500kV輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)思路探索

杜毅

(國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司,四川成都 610000)

500kV輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)思路探索

杜毅

(國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司,四川成都 610000)

近年來,某個超高壓輸電公司發(fā)生了多次輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)故障,為了查清楚故障的原因,文章對于500kV輸電線路的風(fēng)偏閃絡(luò)進行了探索和分析,同時為類似故障的發(fā)生提供了相關(guān)的防范措施。

輸電線路 風(fēng)偏閃絡(luò) 塔頭尺寸 垂直荷重 閃絡(luò)相

在線路的安全運行中,由于風(fēng)偏放電造成的輸電線路的安全問題時有發(fā)生,與雷擊相比,其引起的跳閘情況,重合的成功率是很低的,風(fēng)偏跳閘一旦發(fā)生,那么線路停運的幾率就是很大的,特別是500kV的骨干線路,這樣的事故一旦發(fā)生,就會引起大面積的停電,大大降低供電的可靠性。

1 對于風(fēng)害故障的統(tǒng)計分析

某超高壓輸電公司,其輸電線路西起廣西的某縣城,東至玉林市,其長度為500km左右,地理環(huán)境多為丘陵地區(qū)、石山區(qū)、森林地帶、高海拔地區(qū)、大山區(qū)。所屬地區(qū)是典型的亞熱帶氣候,主要受季風(fēng)氣候的影響,夏季盛行偏南風(fēng)、冬季盛行偏北風(fēng)。在高山區(qū),年平均風(fēng)速不低于5.5m/s,年平均風(fēng)功率密度在200W/m2以上。自這一線路投產(chǎn)以來,就引起了多次導(dǎo)線對鐵塔塔身、樹木的放電事故。由于這一500kV輸電線路大多位于山區(qū),山區(qū)的地形復(fù)雜,山坡跌宕起伏,海拔高度也是蜿蜒起伏。線路從這些復(fù)雜地形經(jīng)過,往往由于山谷間形成的微型龍卷風(fēng),造成導(dǎo)線的卷起或丟甩,導(dǎo)線大幅度的擺動致使塔身的放電事故,所以風(fēng)口匯集處,是避免風(fēng)偏故障的有利地勢。(1)風(fēng)偏故障時,造成重合不成功的主要原因是持續(xù)較長的大風(fēng)時間,大于重合閘裝置整定的最大時間。由此可見,如果塔桿發(fā)生風(fēng)偏事故,大部分跳閘都不能重合成功,這樣就會造成嚴重線路送電問題,甚至?xí)﹄娋W(wǎng)的運行造成災(zāi)害性的破壞;(2)對于雷擊閃絡(luò)的桿塔類型分析,桿塔基數(shù)比例非常小的直線轉(zhuǎn)角塔也會發(fā)生風(fēng)偏事故,這種情況是非常罕見的,主要原因是導(dǎo)線在直線轉(zhuǎn)角塔轉(zhuǎn)角后,引起絕緣子串偏向塔身,減小導(dǎo)線對塔身的距離,這樣風(fēng)偏事故就很容易發(fā)生了;(3)對于閃絡(luò)相的特征分析,幾次事故都發(fā)生在塔桿的邊相,那么,500kV輸電線路的邊相是最容易遭到風(fēng)偏故障的,這主要是由于邊相的絕緣子風(fēng)偏角度擺動的太大引起的線路跳閘故障;(4)在多次風(fēng)偏閃絡(luò)故障中,有2次風(fēng)偏閃絡(luò)相為高山地形,塔桿的海拔高度均超過450m,對面就是大山谷,事故發(fā)生率高達60%多,尤其四周是丘陵地帶的高山地帶多為閃絡(luò)相的地形。

圖1 500kV馬百線315號塔C相風(fēng)偏閃絡(luò)局部示意圖

2 典型風(fēng)偏跳閘及風(fēng)偏計算方法的探索

2.1 典型風(fēng)偏跳閘

在夏季的暴風(fēng)雨天氣,某500kV馬百C相,突然發(fā)生瞬時的接地故障,重合閘沒有成功,經(jīng)過仔細檢測后,發(fā)現(xiàn)了一處放電熔點,位于鐵塔左側(cè)面的前側(cè)柱的同一水平線的小水平鐵上,這一熔點在距離導(dǎo)線橫擔(dān)水平面上還有一處長32mm、寬10mm左右的放電燒傷痕跡。314號、315號、316號塔位于高山的頂部,315號與316號高度相差較大,且為負高差,具體見表1。

2.2 500kV輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)的計算方法

目前,在我國輸電線路的設(shè)計過程中,防止風(fēng)偏閃絡(luò)的標準和手段就是計算方法,主要從以下幾點來講:(1)風(fēng)壓力的計算方法,在這里只是表明風(fēng)壓力對于絕緣子和導(dǎo)線的作用,并未給出詳盡的計算全過程。多年以來,很多單位都采用風(fēng)偏搖擺角的計算方法,不涉及規(guī)程的約束力,此方法是由前蘇聯(lián)引進的,風(fēng)壓不均勻的原始系數(shù)選取0.75。我國在20世紀80年代末期做了修改,選取0.61,同時也對最小安全凈距等相關(guān)參數(shù)進行了修改;(2)為了使工程上的應(yīng)用更為簡化,采用了一些數(shù)學(xué)物理方面的假設(shè)條件,比如標準設(shè)計風(fēng)速定義為:10min、對地高20m、30年一遇的平均風(fēng)速。由此可以看出,在10min以內(nèi),即使是30年一遇的大風(fēng)也是不均勻的,因此定義時忽略了10min之內(nèi)的瞬時風(fēng)的作用,這種假設(shè)有點偏差;(3)有的資料雖然給出了風(fēng)壓力的計算公式,但沒有對風(fēng)壓力的力學(xué)性質(zhì)進行定義。在使用風(fēng)壓力計算搖擺角時,需要將風(fēng)壓力看作靜態(tài)力,最大風(fēng)偏搖擺角是在風(fēng)壓力與導(dǎo)線及絕緣子的自重,在靜力下達到平衡時取得。那么就會有兩個問題存在:風(fēng)速變化不可能是在無風(fēng)緩慢的狀態(tài)下,所以在10min之內(nèi),風(fēng)壓力絕不可能是靜態(tài)力;即便把風(fēng)壓力當做靜態(tài)力使用,依據(jù)物理學(xué)的單擺原理,在搖擺過程中外力達到靜力平衡狀態(tài)時,但是搖擺過程其實并沒有結(jié)束,此時搖擺角也沒有達到最大值。因此這種假設(shè)考慮也不合理;(4)有的參考文獻的資料顯示,是風(fēng)壓力在大檔距導(dǎo)線上不均勻作用及等效作用力減小的基礎(chǔ)上得出計算公式的,因此“風(fēng)壓力不均勻系數(shù)”被引進了,現(xiàn)階段對于直線塔該系數(shù)取值為0.61,這是將風(fēng)壓力打了很多折扣,這種假設(shè)也是不可取的,有些冒進;(5)近期有資料顯示,將導(dǎo)線和絕緣子偏移投影后,再假設(shè)為剛體,進而得出計算方法,這種方法是將是將兩者的連接點當做是可以旋轉(zhuǎn)的接點,沒有任何阻力的情況下,但是這種假設(shè)處理是過于保守的。

3 故障原因探索

根據(jù)大量有關(guān)的測量數(shù)據(jù)以及設(shè)計圖紙等資料的顯示,根據(jù)比例要求嚴格匯出計算圖,如圖1所示。

圖1中,按照最短間隙路徑放電繪圖;圖中距離單位均為mm,1455mm是由1230mm加上子導(dǎo)線間距的一半225mm所得,第二放電點位置也是由此得出的數(shù)據(jù)。絕緣子串上掛點與下子導(dǎo)線的總長為L:

由圖1看出,第一次放電時,絕緣子串的搖擺角度為 α1=650,此時位置相對比較低;第二次放電時,絕緣子串的搖擺角為 α2=710,此時的位置比較高。當風(fēng)速為30m/s時,可以經(jīng)過計算得到搖擺角的度數(shù)為59°,此時,導(dǎo)線相當于塔桿的最小間隙為1566mm,符合設(shè)計的要求。風(fēng)速過大是造成風(fēng)偏故障的主要原因,線路設(shè)計的最大承受風(fēng)速是30m/s。風(fēng)偏故障中,塔桿所處的地理位置的類似特點為連續(xù)3基以上塔桿,中間那基塔桿的橫擔(dān)位置點位于相鄰塔桿聯(lián)線的下側(cè)且處于迎風(fēng)側(cè),大山谷或空曠地帶。正是這種地形造成了風(fēng)偏故障的發(fā)生,為防止類似故障的發(fā)生,預(yù)防措施推薦為:(1)增加垂直荷重或增大塔頭尺寸,減少風(fēng)偏,可以治理大風(fēng)引起的工頻空氣間隙擊穿。增加垂直荷重,即就是在絕緣子串的導(dǎo)線端,加上一定數(shù)量的重錘片以增加線路的垂直荷載,這是一種很容易的操作防風(fēng)偏措施;增加塔高尺寸,這樣需要長時間的停電,來對塔桿進行改造,短時是很難實現(xiàn)的;(2)在500kV輸電線路的沿線,加強微氣象區(qū)的調(diào)查以及對旋風(fēng)的觀測,大量積累相關(guān)氣象經(jīng)驗,這樣會為風(fēng)害提供相應(yīng)的依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。(3)現(xiàn)行輸電線路的設(shè)計規(guī)程為:500kV線路所承受的最大風(fēng)速是距地面20m處的最大平均風(fēng)速。所以,在確定最大基本風(fēng)速之前,必須對風(fēng)速的進行分析、統(tǒng)計、選用。(4)在新建線路時,對于設(shè)計單位對原始數(shù)據(jù)的收集工作要進一步細化,對于山區(qū)的局部地區(qū)要進行實地考察和分析,在線路的設(shè)計標準上要充分考慮局部地區(qū)氣候的影響。在塔桿設(shè)計的過程中,要保留足夠的裕度,減少在惡劣天氣時,線路出現(xiàn)跳閘的可能性。

表1 314號至315號塔的有關(guān)資料

4 結(jié)語

目前我國電力建設(shè)的快速發(fā)展,輸電線路的走廊日趨緊張,輸電線路的交叉跨越情況和同敢架設(shè)不斷增多,對于輸電線路的管理帶來了很大的干擾。從線路的運行經(jīng)驗可以看出,目前500kV輸電線路,在工作電壓下的風(fēng)偏閃絡(luò)率無法滿足線路安全運行的要求,文中提供了一些調(diào)查研究風(fēng)偏計算的方法和標準,以確保電網(wǎng)的安全運行。

[1]張禹芳.我國500kV輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)分析[J].電網(wǎng)技術(shù),2012(10).

[2]吳正樹.500kV輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)分析[J].廣西電力,2011(12).

[3]肖東坡.500kV輸電線路風(fēng)偏故障分析及對策[J].電網(wǎng)技術(shù),2010(9).