輸電線路風(fēng)害的成因與運(yùn)維防范對策的改進(jìn)

吳濡生，夏令志

（國網(wǎng)安徽省電力公司，安徽 合肥 230022）

輸電線路風(fēng)害的成因與運(yùn)維防范對策的改進(jìn)

吳濡生，夏令志

（國網(wǎng)安徽省電力公司，安徽 合肥 230022）

介紹了常見的輸電線路風(fēng)害故障類型，分析了國內(nèi)風(fēng)害故障的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，剖析了最常見風(fēng)害—風(fēng)偏故障的事故成因，評(píng)估了目前常見防范對策的實(shí)施效果，提出了防范輸電線路風(fēng)偏故障對策的改進(jìn)建議。

風(fēng)偏跳閘；氣象條件；颮線風(fēng)；桿塔空氣間隙

0 引言

風(fēng)是輸電線路遇到頻率最高的一種天氣現(xiàn)象，風(fēng)害故障是最常見、最難以杜絕的輸電線路故障之一。電網(wǎng)電壓等級(jí)越高，對風(fēng)的敏感度就越強(qiáng)，風(fēng)害導(dǎo)致的輸電線路故障也會(huì)越多，后果也就越嚴(yán)重。

1 輸電線路風(fēng)害的類型

輸電線路風(fēng)害是指在大風(fēng)、微風(fēng)振動(dòng)甚至疊加覆冰舞動(dòng)等作用下，導(dǎo)致線路跳閘、停運(yùn)以及部件損壞等事件，按照故障類型可分為風(fēng)偏跳閘、絕緣子和金具損壞、導(dǎo)地線斷股和斷線、桿塔損壞等。

（1） 風(fēng)偏跳閘是輸電線路風(fēng)害中最常見的類型。風(fēng)偏跳閘是指導(dǎo)線在風(fēng)的作用下發(fā)生偏擺后，由于桿塔空氣間隙電氣安全距離不足而導(dǎo)致的放電跳閘。風(fēng)偏跳閘是在工作電壓下發(fā)生的，重合閘成功率較低，嚴(yán)重影響供電可靠性。若同一輸電通道內(nèi)多條線路同時(shí)發(fā)生風(fēng)偏跳閘，則會(huì)破壞系統(tǒng)穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成電網(wǎng)大面積停電事故。除跳閘和停運(yùn)外，導(dǎo)線風(fēng)偏放電還會(huì)造成金具和導(dǎo)線損傷，帶來線路安全隱患。

（2） 絕緣子和金具在微風(fēng)振動(dòng)和大風(fēng)的作用下會(huì)發(fā)生金具磨損和斷裂、絕緣子掉（斷）串、絕緣子傘裙破損等情況，引發(fā)線路故障。

（3） 導(dǎo)地線在微風(fēng)振動(dòng)和大風(fēng)作用下擺動(dòng)會(huì)造成疲勞損傷，發(fā)生斷股和斷線故障。斷股是指導(dǎo)地線局部絞合的單元結(jié)構(gòu)（一般為鋁股）損壞。由于鋼芯一般仍然完好，因此斷股不易被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。斷線則是導(dǎo)地線的鋼芯和導(dǎo)體鋁股完全被破壞。當(dāng)斷股達(dá)到一定數(shù)目時(shí)會(huì)對線路安全運(yùn)行造成影響，斷線時(shí)則會(huì)造成停運(yùn)。

（4） 舞動(dòng)是線路導(dǎo)地線不均勻覆冰后，在穩(wěn)定的風(fēng)向、風(fēng)速作用下，產(chǎn)生的導(dǎo)地線以一定頻率和波幅舞動(dòng)的現(xiàn)象，會(huì)引起導(dǎo)地線接近而跳閘，也可能造成金具疲勞斷裂或磨損、絕緣子傘裙破損等，甚至?xí)斐傻顾嗑€。

（5） 倒塔是風(fēng)害事故能引發(fā)的最嚴(yán)重后果，會(huì)造成輸電線路長時(shí)間故障停運(yùn)，且需要消耗大量的人力、物力進(jìn)行恢復(fù)。受自然災(zāi)害的影響，輸電線路的倒塔次數(shù)和基數(shù)呈現(xiàn)增長趨勢。1989-08-13，華東電網(wǎng)某500 kV線鎮(zhèn)江段4基桿塔倒塔；1998-08-22，華東電網(wǎng)某500 kV線江都段4基桿塔倒塔；2000-07-21，吉林電網(wǎng)10基500 kV線路桿塔因遭受龍卷風(fēng)、暴雨和冰雹侵襲發(fā)生倒塔；2005-06-14，江蘇泗陽500 kV任上5237線發(fā)生風(fēng)害所致倒塔事故，一次性串倒10基輸電塔。

2 輸電線路風(fēng)害事件統(tǒng)計(jì)分析

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)某區(qū)域2010-2014年110（66）kV及以上輸電線路共發(fā)生風(fēng)害故障769次，其風(fēng)害故障分類結(jié)果見表1。從表1中可以看出，風(fēng)偏跳閘為風(fēng)害故障的主要類型，5年間區(qū)域線路共發(fā)生688次風(fēng)偏跳閘故障，占風(fēng)害故障總次數(shù)的89.47 %。

表1 某區(qū)域110（66）kV及以上線路風(fēng)害類型統(tǒng)計(jì)

2011-2015年期間，某省220 kV及以上線路共發(fā)生風(fēng)偏跳閘16次，占跳閘總數(shù)的5.2 %；重合成功1次，重合成功率僅為6.3 %。風(fēng)偏跳閘數(shù)統(tǒng)計(jì)如圖1所示。

圖1 某省2011-2015年220 kV及以上線路風(fēng)偏跳閘數(shù)統(tǒng)計(jì)

（1） 2011年，該地區(qū)發(fā)生風(fēng)偏跳閘11次，重合成功1次。其中，500 kV線路跳閘6次，220 kV跳閘5次。故障主要原因?yàn)?-8月該地區(qū)多次出現(xiàn)超線路設(shè)計(jì)條件的強(qiáng)對流大風(fēng)。

（2） 2012年，該地區(qū)發(fā)生風(fēng)偏跳閘2次，重合成功0次。

（3） 2013-2014年，未發(fā)生220 kV及以上線路風(fēng)偏跳閘。

（4） 2015年，風(fēng)偏跳閘3次，重合成功0次。其中，500 kV線路跳閘3次，故障主要原因?yàn)槭芘_(tái)風(fēng)“蘇迪羅”影響，局部風(fēng)速超線路設(shè)計(jì)風(fēng)速。

在2011-2015年期間，某省500 kV線路風(fēng)偏跳閘11次，占跳閘總數(shù)的68.75 %；220 kV線路風(fēng)偏跳閘5次，占跳閘總數(shù)的31.25 %。

造成該省風(fēng)偏跳閘的主要外部原因?yàn)槭茱R線風(fēng)影響。颮線風(fēng)的風(fēng)速從地表開始向上急劇增大，大多在距離地面約70 m高度時(shí)達(dá)到最大，然后隨著高度的增加迅速減小。500 kV線路桿塔較高，在桿塔高度上風(fēng)速較大，是導(dǎo)致500 kV線路風(fēng)偏跳閘率高于220 kV線路的重要原因。

3 輸電線路風(fēng)害故障的成因

3.1 設(shè)計(jì)氣象條件的選取

風(fēng)偏跳閘的主要原因?yàn)榫植匡L(fēng)速超過輸電線路設(shè)計(jì)風(fēng)速。500 kV輸電線路的設(shè)計(jì)風(fēng)速一般為27 m/s（10 m基準(zhǔn)高，下同），220 kV輸電線路的設(shè)計(jì)風(fēng)速一般為23.5 m/s。受臺(tái)風(fēng)、龍卷風(fēng)、颮線風(fēng)的影響時(shí)，瞬時(shí)風(fēng)速一般在11級(jí)以上（大于32.6 m/s，局部地區(qū)甚至超過35 m/s）。在超設(shè)計(jì)大風(fēng)的作用下，絕緣子串的風(fēng)偏角增大，導(dǎo)致導(dǎo)線與桿塔的距離沒有滿足安全距離的要求，最終發(fā)生放電。

國內(nèi)的研究表明，強(qiáng)風(fēng)是導(dǎo)致風(fēng)偏放電的直接原因，設(shè)計(jì)時(shí)對惡劣氣象估計(jì)不足、設(shè)計(jì)風(fēng)速和風(fēng)壓不均勻系數(shù)的取值等都是風(fēng)偏故障的重要影響因素。另外，由于颮線風(fēng)、臺(tái)風(fēng)均伴有雷暴雨，導(dǎo)致空氣絕緣強(qiáng)度降低，導(dǎo)線與桿塔間隙的工頻放電電壓會(huì)進(jìn)一步降低，增大風(fēng)偏跳閘的概率。國內(nèi)輸電線路以10 min平均風(fēng)速來確定最大設(shè)計(jì)風(fēng)速，對瞬時(shí)風(fēng)速影響估計(jì)不足，導(dǎo)致相同統(tǒng)計(jì)資料下所得的最大風(fēng)速統(tǒng)計(jì)值明顯低于國外。例如，日本在新修訂標(biāo)準(zhǔn)中以距地面10 m高處50年一遇最大瞬時(shí)風(fēng)速（3-5 s平均風(fēng)速）作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速。此外，國外在選取風(fēng)速高度換算系數(shù)、風(fēng)壓不均勻系數(shù)和微地形影響等參數(shù)時(shí)會(huì)留有一定的裕量。

根據(jù)近年來的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，由于環(huán)境和氣候的變化，局部微地形、微氣象條件也常常發(fā)生變化，線路設(shè)計(jì)時(shí)依據(jù)的氣象資料常常不能反映當(dāng)時(shí)運(yùn)行氣象條件，局部產(chǎn)生颮線風(fēng)、龍卷風(fēng)的幾率也有所提高，線路產(chǎn)生微風(fēng)振動(dòng)乃至覆冰舞動(dòng)的范圍也在不斷擴(kuò)大。

3.2 對環(huán)境條件的變化跟蹤防范不及時(shí)

對于線路周圍氣象條件、通道環(huán)境發(fā)生的變化，若不及時(shí)跟蹤并采取防范措施，也可能會(huì)造成風(fēng)害故障。

2010年，某地區(qū)220 kV水越I線108號(hào)至109號(hào)段風(fēng)偏放電，通道左側(cè)邊坡新生竹子有折斷現(xiàn)象，并且地面有燒灼痕跡。發(fā)生這起故障的原因是運(yùn)維單位未及時(shí)清理新生竹子，導(dǎo)致線路風(fēng)偏后對竹子放電跳閘。

2013年，某地區(qū)500 kV東錦二線C相發(fā)生風(fēng)偏跳閘。故障巡視發(fā)現(xiàn)，東錦二線1號(hào)至2號(hào)段C相導(dǎo)線有明顯放電點(diǎn)，對應(yīng)外側(cè)水平距離7.6 m處1棵樹木有燒灼痕跡。究其原因，是線路運(yùn)維人員沒有及時(shí)清理保護(hù)區(qū)內(nèi)高大樹木，導(dǎo)致導(dǎo)線在大風(fēng)作用下風(fēng)偏后對樹木放電。

3.3 隱患排查整改不全面

隱患排查不全面是風(fēng)害的主要影響因素之一，主要體現(xiàn)在以下2個(gè)方面。

（1） 未按照最新《風(fēng)區(qū)分布圖》開展隱患排查和整改?！讹L(fēng)區(qū)分布圖》是根據(jù)氣象部門資料和輸電線路運(yùn)行資料繪制而成，是輸電線路防風(fēng)設(shè)計(jì)和改造的重要依據(jù)，設(shè)計(jì)或運(yùn)維階段的排查整改不全面都將導(dǎo)致線路運(yùn)行存在安全隱患。

（2） 線路日常運(yùn)維中隱患排查開展不到位，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正線路金具磨損、絕緣子傘裙破損、銷子松脫等隱患或缺陷，導(dǎo)致在長期風(fēng)力作用或大風(fēng)情況下發(fā)展為故障。2010-10-20，某地區(qū)330 kV龍烏線故障跳閘，重合不成功。故障巡視后發(fā)現(xiàn)，龍烏線169號(hào)直線塔（型號(hào)ZM3-37）左相第24片瓷質(zhì)絕緣子鋼腳與雙聯(lián)碗頭脫開，導(dǎo)致導(dǎo)線脫落地面，經(jīng)分析確認(rèn)是大風(fēng)導(dǎo)致絕緣子鋼腳與碗頭脫離，造成掉線故障跳閘。當(dāng)?shù)爻Ｄ隇榇箫L(fēng)天氣且風(fēng)力較大，導(dǎo)線振動(dòng)嚴(yán)重造成絕緣子彈簧銷失效，隱患未能及時(shí)排查整改，最終造成故障。

4 風(fēng)害防范措施的評(píng)估與建議

4.1 目前常用的防范措施

目前的風(fēng)害防范措施主要體現(xiàn)在線路運(yùn)維階段，有以下幾種。

（1） 對調(diào)爬或改用加長型合成絕緣子的交直流線路，結(jié)合該區(qū)域氣象條件全面校核風(fēng)偏間隙。

（2） 對故障的耐張塔跳線和其他轉(zhuǎn)角較大的無跳線串的外角跳線，加裝跳線絕緣子串和重錘。

（3） 對故障的直線塔絕緣子串加裝重錘。如單串加重錘后仍不符合要求時(shí)，可將其改為雙串倒V型以便加裝雙倍重錘，減少強(qiáng)風(fēng)時(shí)導(dǎo)線風(fēng)偏角及懸掛處的扭轉(zhuǎn)， 確保間隙足夠。

（4） 加強(qiáng)線路走廊障礙物的檢查清理，檔距中的樹木、邊坡等亦應(yīng)進(jìn)行風(fēng)偏校驗(yàn)，消除隱患。

4.2 防范對策運(yùn)用效果的評(píng)估

以上常規(guī)措施在一定程度上可以有效減少風(fēng)偏故障的發(fā)生，但風(fēng)害故障率仍呈波浪式變化，尤其是出現(xiàn)颮線風(fēng)、龍卷風(fēng)等突發(fā)性惡劣天氣時(shí)故障會(huì)增多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，某區(qū)域系統(tǒng)500（330）kV及以上線路，2014年共發(fā)生風(fēng)害跳閘42次，2015年共發(fā)生風(fēng)害跳閘136次。2015年風(fēng)害跳閘事故相比2014年增加94次。

風(fēng)害故障大幅增加的原因有以下幾點(diǎn)。

（1） 2015年沿海地區(qū)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度和影響范圍大大超過2014年。其中“燦鴻”、“蘇迪羅”、“杜鵑”等臺(tái)風(fēng)登陸強(qiáng)度大，給電網(wǎng)運(yùn)行造成了巨大的影響。2015年僅福建電網(wǎng)220 kV以上線路就因風(fēng)害跳閘53次以上。

（2） 受強(qiáng)“厄爾尼諾現(xiàn)象”影響，2015年全國大風(fēng)、冰雹、龍卷風(fēng)、雷電等局部強(qiáng)對流天氣頻發(fā)，西北、華北地區(qū)也頻發(fā)地方性大風(fēng)。陜西電網(wǎng)共發(fā)生7次330 kV線路風(fēng)害跳閘，山東電網(wǎng)110 kV以上線路共發(fā)生13次風(fēng)害跳閘。

風(fēng)害故障增多表明輸電線路在抵御臺(tái)風(fēng)、颮線風(fēng)等強(qiáng)風(fēng)能力上仍存在許多不足，主要反映出以下4個(gè)問題。

（1） 氣象監(jiān)測能力不足。風(fēng)速的監(jiān)測，尤其是微地形地區(qū)的風(fēng)速監(jiān)測，能夠?yàn)楣收显蚍治鎏峁┐_鑿依據(jù)。實(shí)測風(fēng)速能指導(dǎo)風(fēng)區(qū)圖的修編，對線路的設(shè)計(jì)及后期的運(yùn)維具有積極意義。但實(shí)際中大部分風(fēng)力觀測裝置安裝在城區(qū)內(nèi)（氣象部門監(jiān)測點(diǎn)），同時(shí)桿塔上的風(fēng)速監(jiān)測點(diǎn)與故障發(fā)生處相距甚遠(yuǎn)，所測的風(fēng)速不能反映故障點(diǎn)的實(shí)際情況。

（2） 微地形地區(qū)的防風(fēng)設(shè)計(jì)有待改進(jìn)。從近年的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)情況看，發(fā)生臺(tái)風(fēng)災(zāi)害的桿塔主要集中在峽谷其及附近的山頂?shù)鹊胤?，?shí)際的風(fēng)速遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)風(fēng)速。此類微地形的風(fēng)速修正還有待改進(jìn)。

（3） 跳線風(fēng)偏跳閘現(xiàn)象主要發(fā)生在“干”字型塔上，邊相多于中相。近幾年安裝的跳線普遍較長，跳線弛度太大，特別是加裝了跳線絕緣子的相別，絕緣子兩側(cè)的跳線均呈“W”型，而耐張塔中相跳線絕緣子兩側(cè)的跳線最低點(diǎn)均低于耐張串的水平高度，使跳線在風(fēng)力作用下更容易并生搖擺或跳動(dòng)，縮短了空氣間隙，導(dǎo)致線路跳閘。

（4） 輸電線路隱患的管控不足。由于施工及運(yùn)維等諸多方面的原因，部分線路對樹木、邊坡等距離不滿足最大的風(fēng)偏距離校驗(yàn)要求，存在風(fēng)偏隱患。大氣污染造成放電氣隙降低也是其中需要考慮的因素之一。

4.3 防范對策的改進(jìn)建議

（1） 加強(qiáng)氣象監(jiān)測。加強(qiáng)線路所經(jīng)區(qū)域氣象及風(fēng)害故障資料的收集，充分利用微氣象在線監(jiān)測裝置，監(jiān)測線路走廊內(nèi)的氣象資料，彌補(bǔ)氣象部門臺(tái)站監(jiān)測的不足。

（2） 開展風(fēng)速高度換算系數(shù)、風(fēng)壓不均勻系數(shù)和微地形影響等風(fēng)偏設(shè)計(jì)參數(shù)的研究。開展不同地形特征下不同高度的風(fēng)況觀測，分析研究其間關(guān)系后確定風(fēng)速高度換算系數(shù)、風(fēng)壓不均勻系數(shù)等設(shè)計(jì)參數(shù)；研究地形對風(fēng)向與水平面夾角大小的影響；研究微地形特征對風(fēng)速大小的影響；探討設(shè)計(jì)中氣象條件的選定條件（各種不利氣象條件的組合等）。

（3） 改進(jìn)風(fēng)偏校驗(yàn)方法。注意微地形、微氣象條件的設(shè)計(jì)和校核風(fēng)速選取，注意跳線的風(fēng)偏校核。同時(shí)，考慮到颮線風(fēng)、龍卷風(fēng)等強(qiáng)對流天氣的突發(fā)性，建議選取最大瞬時(shí)風(fēng)速作為線路電氣間隙校核時(shí)的風(fēng)速取值。

（4） 加強(qiáng)防風(fēng)偏絕緣拉索、復(fù)合橫擔(dān)等新型防風(fēng)害措施的推廣應(yīng)用。傳統(tǒng)加掛重錘的方法防治風(fēng)偏效果有限，且受塔型影響較大。目前，國家電網(wǎng)公司在部分省份開展了防風(fēng)偏絕緣拉索設(shè)計(jì)、安裝方法和應(yīng)用方面的試點(diǎn)工作，取得了較好的效果，有很大的推廣價(jià)值。

（5） 加強(qiáng)全過程隱患排查管控。

① 在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)加強(qiáng)基建項(xiàng)目技術(shù)監(jiān)督、圖紙審查，提前預(yù)防控制風(fēng)害隱患。同步開展基建新建線路防風(fēng)害隱患排查，及時(shí)開展線路防風(fēng)偏校核，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)進(jìn)行整改。

② 在施工驗(yàn)收階段，提高施工質(zhì)量，加強(qiáng)施工驗(yàn)收，嚴(yán)格執(zhí)行線路驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，確保螺栓、銷子等部件安裝到位、工藝符合規(guī)范要求。加強(qiáng)對跳線施工質(zhì)量管控，應(yīng)按照跳線設(shè)計(jì)弧垂進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)際測量放樣安裝及驗(yàn)收把關(guān)。加強(qiáng)新建線路與各類跨越物（構(gòu)筑物、公共設(shè)施、樹木、邊坡等）距離的驗(yàn)收把關(guān)，精確測量凈空距離，校驗(yàn)最大風(fēng)偏距離，確保滿足規(guī)范要求。

③ 在運(yùn)維階段，嚴(yán)格按照《風(fēng)區(qū)分布圖》開展隱患排查，對設(shè)計(jì)風(fēng)速不滿足《風(fēng)區(qū)分布圖》要求的桿塔進(jìn)行風(fēng)偏和桿塔承載能力校核。根據(jù)校核結(jié)果制定治理計(jì)劃，采取加裝重錘、防風(fēng)拉線、防風(fēng)偏絕緣子或V型串改造等綜合防范措施，并定期檢查防風(fēng)設(shè)施、跟蹤治理效果。加強(qiáng)山區(qū)線路大檔距的邊坡及新增交叉跨越的排查，對影響線路安全運(yùn)行的隱患及時(shí)治理。對強(qiáng)風(fēng)地區(qū)、臺(tái)風(fēng)地區(qū)、微地形微氣象區(qū)域以及發(fā)生過風(fēng)害事故的地區(qū)，宜安裝微氣象、視頻、振動(dòng)等在線監(jiān)測裝置。

5 結(jié)束語

輸電線路風(fēng)害的防范涉及線路本體、氣象、環(huán)境和人群活動(dòng)等諸方面，涉及設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行、檢修、事故防控等工作，是一項(xiàng)長期、艱苦且復(fù)雜的工作。只有細(xì)致觀測排查、嚴(yán)謹(jǐn)分析預(yù)測、科學(xué)研究決策、認(rèn)真落實(shí)防控，才能將風(fēng)害降到最低，確保輸電線路運(yùn)行安全。

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4 邵瑰瑋，耿翠英，胡 毅.國內(nèi)外輸電線路風(fēng)偏設(shè)計(jì)參數(shù)比較與分析［J］.高電壓技術(shù)，2008，34（12）：3 106-3 110.

5 張禹芳.我國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.

6 中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).GB 50545-2010 110-750 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國計(jì)劃出版社，2010.

2016-04-22。

吳濡生（1957-），男，高級(jí)工程師，主要從事電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)檢與安全管理工作，email：442665365@qq.com。

夏令志（1987-），男，工程師，主要從事輸電線路絕緣技術(shù)研究工作。