高海拔地区送电线路风偏放电因素的浅析

李海东李雄张志翔谢占磊

摘要：青海省地域广阔，送电线路距离长，随着国家西部开发力度加大，近年来青海地区送电线路设计、投运的线路工程量不断增加，同时在运行过程中也暴露出了一些列的问题，尤其是高原地区大风闪络事故较为突出，本文简述了大风闪络的特点和原因分析，通过探讨，因其风偏放电的影响因素有多样，均对风偏角有不同程度的影响，风偏因素导致塔头尺寸的的空气间隙值。

关键词：高海拔；电力线路；风偏

InHihgaltitudespowertransmissionlinewindageyawdischargefactors

LIHai-dong，lixiong，ZhangZhi-xiangXiezhanlei

（QinghaiElectricPowerDesignInstitute，Xining810008，China）

Abstract：InrecentyearsQinghaiprovincefrequentgalesflashover，Thispaperdiscussesthewindageyawflashovercharacteristicsandreasons，Analysisofthevariousfactorsontheimpactofcalculatingwinddeviation，TheresultsshowthatThefactorsofwindangleinfluence，Thusaffectingthetowerheadsizeminimumairgapdistance，Finally，fromthedesignandoperationoftwoputsforwardthepreventionmeasuresofwindageyawflashover。

Keywords：Hihgaltitudes；Powertransmissionline；Windangle

1、概况

伴随着青海省电力线路工程建设的快速发展，近年来不同电压等级的送电线路均出现了闪络事。据统计，近年来，不同等级的电力线路共发生风偏跳闸10余次，其分布范围广，不同地域均涉及到了风偏因素因其的跳闸。

2、代表性闪络案例

2.1330kV源花线#37A相引流线对塔身放电故障

2.1.1、故障简介

2007年1月23日14时54分，330kV源花线湟源变侧3320、3322开关高频、零序保护动作开关跳闸，重合成功，故障相为A相（中相）。故障测距距湟源变12.08km，距花源变24.5km。故障时有瞬时风力。

2.1.2、闪络原因

1月23日午后，湟中县盘道地区刮起大风，且该塔是抗冰改造工程中新建耐张塔，大号侧中相引流左、右子线与LGJ-500的单导线主线进行了1m长的双变单连接。因该连接方式使引流线遇到大风后摇摆度增加，大风导致中相引流线摆动，造成引流线对塔身距离不够，发生放电故障。

2.2、330kV李兰线＃66～#67相间短路故障

2.21、故障简介

2007年4月16日17时45分，330kV李兰线高频方向、高频距离保护动作，重合未成功，两侧故障相别均为A、C相，330kV李兰线＃66～#67故障档，距#67塔130m处A、C两相导线上有明显的放电痕迹。

2.2.2、故障跳闸原因

该段线路地处山坡大风口处，海拔3000m，在大风作用下，导致330kV李兰线＃66-#67档间导线发生大幅度舞动和不同期摆动，风力达到8级，故障时伴有雷电现象，引起A、C两相导线短路，引起线路故障跳闸＃66、#67塔同为换位塔，导线排列方式由水平改为三角排列，档距313m，设计悬垂串无重锤。

3、风偏闪络的特点

据统计，风偏放电的范围广、次数多、影响大。发生风偏闪络的线路有单、双回线，塔型有耐张塔、直线塔，耐张塔是跳线对杆塔构架放电，直线塔是导线或金具对塔臂放电。线路故障有以下特点：①风偏闪络区域均有强风且大多数情况下伴有大暴雨或冰雹；②直线塔发生风偏跳闸居多，耐张塔相对较少；③杆塔放电点均有明显的电弧烧痕，放电路径清晰；④绝大多数风偏闪络是在工作电压下发生的，一般重合闸不成功，从而导致线路停运，严重影响供电的可靠性，造成很大经济损失。

4、闪络原因分析

①大风尤其是瞬时大风是最直接的原因，它使绝缘子串向杆塔方向倾斜，减小了导线和塔的空气间隙距离L，当L不能满足放电的最低电压要求时便发生闪络。雨在强风作用下成线分布，也使放电电压Uf降低，试验表明，在保持L不变的情况下，大雨使Uf降低约1O%。②设计规程中气象要素配合问题。规程定义的基本风速是3O年一遇的10m高处的10min平均风速，忽略了瞬时风速和塔高的影响即设计裕度不够。③针对已有运行线路，将瓷绝缘子换为合成绝缘子时未进行风偏校验，在检验不满足要求后没有采取如加装重锤等措施。以致改造后合成绝缘子因为自重问题更易发生风偏放电。

5、输电线路的风偏角计算及各影响因素分析

5.1、风偏角计算模型

该模型在以下假设下建立：①绝缘子串和导线视为刚体，风吹时不发生任何弯曲或变形；②将风压力视为静态力，均匀作用在导线和绝缘子串上；③导线和绝缘子串风偏角在受力平衡时最大假设条件下的绝缘子串和导线的受力图见图1。

图1绝缘子串和导线受力图

根据力矩不变原理，同时为了便于分析和计算，把作用力Fj和Gj的作用点移到点A处。由于力距增大一倍，为保证对悬挂点的力矩不变，Fj和Gj就变成l／2Fj和l／2Gj（如图1B）。由假设③可知，所要求的绝缘子串和导线的最大风偏角即为静力平衡时的夹角，由受力分析可得：

Tanφ=（Fd+1／2Fj）／（Gd+1／2Gj），

φ=arctan（（Fd+1／2Fj）／（Gd+1／2Gj）），（1）

其中，Fd为垂直于导线方向的水平风荷载，N；

Fj为绝缘子串风荷载，N；

Gd为导线垂直荷载，N；

Gj为绝缘子串重力，N。

其中Fj=9．80665Av2／16，Fd=aKhμSCWosin2θ，式中，v为导线上风速，m／s；A为绝缘子串受风面积，m，单、双裙绝缘子每片分别取0．02和0．03m，金具零件按加一片绝缘子计；a为风化不均匀系数；K为风压高度变化系数；μSC为导线或地线的体型系数，线径<17mm或覆冰时（不论线径大小）应取1．2；线径≥17mm时取1．1；S为电线受风面积（直径×线长），m2；θ为风向与导线轴向的夹角；WC=ρv2/2，为基准风压，kN／m2。，ρ为空气密度，标准值为1．2255kg／m3。

5．2、影响因素分析

5．2．1风速的影响

导线型号为LGJ-400／35，α=0．61，θ=90°，Kh=1改变风速求出不同的风偏角值如表l。由表1可知，α随着v的增大而增大，当v相差4m／s时φ值相差6°～8°。以330kV单回路3A3-ZMC1型猫头直线塔为例，导线边相挂点至塔身上曲臂水平距离3.45m，悬垂绝缘子为单联复合绝缘子绝缘子，长3965mm。当v=30m／s时相应的φ=43.1°，计算得出相应的最小空气间隙距离Lmin为1．86m，满足要求

（>1．2m）。当v增大到36m／s时相应的φ=53.4°，Lmin仅为1.08m，不能满足要求（<1．2m）。可见，风速对Lmin的影响很大，故选择最大设计风速时应慎重并留有一定裕度。通过曲线拟合可得φ和v的关系为：y=1.9065x-14.771。

表1不同风速下导线风偏角计算值

5．2．2风压不均匀系数的影响

导线型号不变，v=30m／s，θ=90°，Kh=l，改变风压不均匀系数求出不同的风偏角值如表2。

表2不同风压不均匀系数下导线风偏角计算值

由表2可知，φ随a的增大而增大。比较a取0．61和0．75时φ的值可看出，前者比后者增大5.8°，增幅达l3．46%。仍以上述塔型为例，a=0．61时，φ=43.1°，Lmin为1．86m；而a=0．75时φ增大到48.90，相应的Lmin为1.41m。减幅为24.2%。如果风速更大且绝缘子串更长一些，设此时Lmin=1．4m，当a=0．61时时Lmin可能满足要求，但a=0．75时Lmin将不满足要求。实际中对塔头风偏闪络实例计算核实时，得知在最大设计风速下按照a=0.61计算的塔头间隙满足要求，而按a=0．75计算的塔头间隙则不能满足要求。可见，a的选取很关键，最合理数值尚需进一步的研究。通过曲线拟合可得φ随a的关系为：y=42.708x+16.785。

5．2．3风向与导线轴向夹角的影响

导线型号不变，v=30m／s，a=0.61，Kh=1，改变θ求出不同的φ值如表3。

表3不同的风向与导线轴向夹角下导线风偏角计算值

风偏角计算中，风压力主要考虑垂直导线和绝缘子串方向的力，故角度影响显得较大。特别θ≈45°时φ随夹角的变化很大。如θ=40°时φ为21.4°，而θ=45°时φ=25．3°，增幅为18．2%。随着慢慢增大，影响越来越小。如θ=85°φ时=42.8°，而θ=9O°时φ=43.1°，增幅仅0.7%。在设计塔头尺寸时为留有足够的裕度，通常考虑最严酷的气象条件，认为风是垂直于导线的即θ=90°。

5．2．4风压高度变化系数的影响

对架设高度大于基本风速10m高度的线路，其最大风速则需由最大基本风速换算为高空风速。风压高度变化系数Kh为：

Kh=（h／h0）a（2）

式中，a在空旷地区为1／6.9或0.145，海面为1／9.3或0.107。h0为基准高度即测量风速Vo所处高度。气象局所测风速均为10m高处的风速。高空风速一般有一上限范围的限制，因基本风速很大时风速随高度的变化不太显著。导线型号不变，v=30m／s，a=0．61，θ=90°，不同Kh的风偏角值如表4。

表4不同的风压高度变化系数下导线风偏角计算值

由表4可知，Kh对φ的影响较明显。对330kV架空线路来说，设导线离地高20m，则可由式

（2）算出相应的Kh=1.10，此时φ=45.8°。仍以上述塔型为例，则此时Lmin=1．65m。而Kh=1（高10m）处的φ=43.1°，相应Lmin=1.86m。由此可见，Kh从1变为1．10时，Lmin减小了0.21m，减幅为l1.3%。对一些大跨越的铁塔，导线所处高度更高，Kh的影响就更大。经曲线拟合可得φ和Kh的关系为：y=22.6x+20.868。

由以上分析可知，v、a、θ和Kh对φ都有不同程度的影响，从而影响塔头的Lmin。综合考虑上述4种因素的影响，即设计时最大风速的选取小于线路实际最大风速，a取0．61，θ也不按9O°来考虑且未计人Kh的影响，则算出的Lmin将大大减小。如果再考虑发生风偏闪络时雨水对Uf降低约1O%的影响，则发生风偏闪络的几率将大大增加。实际中的风偏闪络一般都在诸多因素的共同作用下发生，故设计时应对各种参量的选取进行足够的验算并留有一定裕度，即可大大减少风偏闪络的发生。

6、结论

1）、设计时应重视微气候气象资料的收集和区域划分，根据实际条件合理提高局部风偏设计标准。2）、运行中对发生故障的耐张塔跳线和其他转角较大无跳线串的外角跳线加装跳线绝缘子串和重锤，直线塔绝缘子串可加装重锤片。

3）、根据据规范要求对于重要的直线型交叉跨越塔，应采用双悬垂串、V型或八字型绝缘子串结构，并尽可能采用双独立挂点。”转角塔的导线横担多为矩形，横担头部较宽，可通过在原挂点两侧增加挂孔来实现双独立挂点，满足跳线双独立挂点悬挂的要求。

4）、本文不建议使用防风偏合成绝缘子用做跳线串使用，因为在长期风荷载作用下，防风偏合成绝缘承受较大的侧向荷载，有可能造成防风偏合成绝缘子的抗弯负荷达到极限，是合成绝缘子断裂，造成更大的隐患。

5）、对所辖输电线路安排防大风舞动专项排查，重点摸清处于大风区的大高差、大档距线档，为输电线路方大风舞动整治工作积累技术资料。

6）、线路设计时，应根据线路拟选路径的地形、地貌情况和周边线路的运行数据，认真划分出典型区域和非典型区域，合理选取风速不均匀系数认真校核验算绝缘子风偏角、合理选配绝缘子串和链接金具以及强度。

7）、青海地区线路沿线多为高山大岭，设计选择塔位时，应尽量避免立在制高点处。

作者简介：

李海东，男，工程师从事高压输电线路设计工作