金 哲，尹 洪，李曉峰，劉春堂，雷 雨，辛 巍，楊世強(qiáng)

（國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司檢修公司，湖北 武漢 430050）

0 引言

國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司檢修公司管轄500 kV及以上超特高壓輸電線路113條，長(zhǎng)度9 680.069 km，桿塔19 444基。2015年以來(lái)，所轄線路先后發(fā)生3起風(fēng)偏故障跳閘，嚴(yán)重影響了供電可靠性。

對(duì)這3起風(fēng)偏故障跳閘事件進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，故障發(fā)生時(shí)局部最大風(fēng)速均已超設(shè)計(jì)風(fēng)速，造成導(dǎo)線與塔身最小空氣間隙不能滿足運(yùn)行要求，引起空氣擊穿。

在以往的風(fēng)偏校核分析及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作中，一般采用設(shè)計(jì)風(fēng)速作為基準(zhǔn)風(fēng)速進(jìn)行校核，所轄線路桿塔均滿足設(shè)計(jì)風(fēng)速要求。但是在微氣象區(qū)、甚至普通的平原地區(qū)超設(shè)計(jì)風(fēng)速情況日益增多，線路運(yùn)維面臨新的威脅，有必要對(duì)線路桿塔進(jìn)行超設(shè)計(jì)風(fēng)速校核，重新評(píng)估線路桿塔風(fēng)偏風(fēng)險(xiǎn)。

1 線路風(fēng)偏故障基本情況

2016年7月27日，500 kV峽都三回線路風(fēng)偏故障；2016年8月14日，500 kV林江一回線路風(fēng)偏故障；2017年8月12日，500 kV臥賢二回線路風(fēng)偏故障。3起風(fēng)偏故障線路設(shè)計(jì)風(fēng)速均為27 m/s（基準(zhǔn)高度10 m），氣象臺(tái)觀測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)最大風(fēng)速分別為31.2 m/s、30.5 m/s、34.5 m/s（基準(zhǔn)高度 10 m），故障桿塔塔型分別為ZB4-51、ZB2-48、ZB1-30?，F(xiàn)場(chǎng)地形分別為山地、平原、平原。

根據(jù)3起風(fēng)偏故障實(shí)際平均風(fēng)速情況，選取超設(shè)計(jì)風(fēng)速5%對(duì)桿塔風(fēng)偏風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行校核分析。

2 線路風(fēng)偏校核方法

本次校核主要采用的方法為：計(jì)算設(shè)定風(fēng)速條件下桿塔的風(fēng)偏搖擺角，以及特定塔型及絕緣子串組合條件下允許搖擺角，對(duì)比兩個(gè)搖擺角，得出是否滿足風(fēng)偏要求的結(jié)論[1]。

2.1 超設(shè)計(jì)風(fēng)速5%條件下桿塔的風(fēng)偏搖擺角計(jì)算

搖擺角由水平荷載與垂直荷載比值組成。其中水平荷載由導(dǎo)線、絕緣子串受風(fēng)產(chǎn)生的風(fēng)荷載組成。此外，對(duì)于直線轉(zhuǎn)角塔，角度會(huì)讓桿塔兩側(cè)導(dǎo)線不處于同一條直線上，直線轉(zhuǎn)角塔風(fēng)荷載應(yīng)增加角度荷載。

垂直荷載主要由導(dǎo)線、絕緣子串自重產(chǎn)生的垂直荷載，以及導(dǎo)線附加垂直荷載（導(dǎo)線間隔棒、防振錘、雙擺防舞器重量）組成。

2.1.1 水平荷載計(jì)算

導(dǎo)線風(fēng)壓荷載計(jì)算公式為：

在式(1)中，α是導(dǎo)線風(fēng)壓不均勻系數(shù)，Wo是基本風(fēng)壓，μz是風(fēng)壓高度變化系數(shù)，μsc是導(dǎo)線體型系數(shù)，βc是計(jì)算桿塔時(shí)風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)，d是分裂導(dǎo)線外徑之和，Lp是桿塔水平檔距，B是大風(fēng)工況風(fēng)荷載增大系數(shù)，θ是導(dǎo)線與風(fēng)向間夾角。相關(guān)取值情況參見(jiàn)《Q/GDW 179 110 kV～750 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》。

絕緣子串風(fēng)壓荷載計(jì)算公式為：

在式(2)中，Wo、μz、B 同上，A1是絕緣子串受風(fēng)面積，取值標(biāo)準(zhǔn)為：?jiǎn)伪P盤徑為254 mm2的絕緣子，每片受風(fēng)面積取0.02 m2。大盤徑及雙盤徑取0.03 m2。金具受風(fēng)面積，單導(dǎo)線每串取0.03 m2。兩分裂導(dǎo)線每串取0.04 m2,3-4分裂導(dǎo)線，每串取0.05 m2，對(duì)于雙聯(lián)絕緣子串的受風(fēng)面積，取單聯(lián)的1.5～2倍。

直轉(zhuǎn)桿塔角度荷載計(jì)算公式為：

2.1.2 垂直荷載計(jì)算

導(dǎo)線垂直荷載計(jì)算公式為：

絕緣子串垂直荷載計(jì)算公式為：

附加垂直荷載計(jì)算公式為：

2.1.3 風(fēng)偏搖擺角計(jì)算

風(fēng)偏搖擺角計(jì)算公式為：

2.2 特定塔型及絕緣子串組合條件下允許搖擺角的計(jì)算

根據(jù)特定塔型單線圖、絕緣子金具串串長(zhǎng)、導(dǎo)線分裂間距等，以工頻電壓下線路帶電部分與桿塔構(gòu)件的最小間隙（500 kV為1.2 m）為控制半徑，繪制大風(fēng)工況下允許風(fēng)偏角示意圖，得出特定塔型及絕緣子串組合條件下允許搖擺角，如圖1所示。

圖1 500 kV線路ZB型桿塔允許搖擺角Fig.1 Acceptable swing angle of ZB type tower of 500 kV transmission line

可以看到，圖1所示某500 kV輸電線路ZB型桿塔允許搖擺角為49.6°。

2.3 風(fēng)偏搖擺角與允許搖擺角比對(duì)分析

將上述計(jì)算、分析得到的風(fēng)偏搖擺角和允許搖擺角進(jìn)行對(duì)比，若風(fēng)偏搖擺角大于等于允許搖擺角，則存在風(fēng)偏隱患；若風(fēng)偏搖擺角小于允許搖擺角，則不存在風(fēng)偏隱患。

3 風(fēng)偏校核結(jié)果分析

3.1 風(fēng)偏校核結(jié)果概述

經(jīng)校核，公司存在1 330基桿塔不滿足超設(shè)計(jì)風(fēng)速5%風(fēng)偏校核要求，占桿塔總數(shù)的7.2%。

不滿足要求的桿塔共涉及81類塔型，其中不滿足桿塔數(shù)排前十的分別為：ZB1型192基；L1型148基；G1型122基；ZB2型102基；ZV1型79基；ZB3型73基；ZV型70基；G2型68基；ZBV1型62基；ZB4型35基，總計(jì)951基，占全部不滿足要求桿塔數(shù)量71.5%。

由此看出，不滿足要求的桿塔類型主要集中在L型、ZB型、G型、ZV等型式上。

統(tǒng)計(jì)上述 4類塔型有：ZB型（ZB1、ZB2、ZB3、ZB4、ZB5）塔412基校核不滿足要求，占31.0%；G型（G1、G2、G3、G4、G5）塔206基校核不滿足要求，占15.5%；ZV型（ZV、ZV1、ZV2、ZV3）塔184基校核不滿足要求，占13.8%；L型（L1、L2）塔169基校核不滿足要求，占12.7%；四類塔型占比達(dá)73.0%。

各類不滿足桿塔類型比例如圖2所示。

圖2 不滿足超設(shè)計(jì)風(fēng)速5%校核桿塔型式一覽Fig.2 Tower type general survey of dissatisfy windage yaw checking by adopting the 5%exceeding designing of wind speed as the reference wind speed

3.2 塔頭結(jié)構(gòu)分析

選取ZB型桿塔分析其塔型結(jié)構(gòu)，部分塔型塔頭結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 ZB型部分塔型塔頭結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Tower head structure diagram of part ZB type tower

統(tǒng)計(jì)邊相及中相橫擔(dān)掛點(diǎn)分別至塔身距離如表1所示。

表1 ZB塔型邊相及中相橫擔(dān)掛點(diǎn)分別至塔身距離Tab.1 The ZB type tower distance between the side and the center of the horizontal cross arm

隨著塔型結(jié)構(gòu)逐漸增大（從ZB1至ZB5），邊相（AB）及中相（CD）距離也隨之增大，不滿足超設(shè)計(jì)風(fēng)速5%校核桿塔的比例則同步遞減,如圖4所示。

圖4 塔頭尺寸逐步加大，風(fēng)偏隱患逐漸減小Fig.4 With the tower head size increases,the windage windage hidden danger reduces

其中ZB3至ZB4由10.7%增至11.0%，略有增幅，這主要是由于兩種塔型邊相（AB）及中相（CD）距離一樣，而ZB4型塔型平均呼高較ZB3型塔型高的緣故。

統(tǒng)計(jì)G型、L型等其他塔型各極導(dǎo)線掛點(diǎn)至塔身距離結(jié)論顯示也基本符合上述結(jié)果。

可以推斷：同一大類塔型（如G型、ZV型、ZB型等），橫擔(dān)較窄、塔頭較小的1型塔、2型塔（如G1、ZV1、ZB1等），風(fēng)偏裕度偏小，風(fēng)偏隱患更為突出。

3.3 垂直檔距分析

選取L型桿塔分析垂直檔距，L1型塔總計(jì)217基，148基不滿足超設(shè)計(jì)5%風(fēng)速校核要求，占比68.2%。L2型塔總計(jì)35基，21基不滿足超設(shè)計(jì)5%風(fēng)速校核要求，占比60.0%。

分析這些不滿足要求的桿塔垂直檔距，對(duì)其逐檔劃分如表2所示。

對(duì)L型塔而言，垂直檔距在200 m以下桿塔5基，不滿足要求的桿塔5基，占100%；垂直檔距在200至300 m間桿塔37基，不滿足要求的桿塔33基，占89.2%；垂直檔距在300至400 m間桿塔107基，不滿足要求的桿塔77基，占72.0%；垂直檔距在400 m以上桿塔103基，不滿足要求的桿塔54基，占52.4%，變化趨勢(shì)如圖5所示。

分析其他塔型也基本符合上述結(jié)果?？梢酝茢啵捍怪睓n距越小，桿塔絕緣子發(fā)生風(fēng)偏的隱患越大。

表2 L1、L2型不滿足超設(shè)計(jì)風(fēng)速5%桿塔垂直檔距一覽Tab.2 L1 and L2 type tower ertical span general survey ofdissatisfy windage yaw checking by adopting the 5%exceeding designing of wind speed as the reference wind speed

圖5 垂直檔距增大，校核不滿足桿塔比例逐漸減小Fig.5 With the Vertical span increases,the proportion of the unsatisfied tower decrease

3.4 線路桿塔Kv值分析

Kv值即為桿塔垂直檔距除以水平檔距。由于桿塔搖擺角由水平荷載與垂直荷載比值決定，而水平荷載占比最大的組成部分導(dǎo)線風(fēng)荷載取決于水平檔距，垂直荷載占比最大的組成部分導(dǎo)線垂直荷載取決于垂直檔距，因此Kv值較垂直檔距而言更能反映線路桿塔風(fēng)偏隱患情況。

統(tǒng)計(jì)某±500 kV直流線路G1-36桿塔校核數(shù)據(jù)，得到18個(gè)樣本值，其中7基桿塔不滿足超設(shè)計(jì)風(fēng)速5%校核要求，11基桿塔滿足。對(duì)18基桿塔按Kv值大小排列如表3所示。

可以看到：隨著Kv值從小到大，桿塔風(fēng)偏風(fēng)險(xiǎn)基本呈遞減趨勢(shì)，僅330號(hào)桿塔存在差異。

對(duì)此線路而言，Kv值大于1.09時(shí)基本滿足超設(shè)計(jì)風(fēng)速5%校核要求，小于1.09時(shí)不滿足設(shè)計(jì)風(fēng)速5%校核要求概率極大。

需要補(bǔ)充說(shuō)明的是，對(duì)不同線路的同類型塔，Kv值分界點(diǎn)略有不同，這主要是由于不同線路絕緣子串長(zhǎng)度不同等其他非關(guān)鍵原因?qū)е隆?/p>

對(duì)每條線路而言，找準(zhǔn)各類型塔Kv值，也可為線路治理提供一個(gè)重要依據(jù)。

表3 某G1-36桿塔Kv值及校核情況Tab.3 Kv value and checking results of G1-36 type tower

4 結(jié)語(yǔ)

風(fēng)偏治理主要工作在于L型、G型、ZV型、ZB型等1型塔、2型塔治理。此類桿塔基數(shù)大，需進(jìn)行防風(fēng)偏治理的數(shù)量也較多，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所處地形、環(huán)境、歷史風(fēng)偏情況、垂直水平檔距等綜合考慮，制定分年度治理計(jì)劃分批治理?？傮w原則為：優(yōu)先對(duì)垂直檔距小、水平檔距大的桿塔開(kāi)展防風(fēng)偏治理。優(yōu)先對(duì)各塔型1型塔、2型塔等橫擔(dān)結(jié)構(gòu)較小的桿塔進(jìn)行治理。

線路防風(fēng)偏推薦采取的方法有：對(duì)于直線塔，可在原懸垂串上加掛重錘抑制導(dǎo)線風(fēng)偏，提高間隙裕度。對(duì)于風(fēng)偏隱患較嚴(yán)重的直線塔，也可將原單聯(lián)懸垂串改為雙聯(lián)懸垂串，并分別在每串上加掛重錘。對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)最大的桿塔，還可在導(dǎo)線與塔身之間加裝硬隔離措施[3]。如在導(dǎo)線橫擔(dān)處掛點(diǎn)與塔身之間加裝硬隔離絕緣棒。該絕緣棒可以在導(dǎo)線風(fēng)偏時(shí)阻隔導(dǎo)線進(jìn)一步向塔身靠近。對(duì)于耐張塔，可在引流線懸垂串加掛重錘抑制導(dǎo)線風(fēng)偏，提高間隙裕度。也可將跳線串單改雙，將單串引流線絕緣子改為雙I串或“八字”串并加裝重錘。

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