输电线路风偏故障分析与防治

输电线路风偏故障分析与防治
输电线路的风偏闪络一直是影响线路安全运行的因素之一，与雷击等其他原因引起的跳闸相比，风偏跳闸的重合成功率低，一旦发生风偏跳闸，造成线路停运的几率较大。

1输电线路风偏跳闸情况统计及特点
2004年江苏省发生了10次500kV、2次220kV风偏跳闸事故，在此之前，江苏较少发生风偏事故。

同时国网公司也在2004年对风偏事故较为重视，2004年7月23日国网公司系统内发生过输电线路风偏跳闸有关单位，召开了“输电线路风偏跳闸分析会”，分析情况如下：
1.11999-2003年输电线路风偏跳闸统计。

据统计，国家电网公司系统（同口径）在过去的5年间共发生110（66）千伏及以上输电线路风偏跳闸244条次。

按区域划分，华北94条次，华东42条次，西北66条次, 华中25条次，东北17条次。

超过10条次以上的省份有：新疆、陕西、青海、江苏、福建、天津、山西、山东、内蒙等9省（区、市），以新疆为最多，达到了30条次。

统计数据显示，过去5年间输电线路风偏跳闸多发于北方和沿海风力大的地区。

按电压等级分类,500千伏输电线路发生33条次，占13.5%;330千伏输电线路发生8条次，占3.3%;220千伏输电线路发生139条次，占57%;110千伏输电线路发生64条次，占26.2%。

说明过去5年间风偏跳闸主要发生在110－220千伏线路，约占全部风偏跳闸的83.2%。

从风偏放电的类型来看，转角（耐张）塔跳线共发生风偏放电164条次,直线塔导线对杆塔放电80条次，其余是档距中导线对周边障碍物放电。

说明过去5年中发生的风偏放电以耐张塔跳线放电居多，占67.2％。

1.2 2004年500千伏输电线路风偏放电情况统计及特点。

（1）按类别划分。

2004年3－7月，在不到半年的时间内，公司系统500千伏交直流输电线路已发生风偏跳闸21条次，且大多重合不成功。

在21条次风偏放电中，按发生地域划分，分别为河南8条次、山东3条次、江苏3条次、湖北3条次、山西2条次、湖南1条次、北京1条次；按发生时段划分， 7月份7条次、6月份10条次、5月份2条次、4月份1条次、3月份1条次；按交直流线路划分，交流18条次、直流3条次。

（2）风偏的特点。

今年的风偏放电与往年相比，具有以下特点：1）时段集中。

主要发生在5－7月，而往年发生时间较为分散和随机。

2）范围广泛。

往年主要发生在北方地区和沿海地区，今年内陆地区发生较多，涉及的区域有河南、江苏、湖北、湖南、山东、山西、华北。

3）直线塔风偏放电明显增多。

在21条次风偏跳闸中有19起发生于直线塔，仅2条次发生于耐张塔，而往年则较多是耐张塔的跳线串对杆塔放电。

4）500千伏主干线路风偏放电突出。

在过去的5年中500千伏线路风偏放电共发生了33条次，而今年仅半年时间就已发生21条次。

2风偏闪络规律及特点
对2004年发生的21起风偏放电进行归纳，具有以下共同点：
⑴放电发生区域及时段均有强风出现，伴有大雨或暴雨；
⑵故障发生地点大多并无明显的地形地貌特殊性；
⑶杆塔上曲臂构架和导线或金具上均有明显的电弧烧痕，放电路径清晰；
⑷从放电路径来看，主要表现在导线对杆塔构件放电、导地线线间放电和导线对周边物体放电三种形式。

⑸重合闸成功率低，部分故障杆塔在重合闸时出现多相放电，强风消失后试送成功。

3 原因分析
⑴强风雨是导致风偏放电的直接原因。

根据气象部门的报告和现场查询，放电发生的区域均出现了罕见的强风，气象部门称这种强风为飑线风，由中小尺度局部强对流空气造成，飑线风具有以下特征：
一是常发生在局部区域和局部地带，范围可小至几平方公里至十几平方公里，由局部区域的冷暖强对流空气造成，形成一定宽度的风带；
二是风力强劲，瞬时风速达到每秒30多米以上；
三是生成快、消失快、阵发性强，持续时间在数十分钟以内；
四是大多发生在6－7月间；
五是常伴有雷雨和冰雹。

气象部门反映，这种天气每年都有，但今年尤为强烈，主要表现为空气对流能量大，风力强劲，影响范围较广，时间也较长，原因是高空冷空气在所经区域移动较慢，与低空高热空气在局部小范围内不断交汇，产生强对流所致。

根据故障杆塔导线和塔身上的放电点位置，由塔身放电点作垂直线向导线侧，找出与绝缘子串摆动轨迹相交点，在不考虑空气间隙放电电压降低的因素，根据不同的风压不均匀系数α取值（500千伏第一代杆塔设计α取值为0.75、第二代杆塔设计取值为0.61），反推风速值，得出风速均大于30米/秒。

⑵暴雨及冰雹导致空气间隙的放电电压降低。

根据杆塔上的放电位置反推，发生放电时一是导线风偏角很大，使空气间隙明显减小，二是间隙的放电电压较无雨、无冰雹时有一定程度的降低。

⑶在设计中对灾害性天气条件的估计不足。

此次发生风偏放电的各线路，在设计中考虑的最大风速均为30米/秒，没有考虑出现更强风力的可能性，但气象部门己实测出超出30米/秒以上的大风。

例如，江苏萧县气象局在故障发生时记录到的最大风力为32.7米/秒。

此次发生风偏的杆塔中，在设计中对当地出现瞬时强风的可能性估计不足，设防水平不高，例如在耐张塔的外角跳线上没有安装跳线串。

⑷其他原因的排除。

在以上各次放电故障的调查中，对雷电定位监测数据，故障录波数据及波形，线路闪络处的地形地貌，线路设备包括绝缘子、避雷线、接地电阻、接地引下线的状况等进行了全面的调研和综合分析，可以排除来自雷击、污闪、鸟害等其他原因的影响，而且发生闪络处的地形地貌、杆塔结构、布置、线路元件均没发现引发放电的特殊性，可以判明是因强风引起的风偏放电。

另外，风偏跳闸增多还与电网发展，输电线路所经区域增多，遭遇强风袭击的概率增加相关。

4 放电机理及影响因素
输电线路铁塔塔头设计的流程：确定导地线、气象条件---绝缘子片数及长度---工频(大风)、外过电压、内过电压条件下的空气间隙---悬垂串摇摆角计算---绘制间隙园图。

500kV 线路间隙一般由大风控制，220kV线路间隙一般由大气过电压控制。

在强风的作用下，导线风偏角会增大，当导线与杆塔构件的空气间隙明显减小时，间隙可能在工作电压下发生击穿。

在DL/T5092-1999《110千伏－500千伏架空送电线路设计技术规程》中规定，对于海拔500－1000米的交流线路，工频电压下的最小空气间隙不得小于1.3米；对于海拔500米以下的线路，工频电压下的最小空气间隙不得小于1.2米。

根据导线和杆塔构架上的电弧烧痕，可以反推出发生工频放电时的间隙。

尽管电弧烧痕点在风的作用下存在一定的分散性，但基本可以断定，发生放电的原因主要是大风造成空气间隙减小造成的，其放电机理及影响因素主要有以下方面：
（1）当强风作用在导线和绝缘子串的风压面上时，导线风偏角增大，同时导线出现一定程度的偏转和位移，当导线与杆塔构架间空气间隙的绝缘强度小于工作电压时发生空气击穿，放电电弧会分别在导线和构架上留下电气烧痕。

根据试验数据，在无雨、无冰雹的天气条件下，四分裂导线与杆塔构架间 1.2米空气间隙的工频闪络电压值（有效值）约在420千伏左右，1米空气间隙的工频闪络电压值（有效值）约在350千伏左右，仍高于正常工作电压，但是由于暴雨在大风的引导下有可能形成与放电方向相同的雨线，导致空气间隙放电电压降低，从杆塔和导线上的第一次放电的位置和空气间隙距离推算证明了这一点。

例如500千伏获仓线214号杆塔第一次放电点在杆塔横担下2.76米处，测算出的放电间隙距离为1.0米，风偏角为51.82°。

（2）风偏跳闸与单纯雷击跳闸的一个重要区别就是：雷击跳闸常可以重合成功，而风偏跳闸重合成功率不高。

这是在重合闸时由于风的连续性使导线与杆塔的间隙减小，同时重合闸时系统中很可能出现操作过电压，所以第二次击穿的可能在间隙距离较大时发生。

例如500千伏获仓线214号杆塔第二次放电点在距杆塔横担下3.2米处，测算出放电间隙距离为1.94米，风偏角为40.16°。

（3）在强风作用下，导线会出现一定的位移和偏转。

另外，在电磁场作用下，在导线金具的尖端和杆塔构件的尖端上会出现局部高场强，使放电更容易在这些位置发生，从现场观测到的放电痕迹来看，一部分放电出现在脚钉、防振锤和角铁边缘尖端上正说明了这一点。

5 应对措施
⑴对新建线路直线塔采用V型绝缘子串，直线转角塔采用L型绝缘子串。

⑵直线塔设计中，采用0.61的风压不均匀系数并考虑高空风压系数的影响，在工程应用中按照0.75风压不均匀系数进行校验。

⑶定位中充分考虑微气象条件影响，在个别易发生灾害性气候地区，对铁塔的Kv值取用留有裕度。

⑷耐张塔跳线风压不均匀系数按1.2进行设计。

⑸已运行的线路，按照0.75风压不均匀系数进行校验，不满足的加重锤片处理。

在2004年后江苏对已经20条500kV线路进行了校验。

改造杆塔1000基。

不仅加重锤片，还进行了对直线串进行倒V形改造。

有效地防止了风偏事故。