已建輸電線路的防風(fēng)偏閃絡(luò)性能改造方案分析

歐思源

（廣東天聯(lián)電力設(shè)計(jì)有限公司，廣東 廣州 510663）

0 引言

近年來(lái)，廣東沿海地區(qū)連續(xù)受到多個(gè)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)吹襲，其中粵西地區(qū)多次受到“威馬遜”“彩虹”等超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的吹襲，發(fā)生了大面積的線路桿塔受損事故，造成了嚴(yán)重影響[1]。其中，沿海多條已建輸電線路出現(xiàn)了風(fēng)偏閃絡(luò)事故，造成了大面積停電事故，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，針對(duì)已建輸電線路的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有氣象條件下防風(fēng)偏閃絡(luò)要求，對(duì)現(xiàn)有輸電線路進(jìn)行防風(fēng)性能分析，選擇合理的防風(fēng)偏改造措施是提高已建輸電線路抗風(fēng)偏閃絡(luò)性能的有效方法，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 已建輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)原理分析

輸電線路的風(fēng)偏事故主要是指在大風(fēng)天氣下，導(dǎo)線與鐵塔桿件、樹木、建筑物之間的間隙距離小于放電距離而造成的線路跳閘事故。一般情況下，風(fēng)偏事故的類型主要為直線塔懸垂絕緣子串對(duì)鐵塔桿件放電、耐張塔跳線對(duì)塔身放電、導(dǎo)線對(duì)電力通道兩側(cè)地物放電。其中，在強(qiáng)風(fēng)條件下，直線塔懸垂絕緣子串對(duì)鐵塔桿件放電發(fā)生較多，主要原因在于現(xiàn)有氣象條件已超出已有線路的原設(shè)計(jì)條件。

實(shí)際風(fēng)速條件下，懸垂絕緣子串的風(fēng)偏角大于直線塔的允許搖擺角時(shí)，則發(fā)生風(fēng)偏閃絡(luò)事故。因此，防風(fēng)偏閃絡(luò)性能改造時(shí)可采取相關(guān)措施，增大允許搖擺角或減小絕緣子串風(fēng)偏角，如圖1 所示。

圖1 輸電線路風(fēng)偏角示意圖

直線塔的允許搖擺角φm是指懸垂絕緣子串在滿足帶電部分與桿塔構(gòu)件的最小間隙距離條件下懸垂絕緣子串的最大可擺動(dòng)角度。對(duì)于已建輸電線路，直線塔的塔頭尺寸按原設(shè)計(jì)條件設(shè)計(jì)，組塔后無(wú)法改變。因此，已建輸電線路直線塔的允許搖擺角受懸垂絕緣子串長(zhǎng)度控制。當(dāng)懸垂絕緣子串長(zhǎng)度減小時(shí)，則直線塔懸垂絕緣子串的允許搖擺角增大；當(dāng)懸垂絕緣子串長(zhǎng)度增大時(shí)，則直線塔懸垂絕緣子串的允許搖擺角減小。

懸垂絕緣子串的風(fēng)偏角φ表示懸垂絕緣子串風(fēng)偏的大小，與絕緣子串重力GI、絕緣子串風(fēng)壓PI、導(dǎo)線風(fēng)荷載P、導(dǎo)線自重力W1、水平檔距、垂直檔距等因素有關(guān)[2]，計(jì)算公式可表示為：

對(duì)于已建輸電線路，直線塔的水平檔距、垂直檔距均是固定無(wú)法調(diào)整的。而絕緣子串風(fēng)壓主要受風(fēng)速控制，調(diào)整意義不大[3]。因此，可通過(guò)調(diào)整絕緣子串重力、導(dǎo)線風(fēng)荷載、自重力調(diào)整絕緣子串的風(fēng)偏角。

2 防風(fēng)偏改造措施

2.1 增加懸垂串串重

增加懸垂絕緣子串的重力是一種常用的防風(fēng)偏改造措施。當(dāng)懸垂絕緣子串的重力增大時(shí)，風(fēng)偏角減?。环粗?，風(fēng)偏角增大。通常情況下，運(yùn)行單位通過(guò)增加懸重錘增加絕緣子串重力。但是，該方法增加了懸垂絕緣子串的長(zhǎng)度，在大風(fēng)作用下，帶電體與塔身?xiàng)U件的凈空距離減小，即工頻過(guò)電壓工況下，導(dǎo)線對(duì)塔身的間隙距離減小，電氣抗風(fēng)性能并不理想。因此，可在不增加懸垂絕串長(zhǎng)度的前提下，通過(guò)加裝重錘式均壓環(huán)來(lái)增加懸垂串串重，從而減小懸垂絕緣子串的風(fēng)偏角，提高輸電電路的電氣抗風(fēng)性能[4]。

2.2 縮短懸垂串長(zhǎng)度

對(duì)于已建輸電線路，在不重建的前提下，其鐵塔形式、檔距均無(wú)法改變。直線塔的塔頭尺寸是固定的，可通過(guò)縮短懸垂絕緣子串的長(zhǎng)度，增大懸垂絕緣子串的允許搖擺角，從而提高輸電線路的抗風(fēng)性能。近年來(lái)，許多運(yùn)行單位強(qiáng)調(diào)絕緣子串的高絕緣配置，在調(diào)爬改造工程中盲目增加絕緣子串的長(zhǎng)度而忽略允許搖擺角影響，導(dǎo)致已建輸電線路抗風(fēng)性能降低[5]。因此，在滿足防污等級(jí)的條件下，可適當(dāng)縮短懸垂絕緣子串的長(zhǎng)度，提高輸電線路的抗風(fēng)性能。

2.3 減小導(dǎo)線線徑

根據(jù)懸垂絕緣子串風(fēng)偏角計(jì)算公式可知，風(fēng)偏角的大小受導(dǎo)線風(fēng)荷載影響。導(dǎo)線的風(fēng)荷載表示風(fēng)作用在導(dǎo)線上所產(chǎn)生的橫向荷載，受導(dǎo)線的體型系數(shù)、風(fēng)壓不均勻系數(shù)、風(fēng)速高度變化系數(shù)等因素影響。其中，導(dǎo)線的風(fēng)荷載與導(dǎo)線的外徑成正比關(guān)系。因此，在滿足系統(tǒng)輸送容量要求的情況下，通過(guò)提升導(dǎo)線運(yùn)行溫度，盡量壓縮導(dǎo)線截面，從而減小導(dǎo)線外徑，大幅度減小導(dǎo)線的風(fēng)荷載，減小懸垂絕緣子串的風(fēng)偏角，改善輸電線路的電氣抗風(fēng)性能。一般情況下，已建輸電線路可采用小截面的增容導(dǎo)線替換原導(dǎo)線，但需盡量使增容導(dǎo)線的弧垂與原導(dǎo)線弧垂保持一致。此外，該方案通常需更換全線導(dǎo)線，對(duì)于局部抗風(fēng)性能薄弱的輸電線路產(chǎn)生的費(fèi)用較高，性價(jià)比較低。

3 已建輸電線路抗風(fēng)性能改造實(shí)例分析

廣東地區(qū)某電廠220 kV 送出線路全長(zhǎng)約20 km，全線共有43 基桿塔。該線路的設(shè)計(jì)風(fēng)速為35 m/s，全線按照d 級(jí)污區(qū)進(jìn)行絕緣配置。導(dǎo)線每相采用1×JL/LB20A-400/35 型鋁包鋼芯鋁絞線。根據(jù)最新風(fēng)區(qū)圖，該線路所在地區(qū)的設(shè)計(jì)基本風(fēng)速由原來(lái)10～35 m/s 大幅提高至39 m/s。按照原有桿塔的橫擔(dān)尺寸，通過(guò)分析該線路桿塔的電氣耐風(fēng)性能，本線路共有7 基直線塔的風(fēng)偏角大于允許搖擺角，是該線路的抗風(fēng)性能薄弱環(huán)節(jié)，需對(duì)其進(jìn)行改造。

考慮本線路僅部分鐵塔存在風(fēng)偏閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)，若采用全線更換小線徑的增容導(dǎo)線方式進(jìn)行改造，施工周期長(zhǎng)，費(fèi)用較高，對(duì)電廠電能送出影響過(guò)大，因此在本次改造中不采用此方案。

本線路N17 塔的鐵塔型式為直線貓頭塔，水平檔距為403 m，垂直檔距為321 m。懸垂絕緣子串采用雙掛點(diǎn)雙聯(lián)復(fù)合絕緣子串，絕緣子型號(hào)為FXBW-220/100-C，總串長(zhǎng)為2 817 mm。根據(jù)塔頭尺寸校驗(yàn)，N17塔的允許搖擺角為58°。在當(dāng)前風(fēng)速39 m/s條件下，懸垂絕緣子串的風(fēng)偏角為62.02°，已大于允許搖擺角，存在風(fēng)偏閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)。

為消除N17塔風(fēng)偏閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)，現(xiàn)提出3個(gè)改造方案：

（1）方案1：每單聯(lián)復(fù)合絕緣子下端安裝1 只60 kg 的均壓環(huán)式重錘，改造后絕緣子串重量增加120 kg；

（2）方案2：更換原設(shè)計(jì)的C 型絕緣子為B 型絕緣子，懸垂復(fù)合絕緣子串長(zhǎng)度相比原設(shè)計(jì)減小150 mm；

（3）方案3：更換原設(shè)計(jì)的C 型絕緣子為B 型絕緣子，并在每單聯(lián)復(fù)合絕緣子下端安裝1 只60 kg 的均壓環(huán)式重錘，改造后絕緣子串重量增加120 kg，絕緣子串長(zhǎng)減小150 mm。

改造后的抗風(fēng)性能分析如表1 所示。從表1 可見，采用方案1 時(shí)，絕緣子串串重增加120 kg，懸垂絕緣子串的搖擺角減小約5%，但在39 m/s 風(fēng)速時(shí)搖擺角為58.89°，仍大于允許搖擺角，存在風(fēng)偏閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)；采用方案2 時(shí)，懸垂絕緣子串長(zhǎng)由2 817 mm 減小至2 667 mm，允許搖擺角由58°增大至62°，但在39 m/s風(fēng)速時(shí)搖擺角為62.17°，仍大于允許搖擺角，存在風(fēng)偏閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)；采用方案3 時(shí)，絕緣子串串重增加120 kg，串長(zhǎng)由2 817 mm 減小至2 667 mm，允許搖擺角由58°增大至62°的同時(shí)，懸垂串搖擺角減小約5%，在39 m/s風(fēng)速時(shí)搖擺角為59.03°，小于允許搖擺角，消除了風(fēng)偏閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)，有效提高了線路的電氣抗風(fēng)性能。

4 結(jié)論

綜上所述，本文通過(guò)相關(guān)研究分析可得到如下主要結(jié)論：

（1）輸電線路存在風(fēng)偏閃絡(luò)的主要原因是實(shí)際風(fēng)速大于現(xiàn)有輸電線路直線塔塔頭設(shè)計(jì)條件，即實(shí)際風(fēng)偏角大于鐵塔允許風(fēng)偏角時(shí)，帶電體對(duì)塔頭桿件安全間隙不足，導(dǎo)致放電跳閘。

（2）增加懸垂串串重、縮短懸垂串串長(zhǎng)、減小導(dǎo)線線徑，均是改善已建輸電線路電氣抗風(fēng)性能的有效措施。各措施改善電氣抗風(fēng)性能的控制因素均不一致，實(shí)際應(yīng)用時(shí)需根據(jù)實(shí)際情況合理選擇有效的改造方案。

（3）考慮到現(xiàn)有輸電線路的設(shè)計(jì)條件和實(shí)際情況均不一致，在設(shè)計(jì)改造方案時(shí)應(yīng)根據(jù)風(fēng)偏閃絡(luò)原理進(jìn)行分析，尋找輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)的控制因素，從而有針對(duì)性地提出改造方案，方能有效提高已建輸電線路的電氣抗風(fēng)性能，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

表1 抗風(fēng)性能分析表