一起軟導(dǎo)線引下線風(fēng)偏放電事故的分析與改進(jìn)措施

陳清鶴，李超，陳荔青

（1.國(guó)網(wǎng)福州供電公司，福州350009；2.福州電力設(shè)計(jì)院有限公司，福州350007）

一起軟導(dǎo)線引下線風(fēng)偏放電事故的分析與改進(jìn)措施

陳清鶴1，李超1，陳荔青2

（1.國(guó)網(wǎng)福州供電公司，福州350009；2.福州電力設(shè)計(jì)院有限公司，福州350007）

針對(duì)一起由臺(tái)風(fēng)引起的軟導(dǎo)線引下線風(fēng)偏放電事故，進(jìn)行了大風(fēng)速條件下的風(fēng)偏位移計(jì)算。結(jié)合計(jì)算結(jié)果，對(duì)事故原因進(jìn)行分析，并從降低引下線弧垂、減小高差等方面著手，提出了現(xiàn)場(chǎng)改進(jìn)措施。

軟導(dǎo)線；風(fēng)偏計(jì)算；引下線弧垂；放電事故；原因分析；改進(jìn)

福建省福州市地處我國(guó)東南沿海，為亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，每年的7—9月為臺(tái)風(fēng)多發(fā)季節(jié)。在福州沿海地區(qū)采用AIS（傳統(tǒng)敞開(kāi)式配電裝置）的變電站中，最大設(shè)計(jì)風(fēng)速一般取35～37 m/s，正常情況下可以應(yīng)對(duì)11～12級(jí)臺(tái)風(fēng)的襲擊。但是，臺(tái)風(fēng)天氣中，部分地區(qū)局部最大瞬時(shí)風(fēng)速可能會(huì)超過(guò)37 m/s，若該風(fēng)速條件發(fā)生在變電站戶外AIS配電裝置區(qū)域，就有可能發(fā)生導(dǎo)線風(fēng)偏放電事故。2013年8月，臺(tái)風(fēng)“潭美”在福州沿海登陸，某220 kV變電站內(nèi)戶外110 kV配電裝置區(qū)在臺(tái)風(fēng)襲擊中發(fā)生了軟導(dǎo)線相間風(fēng)偏放電事故，導(dǎo)致1臺(tái)220 kV主變壓器跳閘。本文針對(duì)該起事故進(jìn)行大風(fēng)條件下軟導(dǎo)線風(fēng)偏計(jì)算，對(duì)事故原因進(jìn)行詳細(xì)分析，并提出提高配電裝置引下線抗風(fēng)能力的現(xiàn)場(chǎng)改進(jìn)方案。

1 事故概況

該220 kV變電站110 kV配電裝置采用戶外軟母線改進(jìn)半高型布置方式。相間放電發(fā)生在主變壓器110 kV進(jìn)線間隔軟導(dǎo)線引下線位置，如圖1中畫(huà)圈部分所示。該引下線高差約10 m，在局部大風(fēng)作用下，A相及B相導(dǎo)線因風(fēng)偏后距離過(guò)小而發(fā)生放電。文獻(xiàn)[1]也介紹了類似的風(fēng)偏放電事故，與本次事故相同之處在于放電均發(fā)生在大高差引下線位置，不同之處在于文獻(xiàn)[1]中為導(dǎo)線對(duì)地（構(gòu)架橫梁）放電，且引下線未T接任何導(dǎo)線，而在本次事故中，引下線T接了1段導(dǎo)線至主變壓器間隔避雷器。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，本次風(fēng)偏放電事故中，該間隔相關(guān)設(shè)備及導(dǎo)線型號(hào)參數(shù)為：軟導(dǎo)線采用2× LGJX-300/25型鋼芯鋁絞線，外徑23.76 mm，分裂間距120 mm，單根導(dǎo)線自重1.058 kg/m。懸垂絕緣子串采用9×（XWP-70），串長(zhǎng)約1.4 m，自身及配套金具重56 kg，受風(fēng)面積0.185 2 m2。導(dǎo)線相間距2 000 mm。

2 事故分析

2.1 引下線風(fēng)偏的分析計(jì)算

圖1 風(fēng)偏放電位置示意

圖2 簡(jiǎn)化接線

根據(jù)文獻(xiàn)[2]的要求，戶外配電裝置使用軟導(dǎo)線時(shí)，應(yīng)校驗(yàn)3種條件下的相間、相地最小安全凈距。這3種條件分別為：雷電過(guò)電壓和風(fēng)偏（取風(fēng)速15 m/s）條件、最大工作電壓，短路和風(fēng)偏（取風(fēng)速10 m/s）以及最大工作電壓和風(fēng)偏（取最大設(shè)計(jì)風(fēng)速）。

該220 kV變電站已安全運(yùn)行約10年。結(jié)合本次事故發(fā)生的具體氣象及運(yùn)行條件，本文重點(diǎn)分析和校驗(yàn)最大工作電壓和風(fēng)偏（取最大設(shè)計(jì)風(fēng)速37 m/s）條件下的相間最小安全凈距。在這一條件下，110 kV中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)中，相間最小安全凈距要求為500 mm。

在進(jìn)行引下線風(fēng)偏的計(jì)算分析時(shí)，圖1接線可以簡(jiǎn)化成圖2中M，N，P，Q 4點(diǎn)間接線，M表示懸垂串末端掛點(diǎn)，N表示導(dǎo)線T接點(diǎn)，P表示主變壓器進(jìn)線避雷器接線板，Q表示支柱絕緣子接線板。圖3為該引下線風(fēng)偏示意圖。圖2、圖3中，fY表示引下線弧垂，fX表示導(dǎo)線風(fēng)偏水平偏移。

文獻(xiàn)[3]提供了引下線風(fēng)偏校驗(yàn)的計(jì)算公式，但是未提供帶T接導(dǎo)線的引下線風(fēng)偏計(jì)算公式。本文在文獻(xiàn)[3]所確立的原則和計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，按不同相導(dǎo)線不同步搖擺的情況進(jìn)行風(fēng)偏計(jì)算和校驗(yàn)。計(jì)算公式如下：

懸垂絕緣子串風(fēng)偏角：

圖3 風(fēng)偏示意

懸垂絕緣子串風(fēng)偏水平位移：

MNQ段軟導(dǎo)線風(fēng)偏角：

MNQ段軟導(dǎo)線風(fēng)偏水平位移：

相間導(dǎo)線最大工作電壓、最大設(shè)計(jì)風(fēng)速和風(fēng)偏條件下相間距離近似為：

式（1）—（5）中：q1為單位長(zhǎng)度導(dǎo)線自重，取2.116 kg/m；q4為導(dǎo)線風(fēng)壓，37 m/s風(fēng)速下為4.88 kg/m；Q1為懸垂絕緣子串自重，取56 kg；Q4為懸垂絕緣子串風(fēng)壓，37 m/s風(fēng)速下為10.46 kg/m；fY為引下線弧垂；l，l1，l2分別為導(dǎo)線全長(zhǎng)（l=l1+l2）、MNQ段導(dǎo)線長(zhǎng)度和PN段導(dǎo)線長(zhǎng)度；γ，θ分別為M，Q間高差角和N，P間高差角；d為導(dǎo)線外徑，取0.023 67 m；c為導(dǎo)線分裂間距，取0.12 m；H1懸垂絕緣子串長(zhǎng)度，取1.4 m；β為阻尼系數(shù)，取0.71。

由式（1）—（5）可計(jì)算出引下線在最大設(shè)計(jì)風(fēng)速37 m/s下的相間風(fēng)偏位移，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 引下線在最大設(shè)計(jì)風(fēng)速37 m/s下的相間風(fēng)偏計(jì)算

2.2 事故原因分析

由計(jì)算結(jié)果可知，按文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[4]中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)氣象條件和事故組合方式，在37 m/s的最大設(shè)計(jì)風(fēng)速下，相間導(dǎo)線風(fēng)偏后水平距離為730 mm，符合規(guī)范要求。因此，該220 kV變電站安全運(yùn)行10余年，未發(fā)生類似故障。

同時(shí)，在最大設(shè)計(jì)風(fēng)速條件下，相間導(dǎo)線風(fēng)偏后水平距離僅比最小相間安全凈距500 mm的要求留有230 mm的裕度，在臺(tái)風(fēng)氣象條件下，局部瞬間風(fēng)速如果超過(guò)37 m/s，相間導(dǎo)線風(fēng)偏后水平距離就可能過(guò)小，從而造成相間導(dǎo)線的放電。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，該220 kV變電站周邊地勢(shì)平坦開(kāi)闊，在罕見(jiàn)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)正面襲擊該地區(qū)的情況下，陣風(fēng)瞬時(shí)風(fēng)速很可能大大超過(guò)最大設(shè)計(jì)風(fēng)速。

因此，綜合上述計(jì)算結(jié)果，本次事故主要原因?yàn)槌^(guò)最大設(shè)計(jì)風(fēng)速的陣風(fēng)發(fā)生在軟導(dǎo)線大高差引下線區(qū)域，造成相間導(dǎo)線風(fēng)偏后因水平距離不足而引起相間放電。

3 改進(jìn)引下線抗風(fēng)能力的措施

文獻(xiàn)[1]中給出的提高引下線抗風(fēng)能力的措施是在引下線外側(cè)設(shè)置1組支柱絕緣子，用軟導(dǎo)線T接在引下線上，起到側(cè)向加強(qiáng)固定的作用。但是在本次事故中，該引下線已經(jīng)有主變壓器避雷器T接在引下線上，因此需要進(jìn)一步分析影響導(dǎo)線風(fēng)偏的各種因素，提高抗風(fēng)能力。從風(fēng)偏計(jì)算過(guò)程分析，可以采用減小引下線弧垂fY，減小引下線高差角γ，增加T接段導(dǎo)線長(zhǎng)度l2的方法來(lái)提高導(dǎo)線抗風(fēng)能力。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，提出了加高支柱絕緣子高度的方案，以提高引下線抗風(fēng)能力。改造方案如圖4所示。

圖4 改造方案示意

根據(jù)改造方案中的相關(guān)參數(shù)，風(fēng)偏計(jì)算結(jié)果如表2所示。

從計(jì)算過(guò)程及結(jié)果分析可知，通過(guò)減小引下線高差角和弧垂的方式，使得在最大設(shè)計(jì)風(fēng)速相同的條件下，風(fēng)偏后相間距離與最小安全凈距的裕度提高了150 mm。其中，弧垂的減小對(duì)提高安全裕度的作用最顯著。同時(shí)需要注意的是，在實(shí)際工程改造和施工中，要校核減小弧垂所引起的導(dǎo)線各端拉力的增值。在本文論述的情況中，根據(jù)文獻(xiàn)[3]中的計(jì)算方法可知，將最大弧垂從0.8m減小至0.7 m，支柱絕緣子側(cè)水平拉力和垂直荷載分別增加約8%和15%，若進(jìn)一步減小最大弧垂至0.5 m，則支柱絕緣子側(cè)水平拉力和垂直荷載大幅增加約76%和70%，就可能對(duì)線夾尤其是銅鋁過(guò)渡線夾的焊接處等受力薄弱環(huán)節(jié)造成威脅。因此弧垂的減小應(yīng)控制在保證安全的范圍內(nèi)。

表2 引下線在最大設(shè)計(jì)風(fēng)速37 m/s下的相間風(fēng)偏計(jì)算（改造后）

4 結(jié)語(yǔ)

在最大設(shè)計(jì)風(fēng)速高于37 m/s的地區(qū)，應(yīng)按規(guī)范要求，特別注意校核軟導(dǎo)線相間、相地在各種工況下的安全距離，戶外軟母線AIS配電裝置應(yīng)盡量避免大高差引下線，并在設(shè)計(jì)階段注意在各端受力合理安全的前提下控制引下線弧垂，從而提高配電裝置的抗風(fēng)能力。本文所涉及的220 kV變電站事故間隔因受現(xiàn)場(chǎng)條件及搶修工期的限制，提出的解決方案只是提高了導(dǎo)線風(fēng)偏后的安全裕度。對(duì)新建變電站，建議經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，在臺(tái)風(fēng)多發(fā)區(qū)域盡量采用全戶內(nèi)或半戶內(nèi)布置方式，從根本上解決導(dǎo)線風(fēng)偏引起的事故放電問(wèn)題。

[1]徐寧，王尉.關(guān)于軟母線改進(jìn)半高型配電裝置引下線抗風(fēng)能力的探討[J].江蘇電機(jī)工程，2006，25（6）∶46-51.

[2]GB 50060-2008 3～110 kV高壓配電裝置設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.

[3]水利電力部西北電力設(shè)計(jì)院.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)電氣一次部分[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.

[4]DL/T 5352-2006高壓配電裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

（本文編輯：徐晗）

GE攜手伯克利實(shí)驗(yàn)室共同探索電動(dòng)汽車儲(chǔ)能新方案

GE和伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家有望找到下一代電動(dòng)汽車電池的秘訣，該電池可讓汽車達(dá)到預(yù)期行駛里程，且物美價(jià)廉。

GE與伯克利實(shí)驗(yàn)室正在研發(fā)一種比傳統(tǒng)基站儲(chǔ)能電池更加強(qiáng)大的水基液流電池。GE科學(xué)家們正在開(kāi)發(fā)試驗(yàn)的化學(xué)反應(yīng)機(jī)制將致力于讓液流電池從全新的電化學(xué)反應(yīng)中獲取能源，并且這一反應(yīng)都將在水池中安全進(jìn)行。

GE全球研發(fā)中心水基液流電池項(xiàng)目負(fù)責(zé)人GrigoriiSoloveichik說(shuō)：“我們對(duì)這一新技術(shù)感到非常興奮，它在價(jià)格和充電方面的優(yōu)勢(shì)對(duì)電動(dòng)汽車領(lǐng)域可能產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。我們研發(fā)的新型液流電池的價(jià)格僅為目前市場(chǎng)上汽車電池的四分之一，但行車?yán)锍虆s是它們的3倍。美國(guó)能源部希望1塊電池能保證汽車行駛約386 km，我們認(rèn)為可以超越這個(gè)數(shù)字。”

以周末為例，估計(jì)在美國(guó)當(dāng)天會(huì)有3410萬(wàn)司機(jī)開(kāi)車出行，每輛車行駛里程將達(dá)80 km甚至更多。如果電池能支持汽車行駛386 km，那么人們只需充1塊電池就能整個(gè)周末開(kāi)車出行，既節(jié)省家庭開(kāi)支又減少?gòu)U氣排放。

伯克利實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家Adam Weber說(shuō)：“我們已經(jīng)在開(kāi)發(fā)大功率傳統(tǒng)液流電池方面取得重大成就，把這一專門(mén)技術(shù)植入高能量密度液流電池的可行性相當(dāng)大?！?/p>

新型液流電池除了在價(jià)格和行駛里程上具有顯著優(yōu)勢(shì)外，還比目前汽車上使用的電池更加安全，更容易融入汽車設(shè)計(jì)中去。

新型液流電池采用無(wú)機(jī)活性材料水溶液，能夠同時(shí)轉(zhuǎn)移多個(gè)電子，因而具備高能量密度。而用于電池放電和充電的電化學(xué)池與儲(chǔ)能箱相分離，使得電池具備更高的安全性能。

來(lái)源：新華網(wǎng)

Analysis on A Windage Yaw Discharge Accident of Flexible Conductor Down Lead and the Improvement

CHEN Qinghe1，LI Chao1，CHEN Liqing2
（1.State Grid Fuzhou Power Supply Company，F(xiàn)uzhou 350009，China；2.Fuzhou Electric Power Design Institute Co.，Ltd.，F(xiàn)uzhou 350007，China）

Aiming at one windage yaw discharge accident of flexible conductor down lead caused by typhoon, the paper calculates windage yaw displacement in high wind speed condition.In combination with calculation results，this paper analyzes accident causes and presents the field improvement in terms of reducing down lead sag and height difference and so forth.

flexible conductor；windage yaw calculation；down lead sag；discharge accident；cause analysis；improvement

TM752+.5

：B

：1007-1881（2014）08-0065-03

2014-05-26

陳清鶴（1982-），男，福建三明人，碩士，工程師，主要從事變電站電氣設(shè)計(jì)工作。