一起50050000 k Vk V V輸電線路風(fēng)偏故障的分析研究

饒斌斌，胡 京，李陽(yáng)林，徐陳華

（1.國(guó)網(wǎng)江西省電力科學(xué)研究院，江西南昌 330096；2.國(guó)網(wǎng)江西省電力公司，江西南昌 330096）

0 引言

輸電線路的風(fēng)偏故障一直是影響線路安全運(yùn)行的問題之一，與雷擊等其它原因引起的故障相比，風(fēng)偏故障的重合成功率很低，一旦發(fā)生風(fēng)偏跳閘，造成線路停運(yùn)的幾率就很大。特別是500 kV及以上電壓等級(jí)骨干線路，一旦發(fā)生風(fēng)偏跳閘事故，將造成大面積停電，嚴(yán)重影響供電可靠性。

對(duì)輸電線路風(fēng)偏放電引起的故障進(jìn)行調(diào)查分析，深究其原因，研究并制定相關(guān)防治措施，可以降低輸電線路風(fēng)偏放電故障率，提高輸電線路的安全運(yùn)行水平。

1 故障情況

2014年7月23日18：23，某500 kV線路A相故障，重合不成功。故障巡視發(fā)現(xiàn)該500 kV線路37號(hào)塔A相（邊相）導(dǎo)線有明顯燒傷痕跡，對(duì)應(yīng)靠近A相導(dǎo)線的鐵塔上曲臂主材、斜材均有明顯放電燒傷痕跡。因臺(tái)風(fēng)過境，故障時(shí)段為大風(fēng)天氣，線路附近鴨棚、樹木均出現(xiàn)不同程度的被大風(fēng)吹倒的現(xiàn)象，結(jié)合導(dǎo)線、塔材上的放電位置及痕跡特點(diǎn)，初步判斷為A相導(dǎo)線發(fā)生風(fēng)偏故障導(dǎo)致A相接地短路跳閘。

圖1 故障桿塔全景

圖2 導(dǎo)線上放電斑點(diǎn)

圖3 塔材上放電痕跡

2 故障桿塔基本情況

37號(hào)故障桿塔位于某縣一個(gè)村莊內(nèi)，佇立于一塊水田中，海拔高度為12.1 m，周邊地勢(shì)較為平坦，線路走廊情況較好，周圍多為低矮的小樹，無高大繁密樹竹?，F(xiàn)場(chǎng)見圖4。

圖4 故障桿塔周邊現(xiàn)場(chǎng)照片

2.1 桿塔本體情況

37號(hào)故障桿塔為ZB1V型鐵塔，呼稱高為33 m，導(dǎo)線采用4×LGJ-400/35型鋼芯鋁絞線，邊相采用單聯(lián)上扛式懸垂絕緣子串，絕緣子為28片盤形玻璃絕緣子（8片TU160/155/VLCG＋20片TU160/155/CG），絕緣子串重為219.65 kg，串長(zhǎng)為4.96 m（28×0.155 m+0.620 m）。該桿塔按典型Ⅴ類氣象區(qū)的設(shè)計(jì)，按照《110kV-750 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 5054-2010），設(shè)計(jì)最大風(fēng)速為27 m/s（離地高度10 m的風(fēng)速）。故障塔塔頭尺寸如圖5所示。

圖5 故障桿塔（ZB1V型）塔頭尺寸

2.2 所處耐張段情況

37號(hào)塔所處的耐張段為34-41號(hào)塔，37號(hào)水平檔距為440 m，垂直檔距為426.52 m，耐張段代表檔距為438.07 m。

3 故障桿塔風(fēng)偏校驗(yàn)

3.1 風(fēng)偏校驗(yàn)計(jì)算公式

在典型Ⅴ類氣象區(qū)的設(shè)計(jì)氣象條件下，利用matlab 37號(hào)塔的邊相進(jìn)行風(fēng)偏校核計(jì)算。

1）絕緣子串的風(fēng)偏角計(jì)算：

式（1）中：

Φ—懸垂絕緣子串風(fēng)偏角，（°）；

PI—懸垂絕緣子串風(fēng)壓，N/mm2；

GI—懸垂絕緣子串重力，N；

P—相應(yīng)于工頻電壓、操作過電壓及雷電過電壓風(fēng)速下的導(dǎo)線風(fēng)荷載，N/m；

W1—導(dǎo)線自重力，N/m；

LH—懸垂絕緣子串風(fēng)偏角計(jì)算用桿塔水平檔距，m；

LV—懸垂絕緣子串風(fēng)偏角計(jì)算用桿塔垂直檔距，m；

a—塔位高差系數(shù)；

T—相應(yīng)于工頻電壓、操作過電壓及雷電過電壓。風(fēng)速下的導(dǎo)線張力，N；

2）懸垂絕緣子串風(fēng)壓（PI）計(jì)算：

式（2）中：

V—設(shè)計(jì)采用的10 min平均風(fēng)速，m/s；

AI—絕緣子串受風(fēng)面積，m2。

3）導(dǎo)線及地線的水平風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值和基準(zhǔn)風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算：

式（3）中：

WX—垂直于導(dǎo)線及地線方向的水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kN；

3.2 風(fēng)偏校驗(yàn)計(jì)算結(jié)果

各工況條件下該故障桿塔的環(huán)境參數(shù)設(shè)置見表1。

表1 故障桿塔的環(huán)境參數(shù)

根據(jù)2.2、2.3節(jié)桿塔參數(shù)和3.1節(jié)的公式通過matlab軟件進(jìn)行計(jì)算，得到各工況下絕緣子串的風(fēng)偏參數(shù)如表2所示。

表2 絕緣子串的風(fēng)偏參數(shù)

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，各工況下故障桿塔A相懸垂絕緣子串風(fēng)偏仿真如圖6、7、8所示。

圖6 工頻工況下的A相風(fēng)偏間隙圓

圖7 操作過電壓工況下的A相風(fēng)偏間隙圓

圖8 雷電過電壓工況的的A相風(fēng)偏間隙圓

根據(jù)圖示，在工頻工況、操作過電壓工況和雷電過電壓工況下，A相懸垂絕緣子串風(fēng)偏間隙圓離塔材均沒有和塔材相切或者相交，可見，故障桿塔A相導(dǎo)線對(duì)塔材防風(fēng)偏設(shè)計(jì)滿足《110 kV-750 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 5054-2010）要求。

4 風(fēng)偏故障時(shí)的運(yùn)行工況分析

通過對(duì)故障桿塔的防風(fēng)偏校驗(yàn)分析，可以得出故障時(shí)段的風(fēng)速超出了設(shè)計(jì)最大風(fēng)速，但是還不能確定是在何種工況下發(fā)生的風(fēng)偏故障，因線路無檢修操作，因此僅需考慮在工頻電壓或雷電過電壓2種工況。

1）在工頻電壓工況下，根據(jù)《電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)》，設(shè)置最小空氣擊穿間隙為1.2 m，并留有0.2 m的裕度。

通過計(jì)算，發(fā)生風(fēng)偏故障的臨界風(fēng)偏角為49.2°，臨界風(fēng)速為28.9 m/s，通過查詢故障時(shí)段的天氣情況，受臺(tái)風(fēng)“麥德姆”影響，臺(tái)風(fēng)力等級(jí)最高為7級(jí)，風(fēng)速17~20 m/s，未達(dá)到該臨界風(fēng)速。

圖9 工頻工況下的A相風(fēng)偏故障臨界點(diǎn)

2）在雷電過電壓工況下，根據(jù)《電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)》，最小空氣擊穿間隙設(shè)置為3.3 m，并留有0.2 m的裕度。

通過計(jì)算，當(dāng)間隙圓與塔身剛好相切，即發(fā)生風(fēng)偏故障的臨界風(fēng)偏角為22.3°，臨界風(fēng)速為14.3 m/s（離地高度10 m風(fēng)速），故障時(shí)段風(fēng)速為17~20 m/s，超出了雷擊工況下的風(fēng)偏臨界風(fēng)速。

圖10 雷電過電壓工況的A相風(fēng)偏故障臨界點(diǎn)

圖11 故障時(shí)段的落雷情況（黃色標(biāo)志為落雷）

通過查詢雷電定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在故障時(shí)段前后1 min內(nèi)，故障桿塔37號(hào)塔附近落雷個(gè)數(shù)達(dá)13個(gè)，且雷電流幅值均超過該桿塔的繞擊耐雷水平。結(jié)合故障時(shí)段天氣情況?？梢耘袛啵?7號(hào)塔的風(fēng)偏故障是邊相導(dǎo)線在超過14.3 m/s的風(fēng)速下發(fā)生一定的風(fēng)偏角，同時(shí)遭受雷電繞擊的情況下，導(dǎo)線與塔身空氣間隙被擊穿導(dǎo)致線路放電跳閘。

5 總結(jié)及建議

1）此次500 kV線路風(fēng)偏故障桿塔的A相導(dǎo)線對(duì)塔材防風(fēng)偏設(shè)計(jì)滿足《110 kV-750 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 5054-2010）要求。發(fā)生風(fēng)偏故障的原因是A相導(dǎo)線在超過設(shè)計(jì)最大風(fēng)速（雷擊工況）下發(fā)生一定的風(fēng)偏角，同時(shí)遭受雷電繞擊的情況下，導(dǎo)線與塔身空氣間隙被擊穿導(dǎo)致線路放電跳閘。

2）改建線路應(yīng)做好風(fēng)偏校核工作，對(duì)風(fēng)偏校核不滿足反措相關(guān)要求的桿塔應(yīng)及時(shí)進(jìn)行改造，調(diào)爬增加絕緣子片數(shù)時(shí)，應(yīng)對(duì)每基桿塔絕緣子串對(duì)塔身各種工況下的風(fēng)偏間隙進(jìn)行校驗(yàn)，選擇合理的防風(fēng)偏措施。

[1]GB 5054-2010 110 kV-750 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]王聲學(xué)，吳廣寧.500 kV輸電線路懸垂絕緣子串風(fēng)偏閃絡(luò)的研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2008，32（9），65-69.

[3]張禹芳.我國(guó)500 kV輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2005，29（7）：65-67，73．

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[5]周魁，康勵(lì)等.風(fēng)偏校驗(yàn)的數(shù)值計(jì)算方法[J].電網(wǎng)設(shè)計(jì)，2012，04（2）：63-66．

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