防風(fēng)偏絕緣拉索應(yīng)用分析

謝 凱 任鵬亮 呂中賓 宋高麗 陳 釗

防風(fēng)偏絕緣拉索應(yīng)用分析

謝 凱1任鵬亮2呂中賓1宋高麗2陳 釗2

（1.國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院輸電線路舞動(dòng)防治技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450052；2.河南恩湃高科集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450052）

風(fēng)偏事故是電網(wǎng)正常運(yùn)行的重大安全隱患，具有閃絡(luò)后重合閘不易成功的特點(diǎn)，治理難度大。從線路常規(guī)防風(fēng)偏治理后運(yùn)行情況來看，現(xiàn)有常用的防風(fēng)偏措施效果并不理想。本文提出一種新的防風(fēng)偏措施即防風(fēng)偏絕緣拉索。該裝置可以將風(fēng)偏角限制在安全范圍內(nèi)，具有質(zhì)量輕、安裝方便、造價(jià)低廉、性價(jià)比高的特點(diǎn)，可以有效減少線路風(fēng)偏帶來的不必要的跳閘停電現(xiàn)象，減少經(jīng)濟(jì)損失，提高輸電線路安全運(yùn)行水平。

輸電線路；風(fēng)偏；防風(fēng)偏絕緣拉索

1 輸電線路風(fēng)偏事故概述

輸電線路風(fēng)偏是指導(dǎo)線在風(fēng)力的作用下發(fā)生偏離，導(dǎo)致其對桿塔絕緣距離不夠，發(fā)生閃絡(luò)放電的現(xiàn)象。輸電線路的風(fēng)偏放電一直是影響線路安全運(yùn)行的主要問題之一，特別是對于主干輸電線路，由于其具有閃絡(luò)后重合閘不易成功的特點(diǎn)，因此一旦發(fā)生風(fēng)偏閃絡(luò)事故，將造成大面積停電，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)供電的可靠性［1-2］。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2005-2014年全國110（66）kV及以上輸電線路僅風(fēng)偏跳閘就達(dá)851條次，故障停運(yùn)422條次。2004年以來，河南省500kV線路發(fā)生風(fēng)偏跳閘近20次，是河南省500kV線路跳閘的主要原因之一，而且這些跳閘全部重合不成功（見圖1）。

圖1 風(fēng)偏跳閘事故圖

輸電線路發(fā)生風(fēng)偏放電時(shí)具有以下規(guī)律和特點(diǎn)：①風(fēng)偏閃絡(luò)多發(fā)生在惡劣氣候條件下；②風(fēng)偏閃絡(luò)發(fā)生時(shí)重合閘基本不成功；③風(fēng)偏閃絡(luò)發(fā)生的地域不確定。因此，輸電線路風(fēng)偏放電具有涉及范圍廣、次數(shù)多、造成的影響大等特點(diǎn)。近年來，研究人員針對電網(wǎng)中發(fā)生的風(fēng)偏事故提出了一系列的防風(fēng)偏措施，如將單聯(lián)絕緣子串改為雙聯(lián)V型絕緣子串（Ⅰ串改Ⅴ串），在絕緣子串下加掛重錘，甚至將直線塔改為耐張塔等［3-4］。從技術(shù)層面來看，以上措施均可在一定程度上減小風(fēng)偏帶來的危害。但是，從具體操作難易程度及經(jīng)濟(jì)適用性方面進(jìn)行評(píng)估，則Ⅰ串改Ⅴ串、直線塔改耐張塔等方案施工難度大、花費(fèi)高昂，而且具體操作時(shí)還需斷電。加重錘片防風(fēng)偏治理的方案，只能在一定程度上抑制風(fēng)偏事故。由于重錘片表面積大，容易兜風(fēng)，錘片很多重達(dá)幾百公斤，不僅增加了桿塔的額外負(fù)重，而且提升了桿塔設(shè)計(jì)裕度。當(dāng)出現(xiàn)大風(fēng)時(shí)易導(dǎo)致桿塔受損，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生倒塔斷線，造成比風(fēng)偏跳閘更嚴(yán)重的后果。

針對以往防風(fēng)偏措施存在的問題，同時(shí)基于在大風(fēng)情況下，將導(dǎo)線和鐵塔的風(fēng)偏角限制在一定范圍內(nèi)的思路，本文提出了一種新的防風(fēng)偏措施——防風(fēng)偏絕緣拉索。使用該裝置可以有效減少線路風(fēng)偏帶來的不必要的跳閘停電現(xiàn)象，減少經(jīng)濟(jì)損失，提高輸電線路安全運(yùn)行水平。

2 防風(fēng)偏絕緣拉索

2.1 基本原理

防風(fēng)偏絕緣拉索是由絕緣拉索和相關(guān)金具串聯(lián)而成，能夠?qū)L(fēng)偏角限制在一定范圍內(nèi)的防風(fēng)偏閃絡(luò)裝置。其安裝在塔身上，當(dāng)導(dǎo)線在大風(fēng)作用下偏向桿塔時(shí)，被絕緣拉索阻擋，從而保證導(dǎo)線和塔身之間滿足安全距離要求。

2.2 大風(fēng)情況下放電試驗(yàn)

首先驗(yàn)證防風(fēng)偏絕緣拉索的防風(fēng)偏效果，圖2所示為進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)的設(shè)備布置，圖3所示為在模擬風(fēng)情況下進(jìn)行的試驗(yàn)。試驗(yàn)證明，當(dāng)導(dǎo)線在大風(fēng)作用下偏向桿塔時(shí)，被絕緣拉索阻擋，從而保證導(dǎo)線和塔身之間滿足安全距離要求。

圖2 試驗(yàn)設(shè)備布置圖

圖3 放電試驗(yàn)

2.3 針對不同塔形設(shè)計(jì)不同型式的絕緣拉索

防風(fēng)偏絕緣拉索由棒體和棒體兩端的連接金具組成，棒體包括位于內(nèi)部的棒芯和位于棒芯外部的傘裙，傘裙為硅橡膠復(fù)合材料。根據(jù)不同塔形，防風(fēng)偏絕緣拉索被設(shè)計(jì)成柔性和剛性兩種，主要區(qū)別在于棒芯是剛性環(huán)氧樹脂玻璃纖維引拔棒還是柔性高強(qiáng)度承力的錦綸材料。為滿足不同安裝距離的要求，可設(shè)計(jì)成分節(jié)組合式絕緣拉索，長度也可調(diào)節(jié)，如圖4所示。

2.4 防風(fēng)偏絕緣拉索模型試驗(yàn)

在懸垂絕緣子串的撞擊作用下，防風(fēng)偏絕緣拉索會(huì)產(chǎn)生不可忽視的沖擊內(nèi)力。為保證撞擊發(fā)生時(shí)絕緣子串與真實(shí)情況碰撞動(dòng)量滿足一定的相似關(guān)系，提出單擺自由下落的等效模型，如圖5所示。

圖5 等效撞擊模型

圖4 分節(jié)組合式絕緣拉索

采用量綱分析法，確定實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ团c原型之間應(yīng)滿足的相似準(zhǔn)數(shù)，如表1所示。根據(jù)模型撞擊實(shí)驗(yàn)研究裝置在撞擊作用下的動(dòng)態(tài)拉力特征，如圖6所示。

結(jié)合輸電線路實(shí)際運(yùn)動(dòng)特征，適當(dāng)考慮風(fēng)荷載氣動(dòng)阻尼對輸電線路動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)特性的影響，合理評(píng)估對輸電塔各個(gè)關(guān)鍵構(gòu)件的內(nèi)力。通過實(shí)驗(yàn)評(píng)估，防風(fēng)偏絕緣拉索的安裝不會(huì)對輸電塔構(gòu)件的極限承載力造成顯著影響。

表1 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ团c原型的相似準(zhǔn)數(shù)

圖6 動(dòng)張力極值隨最大風(fēng)偏角的變化規(guī)律

3 實(shí)際應(yīng)用

3.1 防風(fēng)偏絕緣拉索的安裝

安裝防風(fēng)偏絕緣拉索，施工時(shí)只需在塔身上打孔，安裝常用配套連接金具即可，操作方便。相對傳統(tǒng)加裝重錘和Ⅰ型串改Ⅴ型串方式，不需要改變桿塔橫擔(dān)結(jié)構(gòu)，減少了對桿塔的影響，不需要停電改造，綜合費(fèi)用低。

3.2 工程應(yīng)用

為了驗(yàn)證防風(fēng)偏絕緣拉索的有效性和可行性，該裝置于2013年1月首次應(yīng)用在500kV陽東Ⅱ線上，應(yīng)用效果良好。圖7所示為陽東Ⅱ線#537桿塔上的現(xiàn)場安裝圖。

圖7 500kV陽東Ⅱ線#537桿塔應(yīng)用效果圖

截至2017年8月，防風(fēng)偏絕緣拉索已應(yīng)用在河南電網(wǎng)500kV陽東Ⅰ線、陽東Ⅲ線、邵周Ⅰ線、塔倉線4條線路的防風(fēng)偏線路改造中，安裝改造長度超過400km，桿塔數(shù)達(dá)900基。圖8是500kV陽東Ⅰ線#371桿塔安裝防風(fēng)偏絕緣拉索現(xiàn)場照片。

4 結(jié)論

從現(xiàn)場應(yīng)用情況來看，防風(fēng)偏絕緣拉索可以將風(fēng)偏角限制在安全范圍內(nèi)，能夠有效阻止導(dǎo)線在大風(fēng)作用下對桿塔的放電，確保電網(wǎng)安全運(yùn)行。裝置具有質(zhì)量輕、安裝方便、造價(jià)低廉和性價(jià)比高的特點(diǎn)，技術(shù)優(yōu)勢顯著。本裝置的出現(xiàn)及成功應(yīng)用，不僅有效抑制了輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)現(xiàn)象，而且促進(jìn)了線路風(fēng)偏防治技術(shù)、高電壓絕緣技術(shù)及電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)的發(fā)展，有利于風(fēng)偏防治產(chǎn)品的研發(fā)及推陳出新，具有極高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

圖8 500kV陽東Ⅰ線#371桿塔應(yīng)用效果圖

［1］胡毅.輸電線路運(yùn)行故障分析與防治［M］.北京：中國電力出版社，2007.

［2］盧明.輸電線路運(yùn)行典型故障分析［M］.北京：中國電力出版社，2014.

［3］國家電網(wǎng)公司運(yùn)維檢修部.國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施及編制說明［M］.北京：中國電力出版社，2012.

［4］國家電網(wǎng)公司運(yùn)維檢修部.輸電線路六防工作手冊-防風(fēng)害［M］.北京：中國電力出版社，2015.

Application Analysis ofAnti-windage Yaw Insulation Cable

Xie Kai1Ren Pengliang2Lv Zhongbin1Song Gaoli2Chen Zhao2
（1.State Grid Key Laboratory of Transmission Line Galloping Control Technology,State Grid Henan Electric Power
Company Electric Power Research Institute，Zhengzhou Henan 450052；2.Henan Epri Gaoke Group Co.,Ltd.，Zhengzhou Henan 450052）

The flashover accidents caused by windage yaw are the major danger to normal operation of pow?er,and have the characteristics that the reclosing is often unsuccessful after flashover.From the transmis?sion line operation conditions after anti-windage yaw reforming,the effect of commonly used measures for anti-windage yaw is not satisfactory.A new anti-windage yaw method,that is anti-windage yaw insulation cable,was proposed in this paper.The equipment has the advantages of light weight,convenient installa?tion,low cost and high performance price ration.Using the equipment can effectively reduce the unneces?sary tripping and power failure,and improve the safe operation level of transmission lines.

transmission line；windage；anti-windage yaw insulation cable

TM75；TM216

A

1003-5168（2017）10-0143-04

2017-09-02

謝凱（1975-），男，博士，高級(jí)工程師，研究方向：輸電線路狀態(tài)監(jiān)測。