电造成一定的影响。本文针对这一问题进行了探讨，分析了故障原因和放电机理，并介绍了风偏校核方法，提出了针对性的对策和措施,以降低线路风偏闪络故障。

关键词：风偏；跳闸；原因；防范措施

近年来，110～500 kV输电线路风偏闪络事故频繁发生。据统计，2010年国家电网公司所辖线路共发生风偏跳闸151次，其中220kV电压等级以上(含330kV)线路39次，220 kV线路112次，范围涉及江苏、浙江、安徽、湖北、河南、山东、山西、广东、北京、河北、内蒙古、黑龙江、辽宁等地。广东电网线路跳闸率在全国一直较高，主要原因有广东面临南部沿海，海洋气候特征明显，每年强对流天气频繁发生，经常发生台风、暴风，220kV架空输电线路上的引流跳线在大风影响下极易发生风偏闪络，造成线路跳闸，给电力系统安全运行带来极大危害。因此，亟需提出能有效解决跳线风偏闪络问题的技术方案。本文对电网输电线路风偏跳闸进行分析，并提出相应的防治措施。

风偏跳闸原理

1.1风速、风向与风偏跳闸的关系

在输电线路运行过程中，对风偏放电起决定作用的是风速和风向，与线路走向垂直或垂直分量大的风易引起导线风偏放电。导、地线风压计算公式为：W=；其中V为风速，从式中可以看出，风压与风速平方成正比，这也就是风速越大，输电线路越容易发生风偏故障的主要原因。

根据《110～750kV架空输电线路设计规范》(GB50545—2010)规定，110～330kV输电线路的设计风速为23．5m／s。2011年7～8月份风偏放电故障中，局部风力均达到9级(24．4m／s)以上，高于23．5m／s。由于输电线路风偏放电是由短时稳定垂直于导线方向的大风引起的。风速太大，风向往往是紊乱的，不会发生风偏放电。风速垂直于导线方向分量虽未超过导线设计风速，但风速值超过杆塔承受风荷载的极限，将直接导致倒塔故障。所以，7月份襄阳地区区域性大风气候时(当时风速≥31 m／s)，发生了倒塔故障，但没有发生风偏跳闸。

1.2最小放电间隙与风偏跳闸的关系

根据《110～750kV架空输电线路设计规范》(GB50545—2010)规定，工频电压下，220 kV线路带电部分与杆塔构件(包括拉线、脚钉等)的最小间隙为0．55m。2011年7～8月份湖北电网输电线路风偏故障均在雷雨大风气候下发生，雷雨气候易形成短时稳定强风，而且空气湿度越大，间隙的放电电压就越低，带电部分与杆塔构件间隙即使稍大于0.55 m，也可能放电。

风偏跳闸计算

以8月1日某220kV输电线路6号塔风偏故障为例，进行风偏摇摆角的计算和校验，分析输电线路风偏跳闸的原因。

图l为某输电线路6号塔塔头结构图，风偏计算就是要根据杆塔结构、线路参数和风速等数据，计算出摇摆角曰，校核间隙距离d是否满足规程规定。

图1 M2塔结构尺寸图

6号塔为M2—33型自立直线塔，导线型号为2×LGJ一300／25，绝缘子串型号为FXBW4—220／100，采用独立双挂点安装。根据气象部门资料，当时局部风速达到28．1m／s。绝缘子、导线、杆塔等参数如表1所示。

表1 直线猫头塔风偏角计算参数表

2．1导线比载计算

导线自重比载为：

（1）

式中：为导线自重比载(N／m·mm2)；Wo为导线自重，kg／km；g为重力加速度g=9．80665N／kg；S为电线截面，mm2。

导线风比载见式(2)：

（2）

式中：为导线风比载(N／m·mm2)；V为风速，取28.1m／s；D为导线外径(mm)；为风压不均匀系数；K为电线体型系数。

2．2绝缘子风压计算

绝缘子水平风压见式(3)：

（3）

式中：A为绝缘子受风面积，m2。

2．3绝缘子风偏摇摆角计算

绝缘子风偏摇摆角见式(4)：

（4）

式中：G为绝缘子自重，N；n为绝缘子串数；为水平档距，m；为垂直档距，m。

2．4绝缘子风偏校核

合成绝缘子FXBW4—220／100长度为2240mm，加上U型挂环、球头挂环、悬垂线夹等金具的长度，绝缘子串长取2618mm。

按图1所标示尺寸，建立直角坐标系，根据风偏摇摆角大小和绝缘子串长可求出C点坐标。图中各点坐标为A(4550，3000)、B(4550，482)、C(2588．

8，1265．8)、D(900，0)、E(3560，3555)。

直线DE的方程为：

间隙距离d即为C点到直线DE的距离，根据点到直线距离公式可求出d=593.2mm。

理论计算这个值已接近规程规定的550mm，实际可能更小；由于雷雨天气间隙放电电压下降，极容易发生导线对塔材风偏放电。

3、风偏跳闸分析

风偏跳闸均发生在雷雨大风气候，因为这种气候极易形成短时稳定强风；

杆塔和导线(或金具)上有明显电弧烧痕，放电路径明晰；

重合闸成功率低，重合成功率仅为33．3％，这是因为相对于重合闸时间，导线(跳线)风偏运动缓慢。惯性时间长。

3．1导线对塔身风偏跳闸特点

(1)风偏放电线路跳闸后，重合闸都不成功；

(2)发生风偏故障的杆塔都位于平原，相比于山区，平原风向更稳定且风速均超过设计值；

(3)发生风偏放电的塔型均为直线猫头塔，都是边相导线对塔身放电。这是因为猫头型塔窗H尺寸小，容易发生风偏放电；

(4)绝缘子都均为合成绝缘子，串长2．24m。相比于瓷质和玻璃绝缘子，合成绝缘子整体结构上对风偏无缓冲和抑制作用，更容易引起导线风偏对

塔材放电；

发生风偏故障杆塔垂直档距均在300～400m左右，大档距导线受风面积大，承受的风压大，发生风偏的幅度大。

3．2跳线对塔身(绝缘子)风偏跳闸特点

(1)耐张塔的跳线到杆塔侧第l片绝缘子距离应在2.15～2.35m之间，如果施工时对跳线长度控制不严，预留跳线过长，造成驰度过大，跳线就可能风偏摆动放电；

(2)终端换相塔相间跳线设计不规范，弧垂过大，在强风下发生风偏。

4、典型案例分析

4．1 某220kV线路导线对塔身风偏跳闸

8月1日某220kV线路C相故障，重合不成功。经检查发现6号塔C相左子导线上有大面积放电痕迹，C相侧塔身颈部有放电痕迹。

根据气象资料：8月1日晚6号塔附近发生局部强对流天气，瞬时最大风力达8～lO级，风速26m／s，周边大片树木被风吹倒。故障原因为恶劣天气产生的导线风偏，引起线路跳闸。

拟采用的防范措施是把该处合成绝缘子更换为玻璃绝缘子，并校核防风偏能力。

4．2某220kV线路跳线对绝缘子风偏跳闸

8月1日某220kV线路B相跳闸，重合成功。经检查发现162号B相玻璃绝缘子、跳线、联结金具均有明显放电痕迹。

故障杆塔162号塔处于农田内，周围地势平坦、开阔。故障时162号塔附近