1 000 kV特高壓輸電線路籠式硬跳線電暈放電分析與處理

李博亞，宋金根，吳坤祥，劉紅鑫

（國網(wǎng)浙江省電力公司檢修分公司，杭州311232）

1 000 kV特高壓輸電線路籠式硬跳線電暈放電分析與處理

李博亞，宋金根，吳坤祥，劉紅鑫

（國網(wǎng)浙江省電力公司檢修分公司，杭州311232）

1 000 kV特高壓交流輸電線路具有輸電能力強(qiáng)、覆蓋范圍廣、網(wǎng)損小的優(yōu)勢，但同時(shí)也存在電場環(huán)境復(fù)雜、運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)高等特點(diǎn)?；\式硬跳線是特高壓線路建設(shè)中常用的連接方式，其所處電場環(huán)境較為復(fù)雜，電暈比普通線路更為嚴(yán)重，甚至?xí)a(chǎn)生明顯異響，嚴(yán)重影響線路安全運(yùn)行。通過對(duì)特高壓線路籠式硬跳線電暈放電的電氣特性和結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行分析，給出了調(diào)整轉(zhuǎn)接點(diǎn)結(jié)構(gòu)、增大導(dǎo)線截面2種處理措施，并結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)評(píng)估了改善效果，為今后處理類似缺陷提供了參考。

特高壓；輸電線路；籠式硬跳線；電暈放電；分析處理

0 引言

1 000 kV浙福線起于1 000 kV安吉站，止于1 000 kV榕城站，作為浙江省內(nèi)最重要的特高壓線路之一，投運(yùn)首年便累計(jì)為浙江供電63億kWh，在提高“浙江-福建”聯(lián)網(wǎng)輸電能力的同時(shí)，還增強(qiáng)了華東電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平和抵御嚴(yán)重故障的能力，對(duì)華東電網(wǎng)特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)、跨流域補(bǔ)償和余缺調(diào)節(jié)效益均發(fā)揮了重要作用，該線路安全運(yùn)行直接關(guān)系浙江省乃至整個(gè)華東地區(qū)電網(wǎng)的安全性、可靠性。

特高壓輸電線路耐張塔跳線作為連接輸電線路通道的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，對(duì)線路安全運(yùn)行起著重要作用?；\式硬跳線用在特高壓架空輸電線路的耐張塔上，其安裝型式關(guān)系到架空輸電線路導(dǎo)線絕緣懸掛體系的可靠運(yùn)行，其組成結(jié)構(gòu)是線路中最復(fù)雜的部分，電暈比線路其他部位更加嚴(yán)重，甚至發(fā)生異響并影響線路安全運(yùn)行，通過對(duì)存在異響的跳線進(jìn)行多種形式的合理化改造，可有效減弱電暈放電現(xiàn)象。

1 跳線放電概況

在1 000 kV浙福線巡視中發(fā)現(xiàn)有3基耐張塔中相存在異常聲響，利用紫外成像儀對(duì)其中2基塔進(jìn)行檢測，均發(fā)現(xiàn)跳線鼠籠拐角點(diǎn)有明顯放電現(xiàn)象（見圖1），光點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)顯示數(shù)值達(dá)2 300。

圖1 基塔跳線放電紫外成像情況

通過登塔近點(diǎn)觀察，發(fā)現(xiàn)跳線轉(zhuǎn)接點(diǎn)放電處導(dǎo)線及金具普遍烏黑，但未發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線有明顯損傷（見圖2）。

圖2 跳線子導(dǎo)線放電變黑情況

發(fā)生電暈放電的跳線采用的是JL/G1A-500/ 45導(dǎo)線，其主要參數(shù)見表1。該類型導(dǎo)線適用于海拔1 500 m以下地區(qū)，安裝方式為八分裂籠式硬跳線，分裂導(dǎo)線外接圓直徑為1 045 mm。

表1 JL/G1A-500/45導(dǎo)線主要參數(shù)

2 電暈放電分析

2.1 電氣特性分析

特高壓輸電線路跳線發(fā)生電暈放電原因比較復(fù)雜，其與桿塔結(jié)構(gòu)、導(dǎo)線表面狀況、安裝工藝、負(fù)荷大小、空氣密度、空氣濕度、風(fēng)速等均有較大關(guān)系。電暈放電基本原理為：當(dāng)導(dǎo)線表面電場強(qiáng)度足夠大，致使導(dǎo)線附近氣體加速電離，形成大量的離子崩，產(chǎn)生大量的正負(fù)離子和電子，電子與原子互相碰撞，在不斷地電離和復(fù)合過程中釋放出大量的能量并產(chǎn)生暈光和響聲。美國工程師皮克（F.W.peek）針對(duì)架空輸電線路電暈放電給出了一系列經(jīng)驗(yàn)公式[1]，其中起暈臨界場強(qiáng)E0按公式（1）計(jì)算：

式中：r0為導(dǎo)線半徑；δ為空氣相對(duì)密度；m1為導(dǎo)線表面粗糙系數(shù)，對(duì)于表面平滑的非交合導(dǎo)線m1為1，否則m1＜1；m2為氣象系數(shù)，對(duì)于不同氣象情況，m2范圍在0.8～1。

由公式（1）可知：導(dǎo)線半徑越大，起暈場強(qiáng)越大；導(dǎo)線表面越粗糙，起暈場強(qiáng)越小。

籠式硬跳線在結(jié)構(gòu)及所處電場環(huán)境上比導(dǎo)線更為復(fù)雜，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，中相跳線的電暈場強(qiáng)較其他兩相略高，中相跳線表面場強(qiáng)受相間的影響較大。外、內(nèi)角側(cè)中相受相間影響百分占比分別為16.57%和22.78%，尤其在跳線轉(zhuǎn)接點(diǎn)處隨著跳線曲率的變化，在其表面形成電場疊加，轉(zhuǎn)接點(diǎn)曲率較大時(shí)，分裂導(dǎo)線間距相對(duì)減小，跳線等值半徑縮小，導(dǎo)致電場強(qiáng)度進(jìn)一步增大，極易突破起暈場強(qiáng)臨界值，進(jìn)而發(fā)生明顯電暈放電，通過儀器觀測甚至可見明顯火花。

2.2 結(jié)構(gòu)特性分析

單回路特高壓交流輸電線路耐張塔通常采用“干”字型鐵塔，中相跳線通常采用繞引跳線的型式，跳線串掛點(diǎn)位于地線支架上，整副跳線位于中相導(dǎo)線上方，跳線水平部分是以鋼制箍管為支撐的籠式硬跳線，兩端采用普通軟跳線，軟跳線呈近似懸鏈線狀自然下垂，與導(dǎo)線通過耐張壓接管連接，其聯(lián)接整體效果如圖3所示。

籠式硬跳線轉(zhuǎn)為軟跳的轉(zhuǎn)接點(diǎn)通常采用一種過渡連接裝置，其安裝要求根據(jù)跳線布置實(shí)際情況通過對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕嵌日{(diào)整，使跳線轉(zhuǎn)接點(diǎn)平滑過渡，局部結(jié)構(gòu)如圖4所示。

由于該塔大號(hào)側(cè)處于下坡方向，大號(hào)側(cè)耐張串整體下傾，導(dǎo)致大號(hào)側(cè)跳線高差增大，跳線轉(zhuǎn)接點(diǎn)曲率變小，根據(jù)鋼芯鋁絞線第n層絞線結(jié)構(gòu)（見圖5），可得跳線受軸向彎矩計(jì)算公式如下[2]：

式中：M為第n層股線的軸向力對(duì)中性軸的彎矩；Fn為第n層股線的軸向力，高差較大時(shí)，軟跳線部分跳線重力對(duì)Fn起決定作用；Rn為第n層股線的中心半徑；Kn為第n層股線數(shù)；an為第n層股線的捻角；θi為第n層第i股圓心與導(dǎo)線中心連線和中性軸夾角；x為股線繞圓柱上升距離；E0I0為導(dǎo)線剛度系數(shù)。

圖3 中相繞引跳線結(jié)構(gòu)示意

圖4 籠式硬跳線轉(zhuǎn)接點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意

圖5 第n層絞線結(jié)構(gòu)示意

根據(jù)撓曲線近似微分方程及其積分得到彎矩與曲率的關(guān)系：

式中：ρ為導(dǎo)線曲率。

由公式（2）和（3）易得：當(dāng)跳線大號(hào)側(cè)處于下坡方向，由于軟跳線增長，高差增大，使跳線轉(zhuǎn)接點(diǎn)受力增加，致使過渡聯(lián)接部分曲率變小，增加了電暈放電可能性。

3 處理措施

通過對(duì)電暈放電跳線實(shí)際情況進(jìn)行分析，對(duì)其中2基情況較好的跳線采取相應(yīng)調(diào)整措施，進(jìn)而為較嚴(yán)重的跳線處理提供參考。

3.1 調(diào)整轉(zhuǎn)接點(diǎn)結(jié)構(gòu)

對(duì)其中一基塔跳線硬跳與軟跳聯(lián)接裝置進(jìn)行角度調(diào)整，轉(zhuǎn)接點(diǎn)的曲率應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整為所能達(dá)到的最大值，保證轉(zhuǎn)接點(diǎn)處的軟跳線平順；同時(shí)連接裝置轉(zhuǎn)接頭應(yīng)朝向耐張串引流壓接管方向，并且與硬跳的角度調(diào)整到30～40°。與此同時(shí)，在軟跳線靠近轉(zhuǎn)接點(diǎn)處加裝一個(gè)跳線間隔棒，對(duì)軟跳起到支撐和平滑過渡作用。通過對(duì)處理前后放電現(xiàn)象及紫外成像監(jiān)測對(duì)比，發(fā)現(xiàn)光點(diǎn)數(shù)由原來2 300降至1 830（未考慮天氣及濕度影響），對(duì)抑制跳線電暈放電起到一定作用，但效果一般。

3.2 增大導(dǎo)線截面

根據(jù)公式（3），通過增加導(dǎo)線截面積可有效提高導(dǎo)線剛度系數(shù)，減小導(dǎo)線在彎矩作用下產(chǎn)生的形變，故考慮將原跳線導(dǎo)線規(guī)格由JL/G1A-500/ 45更換為JL/G1A-630/45，其導(dǎo)線參數(shù)見表2。

表2 JL/G1A-630/45導(dǎo)線主要參數(shù)

在更換跳線導(dǎo)線規(guī)格的同時(shí)，調(diào)整轉(zhuǎn)接點(diǎn)結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)光點(diǎn)數(shù)由2 050降至230，效果顯著（如圖6所示）。

圖6 跳線電暈放電處理前后紫外成像對(duì)比

4 結(jié)語

特高壓輸電線路耐張塔跳線作為連接輸電線路通道的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，對(duì)線路安全運(yùn)行起至關(guān)重要作用，但因其所處電場的復(fù)雜性和特殊性，更易產(chǎn)生電暈放電。通過對(duì)電暈放電的電氣特性和結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行分析，找到解決整體思路，并結(jié)合實(shí)際運(yùn)行中的監(jiān)測數(shù)據(jù)，給出多種有效處理方法，從而解決硬、軟跳線轉(zhuǎn)接點(diǎn)由于高差過大或其他原因?qū)е碌碾姇灧烹妴栴}。上述方法可為今后處理同類問題提供解決思路。

[1]嚴(yán)璋，朱德恒.高電壓絕緣技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2002.

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（本文編輯：方明霞）

Corona Discharge Analysis and Treatment of Cage-type Rigid Jumper on 1 000 kV UHV Transmission Lines

LI Boya，SONG Jingen，WU Kunxiang，LIU Hongxin
（State Grid Zhejiang Maintenance Branch Company，Hangzhou 311232，China）

1 000 kV UHV AC transmission lines have advantages of large transmission capability，wide coverage and small transmission loss，but it also has the characteristics of complicated electric field and high operational risk.Cage-type rigid jumper is the most commonly used connection in the construction of UHV lines. The electric field environment is complicated，the corona is more serious than that of ordinary lines and there is even abnormal sound，affecting line operation safety seriously.Through electrical characteristics and structural characteristic analysis on corona discharge of the cage-type rigid jumper on 1 000 kV UHV transmission lines，the paper brings forward countermeasures such as transfer point structure adjustment，line section increase；moreover，it evaluates the transformation effect in accordance to field monitoring data，providing reference to treatment of similar defects in the future.

UHV；transmission line；cage-type rigid jumper；corona discharge；analysis and treatment

10.19585/j.zjdl.201706003

1007-1881（2017）06-0012-04

TM851

B

2017-03-08

李博亞（1989），男，助理工程師，主要從事超/特高壓輸電線路運(yùn)檢及管理工作。