220 kV輸電線路風(fēng)偏故障及防控措施

梁長棟，張建軍，毋秋霞

（國網(wǎng)山西省電力公司呂梁供電公司，山西 呂梁 032200）

0 引言

近幾年來，極端氣候頻發(fā)，架空線路的絕緣子按照要求進(jìn)行全部復(fù)合化，雖然滿足了防污要求，但沒有充分考慮到復(fù)合絕緣子換瓷質(zhì)絕緣子后，降低了部分架空線路桿塔抗風(fēng)偏的能力。因此，對發(fā)生故障線路的桿塔加裝下拉橫擔(dān)進(jìn)行風(fēng)偏改造，結(jié)合所在區(qū)域氣象條件全面校驗風(fēng)偏間隙勢在必行。

1 輸電線路風(fēng)偏案例分析

1.1 跳閘情況

2011年6月7 日16時03分，文水220 kV變電站文汾線273開關(guān)縱聯(lián)差動、縱聯(lián)距離雙套保護(hù)動作掉閘，C相接地故障，重合復(fù)跳，測距顯示故障點距離文水變電站出口10.5 km。17時20分線路試送成功。

1.2 故障巡視情況

接到地調(diào)220 kV文汾線故障通知后，根據(jù)當(dāng)時的天氣狀況、保護(hù)測距情況，初步判斷是風(fēng)偏導(dǎo)致線路接地掉閘。17時45分巡視人員登桿塔檢查時在12號鐵塔找到故障點，C相雙串絕緣子懸垂線夾船口處有燒傷痕跡，鐵塔右側(cè)兩根主材、一根輔材有放電痕跡。

1.3 氣象資料

經(jīng)向文水氣象部門了解，故障發(fā)生時當(dāng)?shù)貧庀髼l件相當(dāng)惡劣，刮有10級西北風(fēng)，固定觀察點風(fēng)速達(dá)到26.5 m/s，根據(jù)線路附近樹木折斷及電力設(shè)施損壞情況，確定現(xiàn)場風(fēng)速超過10級[1]。

1.4 暴露的問題

220 kV文汾線12號鐵塔使用的LV1-24鐵塔，設(shè)計線間距離是6.6 m，2011年6月7日大于風(fēng)速25 m/s的10級大風(fēng)橫線路吹向線路時，使得處于上風(fēng)側(cè)的導(dǎo)線沿掛點旋轉(zhuǎn)靠近鐵塔放電，突顯鐵塔設(shè)計的先天不足[2]。

由于處于平川地區(qū)的輸電線路，從以往的設(shè)計上，均是按照風(fēng)速25 m/s設(shè)計。運行管理上也是按照這個思路進(jìn)行，當(dāng)超過25 m/s風(fēng)速大風(fēng)突至?xí)r，設(shè)計的弊病顯露無疑。

分析山西省呂梁市2011年6月220 kV輸電線路連續(xù)發(fā)生的風(fēng)偏跳閘現(xiàn)象。在發(fā)生故障跳閘時當(dāng)?shù)貧庀髼l件惡劣，伴有短時雷雨大風(fēng)，桿塔架構(gòu)、金具及導(dǎo)線均有路徑明晰的電弧燒痕，重合閘100%不成功，強(qiáng)風(fēng)消失后均試送成功的情況下，確認(rèn)風(fēng)偏是跳閘的主要原因有強(qiáng)風(fēng)使導(dǎo)線對桿塔的風(fēng)偏角過大；設(shè)計改造架空線路時沒能對惡劣氣象和局部地區(qū)微氣候進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研，對氣象災(zāi)害造成的影響估計不足。

2 風(fēng)偏角計算

220 kV文汾線12號鐵塔情況尺寸情況如圖1所示。

橫擔(dān)長度為D=3 000 mm，絕緣子串長L=3 160 mm。

圖1 鐵塔風(fēng)偏計算模型

2.1 正常運行電壓下的計算分析

經(jīng)有關(guān)實驗數(shù)據(jù)表明：在正常運行電壓情況下，220 kV線路單相對地火花放電距離（空氣間隙） d=130 mm時，會發(fā)生火花放電[2，3]。此時風(fēng)偏角應(yīng)為最大（計算公式）。

式中：θ——風(fēng)偏角；

D——橫擔(dān)長度，取值為3 000 mm；

d——放電距離，取值為130 mm；

L——絕緣子串長，取值為3 160 mm。

經(jīng)過計算，此時的風(fēng)偏角θ1=65.26°，通過文汾線12號鐵塔風(fēng)速風(fēng)偏對照表相比較，此時的瞬時風(fēng)速大于32 m/s。

2.2 最大操作過電壓下的計算分析

最大操作過電壓情況下220 kV線路單相對地火花放電距離（空氣間隙） d=420 mm時，會發(fā)生火花放電[2，3]。經(jīng)過計算θ2=54.732°，與文汾線12號鐵塔風(fēng)速風(fēng)偏對照表相比較，此時的瞬時風(fēng)速大于27 m/s。

2.3 低氣溫下的計算分析

一般考慮的風(fēng)度校驗是按照運行電壓情況下氣溫在－5℃，風(fēng)速30 m/s，且滿足最小空氣間隙d=550 mm時進(jìn)行驗算,經(jīng)過計算此時的風(fēng)偏角θ3=50.833°，與文汾線12號鐵塔風(fēng)速風(fēng)偏對照表相比較，此時的瞬時風(fēng)速大于25 m/s[2,3]。

結(jié)合當(dāng)日跳閘發(fā)生前，該線路處于正常的運行電壓情況下，天氣氣溫為27℃，氣候比較干燥，所以發(fā)生引起跳閘的火花放電距離小于550 mm，并且接近130 mm，此時的風(fēng)偏角大于50.833°，當(dāng)時的風(fēng)速大于25 m/s。

220 kV文汾線12號鐵塔在不同風(fēng)速下的風(fēng)偏角對照見表1。

表1 220 kV文汾線12號鐵塔不同風(fēng)速下的風(fēng)偏角（氣溫27℃)

3 治理和改進(jìn)措施

由于近年來極端天氣頻發(fā)，平川地區(qū)也出現(xiàn)了超過25 m/s風(fēng)速的大風(fēng)，建議設(shè)計部門在設(shè)計線路時，參照更高等級氣象條件去設(shè)計桿塔。對大風(fēng)天氣頻發(fā)區(qū)域現(xiàn)有LV1型塔進(jìn)行換塔或防風(fēng)偏改造。目前，國網(wǎng)呂梁供電公司已對所轄220 kV輸電線路LV1型塔采取了加裝下橫擔(dān)下拉絕緣子的防風(fēng)偏措施，有效地防止了風(fēng)偏故障的再次發(fā)生。

近年來，許多單位為滿足防污要求，把110 kV以上的架空輸電線路的瓷瓶串更換為復(fù)合絕緣子懸垂串，由于復(fù)合絕緣子自重不足，運行單位在更換前未能開展風(fēng)偏校驗，風(fēng)偏角增大，造成下端帶電導(dǎo)線離塔身安全距離不足而發(fā)生閃絡(luò)，對垂直擋距小的線路影響更甚[2]。因此，在原為瓷瓶串設(shè)計的結(jié)構(gòu)上變換為復(fù)合絕緣子懸垂串時，必須作風(fēng)偏角和空氣間隙校核。

將強(qiáng)風(fēng)區(qū)域帶及風(fēng)偏角大的緊湊型桿塔復(fù)合絕緣子加裝V串防風(fēng)偏絕緣子或重錘，為線路安全運行提供便利和保障。

4 結(jié)束語

220 kV輸電線路LV1塔進(jìn)行多種狀態(tài)下風(fēng)偏計算與分析表明，原有設(shè)計不能滿足極端氣象條件下架空線路的安全運行，采取了加裝下橫擔(dān)下拉絕緣子，加裝V串防風(fēng)偏絕緣子或重錘等防風(fēng)偏措施，有效減小了架空導(dǎo)線在各種惡劣氣象條件下的風(fēng)偏角，極大地提高了輸電線路的抗風(fēng)偏能力，為線路安全運行提供便利和保障。該改造方案既經(jīng)濟(jì)又簡便，而且實用效果好，適于推廣應(yīng)用。

[1] 尹慶福.送電線路[M].北京：中國電力出版社，2005：139.

[2] 王清葵.送電線路運行與檢修[M].北京：中國電力出版社，2014:194.

[3] 陳景彥.輸電線路運行維護(hù)理論與技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2009：90-97.