架空输电线路防风偏闪络限位装置的设计--中国期刊网

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架空输电线路防风偏闪络限位装置的设计

发表时间：2020/3/3 来源：《电力设备》2019年第20期作者：刘晓华

[导读] 摘要：输电线路中风偏放电造成电网跳闸是影响电网线路安全运行的主要问题之一，特别是在沿海大风地区，输电线路风偏闪络造成电网跳闸事件时有发生。

        (甘肃华远电力服务有限公司甘肃省兰州市 730050)
        摘要：输电线路中风偏放电造成电网跳闸是影响电网线路安全运行的主要问题之一，特别是在沿海大风地区，输电线路风偏闪络造成电网跳闸事件时有发生。由于输电线路风偏放电造成跳闸后的重合闸成功率偏低，极易造成电网长时间停运，严重影响电网的安全性、可靠性和经济性。本文针对此问题分析了架空输电线路风偏跳闸的主要原因，并针对性的对耐张塔跳线串及直线塔悬垂串的各种防风偏设计优缺点进行了详细分析研究，提出了防风偏闪络的设计建议，以供架空输电线设计工作者参考。
        关键词：架空输电线路；风偏跳闸；防治对策
        1前言
        随着电力系统的持续发展和智能电网的不断建设，电力系统在线监测技术被广泛重视。处在复杂的野外环境下的输电线路容易受到各种自然灾害的影响而发生安全事故。输电线路的受风振动是一个长期的、累积的过程，无法通过直接观察的方法衡量其破坏程度从而严重威胁着输电线路的正常安全运行；尽管近年来电力系统输电线路的检测技术发展迅速，基本已实现计算机管理。但测试数据大都来自人工巡检、视频监控及各类电学传感器测量等，这些传统检测方式具有只能定性观测不能定量检测，存在线路维护困难、易受电磁干扰等缺陷。
        2输电线路风偏监测装置选址分析
        输电线路风偏跳闸是一个风险概率问题，其装置选址影响因素主要分为内部的线路本体运维和外部的通道环境两大类。（1）线路本体运维状态类包括电压等级、历史故障次数、线路及杆塔类型、杆塔档距、风偏校核。其中电压等级是表征本线路在电网中重要度的核心指标，而监测装置选址与对象在输电系统的重要性密切相关；历史故障次数主要针对本线路历史发生风偏闪络次数，以表征风险对线路运行的危害程度；线路及杆塔类型中紧凑型线路和直线塔等易发生风偏闪络，需要重点监控；杆塔档距影响导线和地线相间距离和导线对地距离；风偏校核表征线路和杆塔当前的风偏电气距离校核时满足运行要求。（2）通道环境类包括所在风区、历史最大风速、微地形区域、微气象区域。由于线路上的强风是造成风偏跳闸的主要外在原因。而位于海拔较高（2000m以上）的山顶、迎风坡侧、峡谷处和具有风洞效应的漏斗形谷地等微地形环境，以及特殊天气状态形成的微气象环境，是造成局部风偏风险的一大因素。输电线路风偏跳闸的形成是多种因素共同决定的，这导致在实际应用中，风偏监测装置选址受到多重因素制约，他们之间的关系难以用数据进行精确表达。因此，考虑使用人工神经网络从而进行监测装置选址问题的决策。
        3输电线路风偏跳闸原因
        近年来国内外相关领域的研究结果表明，输电线路风偏跳闸主要由外因和内因两方面造成。外因是指由于大自然的暴风雨天气，例如台风天气，造成输电线路的导线发生风偏。当导线与杆塔或建筑物等其他物体的电气距离减小，当电气距离不满足系统运行电压或各种过电压最小间隙距离要求时就会发生闪络放电。内因主要包括两个方面：（1）线路设计缺陷，在设计阶段因对气象条件的评估不足，线路防风设计风偏角偏小，导致输电线路抵御强风的能力不强；（2）施工过程中不按图纸施工或者施工工艺不佳、质量不合格，例如在耐张塔跳线安装过程中，跳线弧垂预留过大，使跳线更容易发生风偏，瞬时过程中造成跳线风偏角过大，对塔身电气距离不足而放电跳闸。由于我国东南部沿海地区台风多发，且近年来强台风袭击更加频繁、强度更大，大多数在运线路的防风能力已不能满足目前输电架空线路防风技术规范要求是造成沿海架空输电线路风偏跳闸的主要原因。
        4输电线路风偏设计
        4.1Ⅰ型悬垂串改Ⅴ型串
        对于沿海台风多发地区，运行中的输电线路直线塔Ⅰ型悬垂绝缘子串（悬垂单串），可改成Ⅴ型串进行防风偏改造。新建线路在设计选型时，直线杆塔可采用Ⅴ型串或双V串，悬垂绝缘子Ⅴ型串能够有效防止导线和绝缘子横向摆动，降低直线塔风偏跳闸的概率，同时又能有效防止绝缘子掉串造成线路附近人员的触电事故。缺点是改造施工难度大、花费高，停电时间长；新建线路使用Ⅴ型串对塔型、横担长度要求较高。
        4.2加装重锤
        运行中的输电线路防风偏改造最简易的方法是在直线塔悬垂串或耐张跳线串上加装重锤，增加绝缘子串的垂直荷载，利用重锤的垂直荷载来抵御水平风荷载，具有一定的防风偏效果。沿海新建线路的耐张塔跳线串通常使用加装重锤的方法防止导线风偏。不足之处其一，加装重锤会增加杆塔的负荷且重锤的防风偏效果有限，未必能抵御较强台风的袭击；其二，串长加长，对塔头电气距离需做进一步风偏摇摆角校验，对不满足电气距离的塔头改造成本高、停电时间长。

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        4.3加装导线绝缘护套
        加装导线绝缘护套是指在导线上包裹一定厚度的绝缘材料，例如氟硅橡胶材料，在一定程度上可防止导线对档中距离较近的建筑物、山坡等物体风偏闪络放电，对距离较近的线线交跨点同样可以采用此方法。由于绝缘材料安装后是否满足绝缘要求、是否老化失效等较难检测，因此该方法只能作为临时应急使用或作为附加措施使用。
        4.4防风偏拉线
        在无人大风区，架空线路普遍采用加装防风偏拉线的方法抑制风偏。通过在导线悬垂线夹处加装平行挂板，连接绝缘子后用钢绞线拉至地面，固定在地面的拉盘上就可起到在大风时限制导线摆动，抑制风偏的作用。此方法在沿海地区的水泥杆线路同样适用，可在水泥杆身上加装小型横担结构，把拉线固定在小型横担上，能有效防止人为破坏。缺点是改造成本较高，需为水泥杆量身定制小型横担。
        4.5防风偏绝缘拉索
        防风偏绝缘拉索是由绝缘棒体、绝缘索、连接金具串联而成。根据不同塔形，防风偏绝缘拉索组件可制作成柔性和刚性两种，区别在于组件主要材料是刚性的环氧树脂玻璃纤维材料，还是具有柔性的高强度承力锦纶材料。绝缘拉索可带电作业安装在塔身上，当导线风偏向塔身摆动时，会被绝缘拉索阻挡，从而保证导线和塔身之间满足电气安全距离。该方法的明显优点是可带电安装，不足之处是改造成本较高。
        4.6防风偏刚性跳线
        防风偏刚性跳线方法主要应用于耐张塔的跳线上。对于35kV、110kV线路，刚性跳线的简易加工方法是利用C型线夹将跳线与一段镀锌角钢固定，利用角钢的重量和刚性可有效防止跳线摆动，缺点是镀锌角钢两端与导线在长期摆动磨擦作用下，镀锌角钢端部可能会将导线磨损甚至磨断。另一种较为流行的方法，使用的刚性跳线是通过间隔棒将导线与支撑管组件固定在一起，支撑管组件由长管、重锤组成，多用于220kV及以上线路。据调查，沿海地区安装防风偏刚性跳线的杆塔很少发生过风偏跳闸，应用效果良好。
        4.7防风偏绝缘子
        防风偏绝缘子是对普通复合绝缘子横担端的碗头结构进行改造，将普通复合绝缘子的碗头改成连接板，用螺栓将连接板与横担角钢紧固，从而限制复合绝缘子串风偏摇摆。采用防风偏绝缘子可以有效防止悬垂绝缘子串的风偏，减少导线风偏闪络，在110kV输电线路上有一定的应用。由于沿海地区风速较高、台风多发，防风偏绝缘子直接固定在横担上，绝缘子在多次受风力扭曲弹性形变后，绝缘子芯棒、连接螺栓和横担角钢可能会导致疲劳损伤、变形，从而引发绝缘子掉串事故，因此该方法没有得到广泛的推广应用。
        4.8加装支撑绝缘子
        绝缘子方法主要是在杆塔上加装固定支撑绝缘子，在导线大风工况发生风偏时，通过固定的支撑绝缘子承受风偏水平荷载，避免导线风偏摇摆时接近塔身，使导线与塔身保持安全距离。加装支撑绝缘子防风偏的方法在沿海架空电缆混合线路的电缆终端塔中应用较广泛。由于在运线路加装支撑绝缘子需对塔材进行开孔或使用专用夹具，且支撑绝缘子的扭矩较大，易导致塔材弯曲，故很少应用于在运架空输电线路的防风偏改造。
        5 输电线路防风偏闪络建议
        依据上述分析，本着安全第一、质量优先、运行稳定的原则，建议在输电线路防风偏闪络的设计中推荐如下：
        5.1有条件的直线杆塔优先采用I串改造V串方式；
        5.2 35-110kV高压输电线路中耐张塔塔头间隙满足的情况下优先考虑跳线采用加挂重锤，塔头间隙不允许的情况下，优先考虑采用防风偏绝缘子；
        5.3 220kV及以上超高压输电线路耐张塔防风偏闪络优先采用刚性跳线串设计。
        6结语
        目前，沿海地区防风偏措施在不断加强和完善，线路风偏跳闸率不断降低，电网供电可靠性显著提高，但是线路风偏跳闸事故仍时有发生，因此线路设计、运维单位应持续深入开展防风偏研究，进一步提高防风偏技术和电网防灾能力。
        参考文献：
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