芻議沿海220 kV架空線路風偏故障原因的分析及如何防治

曾凡臣

【摘要】風偏故障是威脅架空輸電線路安全穩定運行的重要因素之一，常常造成線路跳閘、導線電弧燒傷、斷股、斷線等。本文以沿海某電廠兩回220kV線路為研究對象，通過對線路跳閘事件進行統計，總結了故障的主要特點和規律，從環境外因和線路內因兩方面進行分析，并提出了針對性的防治措施；最后結合線路技改經驗對線路設計、運行提出了建議。

【關鍵詞】220kV線路風偏原因分析；防治措施

架空輸電線路分布點多面廣，受自然災害影響較大，尤其是廣東沿海地區的線路，該區域屬于低緯度亞熱帶季風區，臺風活動劇烈，加之由于經濟發展導致土地資源緊張，大部分線路路徑都選擇在山地丘陵地帶，更易受氣象及環境影響發生風偏跳閘。

本文以地處廣東東部沿海的某核電廠的2回220 kV輔助廠外電源線路（220kV坪核線和灣嶺線）為例，對沿海地區220kV架空線路的風偏跳閘原因進行研究。

一、220 kV架空輸電線路設計的要點

桿塔是輸電線路結構中的支撐者，其主要的作用就是支撐架空輸電線路的地線與導線，并且還應該保證其符合電磁場與絕緣安全限制條件的要求。桿塔種類的不同，其運輸時間與費用、建設造價、施工工期、占地面積、運行安全等方面都具有很大的區別，其在整個線路的施工中占有非常大的比重，因此，在進行桿塔的設計時，不但應該重視桿塔的基礎選型與施工，還應該根據施工現場的具體氣象狀況與地質情況進行選擇。桿塔的初步設計應該按照相關摘 要：隨著經濟的快速發展，人類對電能的需求也在逐漸的增大。輸電線路是整個電力系統中的重要組成部分，其作用是通過自身的運行，將電能輸送至各個用電單位，將復雜的電力系統用輸電線路網絡的形式連接起來，因此其設計的合理性直接關系整個電路系統的安全性與可靠性。

二、風偏故障原因分析

（一）風偏是近年來導致線路非計劃停運的主要原因之一。風偏是指在強風的作用下，導線或跳線與地電位體之間、或其他相導線之間的空氣間隙小于大氣擊穿電壓，從而造成的事件。通過220 kV線路的風偏跳閘分析，主要有以下幾方面影響因素：

（1）臺風：運行經驗表明，局地強風是造成風偏跳閘的直接原因。

（2）地形：大部分線路走廊處于微氣象區的線路（山谷交匯處、具有狹管效應的漏斗形谷底、風口），特殊地形也導致桿塔所處位置的平均及瞬時風力大大增加。在強風作用下，導線沿風向會出現一定的位移和偏轉。

（3）暴雨：由于強風常伴有暴雨，在強風的作用下，暴雨會沿風向形成定向性的間斷型水線。

（4）線路設計

線路設計時對惡劣氣象和微氣象區的影響估計不足，耐張塔設計中跳線設計不合理，跳線絕緣子串為不穩定結構，也是造成風偏跳閘的主要原因之一。經統計，發生風偏跳閘的桿塔塔型均為GJ型耐張塔，故障模式為中相跳線的在大風時對塔身放電。

三、風偏故障防治措施及應用

影響直線桿塔風偏的主要因素中，導線應力、線路的檔距、弧垂點與故障桿塔距離、懸垂串重量等均有著密切的關系。在超設計風速和不規則的導線舞動作用，絕緣子極易帶動導線擺動，當對塔頭空氣距離小于最小放電間隙時時，都可能形成導線風偏。值得注意的是，在計算校驗風偏中，由于使用了合成絕緣子，其重量的減小和串長的增加對垂直檔距高海撥地區均是不利的，在計算允許搖擺角滿足要求的情況下，容易發生風偏。

（一）防風偏技改措施

（1）硬跳線

針對220 kV線路風偏故障原因，防治的關鍵在于限制耐張塔跳線的擺幅，避免跳線對塔身放電。根據這一原則，采用了耐張塔中相加裝硬跳線的改造方案。

硬跳線就是在跳線的中部增加一根角鋼支架，由于角鋼支架具有一定的剛度，與軟跳線相比基本消除了跳線馳度，可以更好地改善耐張塔跳線的空氣間隙，以限制跳線的擺幅，避免對塔身或橫擔放電，增強耐張塔抵御風偏閃絡的能力。

由于全線耐張塔均采用GJ 型塔，中相跳線采用"繞跳"方式，由于受塔頭尺寸限制，只能采用單點懸掛跳線托架，使跳線遠離塔身。該方式穩定性較差，遇到斜向風力時，跳線支架易形成不規則的振動和扭擺，或施工安裝中跳線尺寸有偏差均會影響跳線風偏時對于塔身的電氣間隙，造成裕度減小。設計時將跳線絕緣子串單點聯結的方式改裝為雙點聯結方式，可以有效防止跳線支架不規則的振動和扭擺。

（2）安裝重錘

在絕緣子下端安裝40 kg重錘，通過增加絕緣子的重量限制絕緣子的擺幅，達到防止風偏閃絡的目的。

（3）防風偏絕緣子

220 kV 防風偏硬跳線復合絕緣子是采用有機高分子聚合絕緣材料制造的新型絕緣子，將傳統產品的安裝方式由"鉸鏈式"改為"懸臂式"，由擺動變為硬支撐，使跳線串由"動"改為"靜"。因此有效地限制了跳線的擺動，從而保證了跳線對塔身的電氣間隙，起到良好的防風偏效果。此方案需要根據垂直固定式跳線復合絕緣子串的受力情況，對鐵塔跳線掛架強度進行復核，鐵塔結構不用更改，但需防止極端大風情況下絕緣子折斷受損等故障。

（二）綜合性防風偏治理措施

（1）合理規劃設計，改進設計方法

對新建線路，應結合已有的運行經驗。對微氣候、微氣象區特征明顯，臺風頻發地帶，線路的設計應考慮到最不利的氣象條件組合，適度提高風偏放電的設防水平。設計時應留有適當的裕度，以減少線路投運后遇到惡劣天氣時出現跳閘的可能性。合理選擇在各種氣象條件下，改進設計手段和方法。在選擇線路走徑時，應盡可能避免橫穿風口、沿海平行走向，提高強風地帶的絕緣配置和機械強度。對局部微氣象、微地形地區提高風速、桿塔、金具、絕緣子等的設計安全系數，加大電氣距離。

（2）收集運行資料，提高防風能力

加強對微氣候區的觀測和記錄，積累運行資料，應加強線路所經區域的氣象資料收集。特別是臺風的數據收集，包括發生時段、頻率、風速、區域等，并加強導線風偏的觀測和記錄。對于已運行的線路可以進行局部改造，抑制風偏。

（3）開展科研試驗，抑制風偏事故

應開展有暴雨和強風定向作用下空氣間隙的工頻放電試驗， 得出數據及曲線，為今后的風偏設計提供合理的技術依據和參數。應研究輸電線路塔上氣象參數及導線風偏的在線監測系統，為確定輸電線路桿塔上最大瞬時風速、風壓不均勻系數、強風下的導線運動軌跡等提供直接的技術依據。對設計中氣象條件的選定，各種不利氣象條件的組合，風偏計算中的參數設定等應進一步探討和研究。

四、結束語

本文分析了沿海220 kV架空線路風偏故障原因，通過加裝硬跳線、重錘絕緣子串和防風偏絕緣子降低耐張塔跳線風偏跳閘率。結合技改經驗，對沿海220 kV架空線路設計和運行有以下建議：

（1）設計方面：對微氣象區特征明顯的地帶，應考慮到最不利的氣象條件組合，適度提高風偏放電的設計裕度；在耐張塔跳線設計時，進一步結合桿塔的地形特點，開展差異化設計和校核。

（2）運行方面：應加強線路所經區域（包括微氣候區）的氣象資料數據（包括發生時段、頻率、風速、區域等）收集，并加強導線風偏的觀測，積累運行資料。

五、參考文獻

[1]110-500kV架空送電線路設計技術規范 （DI/T-5092）[M].中國電力出版社，1999.

[2]架空送電線路桿塔結構設計技術規定（DL/T 5154-2002）[M].中國電力出版社，2002.