淺析高壓架空輸電線路中風(fēng)偏的控制措施及監(jiān)測

楊璐

摘 ?要：架空輸電線路設(shè)計(jì)中風(fēng)偏影響線路走廊寬度，了解輸電線路中風(fēng)偏的影響因素，并提出了風(fēng)偏控制的幾種措施，以減小風(fēng)偏，達(dá)到減小線路走廊，做出合理的輸電線路設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：高壓;架空輸電線路;風(fēng)偏;措施

中圖分類號：TM754 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2015）06-0093-02

隨著城市的發(fā)展，城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，高壓架空輸電線路在線路路徑選擇中遇到的問題越發(fā)突出。架空輸電線路經(jīng)過現(xiàn)有架空線路密集或征地困難的地區(qū)時(shí)，線路走廊往往十分緊湊。受線路走廊影響，在線路設(shè)計(jì)過程中需要根據(jù)實(shí)際情況采用合理的方法控制導(dǎo)線風(fēng)偏，從而降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)、減小線路走廊用地，做出合理的設(shè)計(jì)方案，盡量減少或避免因線路走廊過寬而導(dǎo)致的拆遷成本或青賠成本的增加，從而節(jié)省工程投資。

1 ?架空線路設(shè)計(jì)中風(fēng)偏的影響

根據(jù)規(guī)范要求，架空線路設(shè)計(jì)時(shí)，架空線路走廊除了鐵塔基礎(chǔ)占地和導(dǎo)線邊線間距離占地以外，還應(yīng)考慮導(dǎo)線對地面、建筑物、樹木、道路、河流、管道、索道及各種架空線路的距離。包括水平距離、垂直距離和凈空距離。導(dǎo)線對跨越物的垂直距離與導(dǎo)線的最大弧垂有關(guān)，導(dǎo)線對跨越物的水平距離和凈空距離均與最大風(fēng)偏有關(guān)。同時(shí)，最大風(fēng)偏又與導(dǎo)線的最大弧垂有關(guān)。因此架空線路設(shè)計(jì)中線路走廊受導(dǎo)線風(fēng)偏的影響很大。

2 ?風(fēng)偏的定義及風(fēng)偏的危害

風(fēng)偏是一種由風(fēng)引起的導(dǎo)線擺動(dòng)現(xiàn)象，風(fēng)偏的形成一般取決于兩個(gè)方面因素，即風(fēng)激勵(lì)和線路結(jié)構(gòu)與參數(shù)。輸電線路風(fēng)偏對線路安全運(yùn)行極具威脅而又頗為復(fù)雜，由于風(fēng)偏的角度很大，輕則造成相間閃絡(luò)、金屬夾具損壞，重則造成線路跳閘停電、拉倒桿塔、導(dǎo)線折斷等嚴(yán)重事故，從而造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。因此輸電線路設(shè)計(jì)中對風(fēng)偏的控制十分必要。

3 ?風(fēng)偏的計(jì)算

架空輸電線路中風(fēng)偏主要包括導(dǎo)線的風(fēng)偏和絕緣子串的風(fēng)偏。在一定風(fēng)速下引起的直線塔懸垂絕緣子串和導(dǎo)線的風(fēng)偏如圖1所示。

3.1 ?導(dǎo)線的風(fēng)偏計(jì)算

導(dǎo)線風(fēng)偏時(shí)導(dǎo)線弧垂以檔距兩側(cè)導(dǎo)線懸掛點(diǎn)連線為軸旋轉(zhuǎn)。

導(dǎo)線風(fēng)偏角計(jì)算如下：

？孜=tan-1■（1）

式中：

γ4為導(dǎo)線風(fēng)壓比載kg/m·mm2;

γ1為導(dǎo)線自重比載kg/m·mm2。

3.2 ?導(dǎo)線弧垂的計(jì)算

導(dǎo)線上任意一點(diǎn)弧垂計(jì)算：

f=■（2）

導(dǎo)線上檔距中央弧垂（最大弧垂）：

fm=■（3）

式中：

γ6為導(dǎo)線綜合比載，kg/m·mm2;

l1、l2為前后檔檔距，m;

f為檔距中央任意一點(diǎn)弧垂;

fm為導(dǎo)線最大弧垂。

3.3 ?直線塔絕緣子串風(fēng)偏角的計(jì)算

絕緣子風(fēng)偏是以絕緣子和橫擔(dān)掛點(diǎn)為圓心旋轉(zhuǎn)。絕緣子串風(fēng)偏計(jì)算如下式：

（4）

式中：

Pλ為絕緣子串風(fēng)壓，N;

Lh為水平檔距，m;

Wλ為絕緣子串重量，N;

LV為垂直檔距，m;

S為導(dǎo)線截面積，mm2;

β為線路轉(zhuǎn)角度數(shù)， ？觷;

T為相導(dǎo)線張力，N;

g1為導(dǎo)線自重比載，N/mm2;

WJ為重錘重量，N;

g4為電線風(fēng)壓比載，N/mm2。

其中，絕緣子串風(fēng)壓計(jì)算如下：

Pλ=■×0.980665（5）

式中：

V為為風(fēng)速，m/s;

N為絕緣子片數(shù)。

綜上，風(fēng)偏引起的導(dǎo)線任一點(diǎn)水平偏移為：

D=λ×sin？漬 +f×sin？孜（6）

式中：

λ為導(dǎo)線懸垂串的串長，m;

f為導(dǎo)線任意一點(diǎn)弧垂，m。

綜上，當(dāng)f為導(dǎo)線最大弧垂fm時(shí)，Dm為導(dǎo)線的最大風(fēng)偏距離。

4 ?控制風(fēng)偏的措施

通過風(fēng)偏角和風(fēng)偏距離的計(jì)算公式分析可知，導(dǎo)線的風(fēng)偏角主要與風(fēng)速和導(dǎo)線自重及導(dǎo)線幾何尺寸有關(guān)，絕緣子串的風(fēng)偏角主要與絕緣子串的長度和重量、重錘重量、導(dǎo)線絕緣子片數(shù)和受風(fēng)面積、弧垂大小、風(fēng)速、導(dǎo)線幾何尺寸等有關(guān)。結(jié)合輸電線路設(shè)計(jì)中可控制因素分析，控制風(fēng)偏從控制導(dǎo)線弧垂和控制絕緣子串風(fēng)偏考慮，主要有以下幾種方法。

4.1 ?減小檔距

在同一氣象條件下，減小檔距可以減小弧垂，從而減小風(fēng)偏，從而達(dá)到控制線路走廊的目的。在線路路徑狹窄地區(qū)，采用恰當(dāng)?shù)牟贾盟粶p小檔距的方法來減小線路風(fēng)偏。在相同的氣象條件下，減小檔距，減小桿塔使用條件，可一定程度上減小桿塔耗材，同時(shí)對控制風(fēng)偏可以起到很好的作用。但是減少檔距必然會(huì)增加桿塔的數(shù)量，增加工程本體投資。在實(shí)際工程中，需根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，有無條件減小檔距以及有無必要減小檔距，來確定是否采用減小檔距的方式來控制風(fēng)偏。

4.2 ?減小導(dǎo)線安全系數(shù)

減小導(dǎo)線的安全系數(shù)，會(huì)使導(dǎo)線張力σ增大，收緊導(dǎo)線，減小導(dǎo)線弧垂，進(jìn)而減小風(fēng)偏。減小導(dǎo)線的安全系數(shù)，弧垂減小，在一定的情況下可以減小桿塔呼高和桿塔數(shù)量，但是會(huì)增加轉(zhuǎn)角塔（桿）受力，會(huì)引起桿塔耗材增加，基礎(chǔ)混凝土也會(huì)增加，轉(zhuǎn)角鋼管桿增加尤為明顯，所以實(shí)際工程中減小導(dǎo)線的安全系數(shù)可能會(huì)增加工程投資。

4.3 ?改變導(dǎo)線形式

改變導(dǎo)線形式，主要是采用特殊材料制成的導(dǎo)線，常見的為耐熱導(dǎo)線。耐熱導(dǎo)線有碳纖維復(fù)合芯耐熱鋁合金型線、間隙型耐熱導(dǎo)線、殷鋼芯耐熱導(dǎo)線、鋁包鋼芯耐熱鋁合金絞線、鋁包鋼芯鋁合金絞線、鋁包鋼芯高強(qiáng)度耐熱鋁合金絞線等。在耐熱性導(dǎo)線時(shí)主要從其輸送容量、工程實(shí)際需要的導(dǎo)線弧垂、線損、施工工藝和運(yùn)行維護(hù)、經(jīng)濟(jì)性等多個(gè)方面綜合選擇。

4.4 ?絕緣子串采用V型串

直線塔絕緣子串采用V型串，可以限制絕緣子串在風(fēng)的作用下擺動(dòng)，可以很好地控制絕緣子串的風(fēng)偏。在線路路徑緊湊的地方，必要時(shí)也可以更換臨近桿塔的懸垂串，來達(dá)到控制風(fēng)偏的作用。但由于絕緣子串一般能承受較大的拉力而不能承受壓力，受壓時(shí)會(huì)使絕緣子脫落或損壞導(dǎo)致掉線事故的發(fā)生，故在輸電線路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意避免V型絕緣子串是否受壓。

4.5 ?增加重錘重量

較為常見增加重錘的安裝方式有：利用標(biāo)準(zhǔn)金具重錘片及重錘座安裝、安裝重錘式均壓環(huán)、自制重錘片安裝等方式。利用標(biāo)準(zhǔn)金具重錘片及重錘座安裝具有材料訂貨方便，但是增加了懸垂串的長度，往往不利于抑制風(fēng)偏。利用重錘式均壓環(huán)一般由合成絕緣子廠家提供，訂貨方便，且不會(huì)增加懸垂絕緣子串的長度，此方法在輸電線路工程中廣泛應(yīng)用。自制重錘片安裝的優(yōu)點(diǎn)是取材容易，不增加懸垂絕緣子串長度，但是重錘片和螺栓為非標(biāo)準(zhǔn)件，且適用范圍較窄。在輸電線路設(shè)計(jì)過程中，通過計(jì)算，需安裝60 kg以內(nèi)重錘能抑制風(fēng)偏的，則考慮安裝重錘，需安裝超過60 kg的重錘時(shí)，建議采取上述其他方式或增加一定的重錘配合上述其他方式來控制風(fēng)偏。

5 ?風(fēng)偏的監(jiān)測系統(tǒng)

輸電線路風(fēng)偏是威脅架空輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素之一，輸電線路發(fā)生風(fēng)偏，導(dǎo)致了線路跳閘停運(yùn)，給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成了較大的危害，并且風(fēng)偏的發(fā)生常伴有大風(fēng)和雷雨現(xiàn)象，給故障的判斷及查找?guī)硪欢ǖ睦щy，輸電線路采用風(fēng)偏監(jiān)測系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對架空輸電線路絕緣子串、耐張塔跳線、檔中導(dǎo)線的風(fēng)偏角、偏斜角，及對地電氣間隙進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測，同時(shí)采在使用過程中，維護(hù)人員通過上傳至監(jiān)控中心的監(jiān)測數(shù)據(jù)不僅可以了輸電線路風(fēng)偏（舞動(dòng)、弧垂）的情況，還能全面收集和長期積累數(shù)據(jù)資料，為輸電線路設(shè)計(jì)、運(yùn)行維護(hù)提供大量真實(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

6 ?結(jié) ?語

在輸電線路設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)綜合輸電線路現(xiàn)場實(shí)際位置、工程實(shí)際需要的導(dǎo)線風(fēng)偏、工程造價(jià)等多方面綜合選擇上述控制風(fēng)偏的方法，盡量做到在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，做出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案來控制工程造價(jià)。同時(shí)輸電線路風(fēng)偏對線路運(yùn)行安全影響較大，可以采用導(dǎo)線風(fēng)偏監(jiān)測裝置，實(shí)時(shí)對線路進(jìn)行監(jiān)控，給輸電線路的故障判斷和查找提供依據(jù)，為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

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