鐵塔風(fēng)偏計(jì)算方法研究及軟件開(kāi)發(fā)

郭 琳 方水平 朱輝良

（1．廣東電網(wǎng)公司惠州供電局，廣東 惠州516001；2．中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州510663）

1 風(fēng)偏閃絡(luò)的一般特點(diǎn)

風(fēng)偏閃絡(luò)的發(fā)生是由于風(fēng)荷載下的風(fēng)偏角超過(guò)了設(shè)計(jì)允許值，造成帶電部分（導(dǎo)線、線夾、均壓環(huán)等）對(duì)塔頭或塔身（橫擔(dān)、腳釘?shù)龋╇姎忾g隙不足，最終導(dǎo)致線路閃絡(luò)跳閘。由于風(fēng)荷載的連續(xù)性，重合閘時(shí)帶電體仍處于風(fēng)偏狀態(tài)，電氣間隙處于縮小的趨勢(shì)，且第一次的閃絡(luò)放電已使空氣間隙中游離的導(dǎo)電離子增多，絕緣強(qiáng)度降低，重合閘所產(chǎn)生的系統(tǒng)操作過(guò)電壓使帶電體在風(fēng)偏擺動(dòng)時(shí)再次將空氣間隙擊穿，此次擊穿的間隙可以比第一次大。

2 風(fēng)偏計(jì)算方法

風(fēng)偏閃絡(luò)是指輸電線路帶電導(dǎo)體對(duì)桿塔塔頭或塔身放電。因此確定塔頭尺寸時(shí)除滿足導(dǎo)線線間距離和防雷要求外，主要需考慮導(dǎo)線風(fēng)偏和電氣間隙，電氣間隙由輸電線路電壓等級(jí)確定，一般不變；而導(dǎo)線風(fēng)偏主要由大風(fēng)、導(dǎo)線和絕緣子串參數(shù)確定。

導(dǎo)線風(fēng)偏角基本計(jì)算式如下：

式中，PD為導(dǎo)線風(fēng)壓（N）；PJ為絕緣子串風(fēng)壓（N）；GD為導(dǎo)線重量（N）；GJ為絕緣子串重量（N）。

風(fēng)作用于電線上產(chǎn)生的橫向風(fēng)荷載，并非上述理論風(fēng)壓與電線受風(fēng)面之積，還要考慮電線的體型系數(shù)、與風(fēng)速大小有關(guān)的風(fēng)壓不均勻系數(shù)、與電壓等級(jí)和風(fēng)速大小有關(guān)的風(fēng)載調(diào)正系數(shù)、與電線平均高度有關(guān)的風(fēng)速高度變化系數(shù)以及桿塔水平檔距等影響。為了便于分析計(jì)算，本計(jì)算式忽略風(fēng)向與導(dǎo)線軸向間的夾角、與電壓等級(jí)和風(fēng)速大小有關(guān)的風(fēng)載調(diào)正系數(shù)。

（1）導(dǎo)地線風(fēng)壓計(jì)算公式：

式中，Wx為垂直于導(dǎo)線及地線方向的水平風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值；α為風(fēng)壓不均勻系數(shù)；Wo為基準(zhǔn)風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值；μz為基準(zhǔn)高度為10 m的風(fēng)壓高度變化系數(shù)；μsc為導(dǎo)地線體型系數(shù)；βc為導(dǎo)地線風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)；d為導(dǎo)地線的外徑或覆冰時(shí)的計(jì)算外徑；Lp為桿塔的水平檔距；B為覆冰時(shí)風(fēng)荷載增大系數(shù)；θ為風(fēng)向與導(dǎo)地線方向之間的夾角。

（2）絕緣子串風(fēng)壓計(jì)算公式：

式中，Pr為絕緣子串風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值；Po為基準(zhǔn)風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值；Wo為基準(zhǔn)風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值；μz為風(fēng)壓高度變化系數(shù)；B為覆冰時(shí)風(fēng)荷載增大系數(shù)；AI為絕緣子串承受風(fēng)壓面積計(jì)算值；V為基準(zhǔn)高度為10 m的風(fēng)速。

（3）軟跳線風(fēng)偏角計(jì)算公式：

計(jì)算原理：

如圖1所示，假設(shè)絕緣子串（不含重錘）的重量及所受風(fēng)壓分別為Gm及Pr，力的作用點(diǎn)位于串的中點(diǎn)，重錘的重量和風(fēng)壓為Gc和Pc，導(dǎo)線的重量及風(fēng)壓為GV和PH，從受力平衡方程可得：

圖1 跳線串風(fēng)偏受力示意圖

（4）懸垂串風(fēng)偏角計(jì)算公式：

式中，φ為懸垂絕緣子風(fēng)偏角；PI為懸垂絕緣子串風(fēng)壓；GI為懸垂絕緣子串重力；P為相應(yīng)于工頻電壓、操作過(guò)電壓、雷電過(guò)電壓及帶電作業(yè)風(fēng)速下的導(dǎo)線風(fēng)荷載；W1為導(dǎo)線自重力；lH為懸垂絕緣子串風(fēng)偏角計(jì)算用桿塔水平檔距；lv為懸垂絕緣子串風(fēng)偏角計(jì)算用桿塔垂直檔距；α為塔位高差系數(shù)；T為相應(yīng)于工頻電壓、操作過(guò)電壓及雷電過(guò)電壓氣象條件下的導(dǎo)線張力。

3 風(fēng)偏計(jì)算軟件的開(kāi)發(fā)

在上述計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了風(fēng)偏計(jì)算軟件，通過(guò)輸入氣象條件、導(dǎo)線結(jié)構(gòu)參數(shù)和使用張力、風(fēng)壓不均勻系數(shù)和跳線計(jì)算長(zhǎng)度等參數(shù)，可計(jì)算出耐張塔跳線串各種工況下的風(fēng)偏角（圖2）；通過(guò)輸入氣象條件、導(dǎo)線結(jié)構(gòu)參數(shù)和使用張力、直線塔高度和直線塔實(shí)際使用條件等參數(shù)，可計(jì)算出直線塔懸垂串各種工況下的風(fēng)偏角（圖3）。通過(guò)與桿塔設(shè)計(jì)時(shí)的角度進(jìn)行對(duì)比，可評(píng)估鐵塔實(shí)際的抗風(fēng)能力。

圖2 跳線串風(fēng)偏計(jì)算實(shí)例

圖3 懸垂串風(fēng)偏計(jì)算實(shí)例

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)開(kāi)發(fā)鐵塔風(fēng)偏計(jì)算軟件，評(píng)估鐵塔實(shí)際抗風(fēng)能力，可找出線路的薄弱環(huán)節(jié)，從而為升級(jí)改造提供參考。

［1］張殿生．電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］．2版．北京：中國(guó)電力出版社，2003．

［2］鄭佳艷．動(dòng)態(tài)風(fēng)作用下懸垂絕緣子串風(fēng)偏計(jì)算研究［D］．重慶：重慶大學(xué)，2006．

［3］肖東坡．500 k V輸電線路風(fēng)偏故障分析及對(duì)策［J］．電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（5）：99－102．