輸電線路防風(fēng)偏技術(shù)綜述

謝凱 李雪桓 任鵬亮

（1.國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院設(shè)備狀態(tài)評價中心，河南 鄭州 450052；2.河南恩湃高科集團有限公司，河南 鄭州 450052）

輸電線路防風(fēng)偏技術(shù)綜述

謝凱1李雪桓1任鵬亮2

（1.國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院設(shè)備狀態(tài)評價中心，河南 鄭州 450052；2.河南恩湃高科集團有限公司，河南 鄭州 450052）

輸電線路的風(fēng)偏閃絡(luò)是影響線路安全運行的主要問題之一，由于閃絡(luò)后重合閘成功率低，一旦發(fā)生風(fēng)偏事故，將嚴重影響電力系統(tǒng)供電可靠性。基于此，本文介紹架空輸電線路風(fēng)偏放電發(fā)生的原因及特點，總結(jié)目前常見的各項防風(fēng)偏技術(shù)，并對比分析各項技術(shù)的優(yōu)缺點。

輸電線路；風(fēng)偏；防風(fēng)偏技術(shù)

輸電線路風(fēng)偏是指導(dǎo)線在風(fēng)力的作用下發(fā)生偏離，導(dǎo)致其對桿塔絕緣距離不夠，發(fā)生閃絡(luò)放電的現(xiàn)象。輸電線路的風(fēng)偏放電一直是影響線路安全穩(wěn)定運行的主要問題之一，特別是對于主干輸電線路，由于其具有閃絡(luò)后重合閘不易成功的特點，一旦發(fā)生風(fēng)偏閃絡(luò)事故，將造成大面積停電，嚴重影響電力系統(tǒng)供電的可靠性［1-2］。據(jù)不完全統(tǒng)計，2005-2014年，全國110（66）kV及以上輸電線路僅風(fēng)偏跳閘就達851條次，故障停運422條次；2013-2015年，國家電網(wǎng)超高壓輸電線路風(fēng)偏跳閘次數(shù)占全年跳閘總次數(shù)的比例分別為11.14%、5.78%和9.81%，風(fēng)偏閃絡(luò)已成為輸電線路發(fā)生故障的主要原因之一。因此，深入研究輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)的原因及特點，總結(jié)現(xiàn)有的輸電線路防風(fēng)偏技術(shù)，是提高電力系統(tǒng)供電可靠性的客觀需求，具有重要的現(xiàn)實意義。

1 輸電線路風(fēng)偏

1.1 輸電線路風(fēng)偏發(fā)生的原因

針對近年來發(fā)生的風(fēng)偏跳閘事故，國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的專家進行了研究與分析，認為線路風(fēng)偏閃絡(luò)主要是由外因和內(nèi)因兩方面因素造成的。外因是自然界發(fā)生的強風(fēng)和暴雨天氣，造成輸電線路空氣間隙減小，當(dāng)間隙的電氣強度不能承受系統(tǒng)運行電壓時就會發(fā)生擊穿放電；內(nèi)因是線路設(shè)計時，對惡劣氣象條件的估計不足，線路風(fēng)偏角安全裕度偏小，導(dǎo)致輸電線路抵御強風(fēng)的能力不強［3］。

1.2 輸電線路風(fēng)偏發(fā)生規(guī)律和特點

1.2.1 風(fēng)偏閃絡(luò)多發(fā)生在惡劣氣象條件下。通過對歷年來各地區(qū)輸電線路風(fēng)偏跳閘事故的調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)線路發(fā)生風(fēng)偏跳閘時，該區(qū)域均有強風(fēng)出現(xiàn)，且大多數(shù)情況下還伴有大暴雨或冰雹等局部強對流天氣。這樣一方面，在強風(fēng)作用下，導(dǎo)線向塔身出現(xiàn)一定的位移和偏轉(zhuǎn)，使得空氣放電間隙減?。涣硪环矫?，降雨或冰雹降低了導(dǎo)線與桿塔間隙的工頻放電電壓，二者共同作用導(dǎo)致線路發(fā)生風(fēng)偏跳閘。

圖1 Ⅰ型串改Ⅴ型串后的效果圖

圖2 加裝重錘后的現(xiàn)場效果圖

1.2.2 放電燒痕明顯，放電路徑清晰。從放電路徑來看，風(fēng)偏閃絡(luò)主要有3種形式：導(dǎo)線對桿塔構(gòu)件放電、導(dǎo)線線間放電和導(dǎo)線對周邊物體放電。他們的共同特點是：風(fēng)偏閃絡(luò)發(fā)生后，導(dǎo)線或?qū)Ь€側(cè)金具上燒傷痕跡明顯，放電路徑清晰。導(dǎo)線對桿塔構(gòu)件放電時，主放電點多在腳釘、角鋼端部等突出位置；導(dǎo)線對周邊物體放電時，導(dǎo)線上放電痕跡長度可超過1m，對應(yīng)的周邊物體上會有明顯的黑色燒焦放電痕跡。

1.2.3 風(fēng)偏閃絡(luò)重合閘成功率低。由于風(fēng)偏跳閘一般在出現(xiàn)強風(fēng)天氣時發(fā)生，強風(fēng)的持續(xù)時間往往超出重合閘動作時間段，使得重合閘動作時，放電間隙仍然較小；同時，重合閘動作時，系統(tǒng)中將出現(xiàn)一定幅值的操作過電壓，導(dǎo)致間隙再次放電。因此，線路發(fā)生風(fēng)偏跳閘時，重合閘成功率較低，嚴重影響了供電的可靠性。統(tǒng)計結(jié)果表明，大多數(shù)500kV線路發(fā)生風(fēng)偏跳閘時，都造成了線路非計劃停運。

1.2.4 風(fēng)偏放電發(fā)生地域不確定。國網(wǎng)公司風(fēng)偏跳閘事故統(tǒng)計結(jié)果表明，風(fēng)偏故障涉及范圍廣泛，故障發(fā)生地大多并無明顯地形地貌上的特殊性，這就導(dǎo)致輸電線路的改造范圍大，風(fēng)偏治理難度高。

風(fēng)偏事故是電網(wǎng)正常運行的重大安全隱患，一旦發(fā)生風(fēng)偏事故，將會造成重大經(jīng)濟損失。因此，高壓輸電線路的風(fēng)偏研究一直受到工程界的廣泛關(guān)注。深入研究輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)并提出行之有效的防風(fēng)偏技術(shù)，具有重要的工程實際意義和技術(shù)經(jīng)濟效益。

2 輸電線路防風(fēng)偏技術(shù)

2.1 Ⅰ型串改Ⅴ型串

發(fā)生風(fēng)偏閃絡(luò)的桿塔塔形以直線塔為主，對于已建成線路，可將易發(fā)生風(fēng)偏放電的直線塔的懸垂絕緣子串改造成Ⅴ型絕緣子串（Ⅰ型串改Ⅴ型串）；對于新建線路，在可能發(fā)生強風(fēng)的地區(qū)，直線桿塔也應(yīng)盡量采用Ⅴ型絕緣子串結(jié)構(gòu)。Ⅴ型串可增加導(dǎo)線和絕緣子的橫向約束，防止導(dǎo)線和絕緣子在強風(fēng)作用下向桿塔傾斜，有效降低風(fēng)偏故障發(fā)生的概率。圖1為Ⅰ型串改Ⅴ型串后的實際效果圖。

表1 幾種防風(fēng)偏技術(shù)的優(yōu)缺點對比

2.2 加裝重錘

對于已建成線路，在檔距和桿塔形式都很難改變的情況下，可在易發(fā)生風(fēng)偏故障的直線塔的懸垂絕緣子串上加裝重錘，增掛重錘片相當(dāng)于增加了導(dǎo)線的垂直荷載，當(dāng)遇到大風(fēng)等惡劣氣象條件時，利用重錘片的垂直荷載來抵御風(fēng)荷載。加裝重錘后的現(xiàn)場效果如圖2所示。

2.3 氟硅橡膠導(dǎo)線護套

氟硅橡膠是一類新型高性能有機合成新材料，具有優(yōu)異的電氣及物理化學(xué)性能，尤其可貴的是對電場、臭氧長期耐受，可保證材料在自然環(huán)境下的長期機電性能，在輸電線路絕緣子懸垂端兩端導(dǎo)線上包裹一定厚度的氟硅橡膠導(dǎo)線護套（防風(fēng)偏導(dǎo)線護套）已成為抑制風(fēng)偏放電的重要方法之一。圖3為防風(fēng)偏導(dǎo)線護套的掛網(wǎng)效果圖。

圖3 防風(fēng)偏導(dǎo)線護套掛網(wǎng)效果圖

2.4 防風(fēng)偏拉線

在無人大風(fēng)區(qū)，輸電線路普遍采用加裝防風(fēng)偏拉線的方法抑制風(fēng)偏。通過在導(dǎo)線線夾處加裝平行掛板，連接絕緣子后用鋼絞線側(cè)拉至地面，就可起到在大風(fēng)時限制導(dǎo)線擺動，抑制風(fēng)偏的作用。防風(fēng)偏拉線的現(xiàn)場安裝效果如圖4所示。

圖4 防風(fēng)偏拉線現(xiàn)場效果圖

2.5 防風(fēng)偏絕緣拉索

防風(fēng)偏絕緣拉索是由棒體和棒體兩端的連接金具串聯(lián)而成，棒體包括內(nèi)部的棒芯和棒芯外部的傘裙，傘裙為硅橡膠復(fù)合材料。根據(jù)不同塔形，防風(fēng)偏絕緣拉索被設(shè)計成柔性和剛性兩種，主要區(qū)別在于棒芯是剛性環(huán)氧樹脂玻璃纖維引拔棒還是柔性高強度承力的錦綸材料。同時，為滿足不同安裝距離的要求，可采用長度可調(diào)節(jié)的分節(jié)組合式絕緣拉索。絕緣拉索安裝在塔身上，當(dāng)導(dǎo)線在大風(fēng)作用下偏向桿塔時，會被絕緣拉索阻擋，從而保證導(dǎo)線和塔身之間滿足安全距離要求。圖5為防風(fēng)偏絕緣拉索的現(xiàn)場安裝效果圖。

3 技術(shù)對比分析

如上所述，目前輸電線路的防風(fēng)偏技術(shù)主要有Ⅰ型串改Ⅴ型串、在絕緣子串下加裝重錘以及安裝防風(fēng)偏導(dǎo)線護套、防風(fēng)偏拉線和防風(fēng)偏絕緣拉索等［4-6］，各項防風(fēng)偏技術(shù)優(yōu)缺點總結(jié)如表1所示。

Ⅰ型串改Ⅴ型串在現(xiàn)場應(yīng)用中具有良好的防風(fēng)偏效果，但改造安裝的施工難度大、花費高昂，且改造時需要斷電，有些桿塔由于原始設(shè)計的原因，并不具備改造條件，塔頭結(jié)構(gòu)還需進行調(diào)整；加裝重錘的方法雖然可在一定程度上抑制風(fēng)偏，但效果有限，而且重錘片重達幾百公斤，加裝重錘增加了桿塔的額外負重，大風(fēng)時易造成桿塔受損，同時改造安裝時也需要斷電，改造成本較高；安裝防風(fēng)偏導(dǎo)線護套的方法人工維護量較大，施工安裝不方便，安裝改造需要斷電，同時導(dǎo)線發(fā)熱對導(dǎo)線護套影響較大；安裝防風(fēng)偏拉線的方法在無人大風(fēng)區(qū)應(yīng)用普遍，安裝維護方便簡潔，但該方法不適用于人流車輛密集區(qū)，應(yīng)用地域受限，而且拉線必須全部防盜，易盜區(qū)拉線還應(yīng)采取防據(jù)割措施，安全防范措施成本高。

圖5 防風(fēng)偏絕緣拉索現(xiàn)場安裝效果圖

防風(fēng)偏絕緣拉索安裝方便，施工時只需在塔身上打孔，安裝常用配套連接金具即可；相較于加裝重錘和Ⅰ型串改Ⅴ型串的方式，不需要改變桿塔橫擔(dān)結(jié)構(gòu)，減少了對桿塔的影響；同時，安裝改造不需要斷電，綜合費用低，技術(shù)優(yōu)勢顯著，目前已作為新技術(shù)納入2017年國家電網(wǎng)公司新技術(shù)目錄。該裝置于2013年1月首次應(yīng)用在河南電網(wǎng)500kV陽東Ⅱ線上，運行結(jié)果表明，防風(fēng)偏效果良好，具有極高的推廣應(yīng)用價值。截至2017年8月，防風(fēng)偏絕緣拉索已應(yīng)用于河南電網(wǎng)500kV陽東Ⅰ線、陽東Ⅲ線、邵周Ⅰ線、塔倉線4條線路的防風(fēng)偏線路改造中，安裝改造長度超過400km，桿塔數(shù)達900基。

4 結(jié)論

目前，我國在防風(fēng)偏技術(shù)的理論研究和實踐方面已經(jīng)取得了豐富的成果，各類防風(fēng)偏技術(shù)不斷出現(xiàn)，線路風(fēng)偏故障發(fā)生的概率不斷降低，電網(wǎng)供電可靠性得到顯著提高。相對于其他防風(fēng)偏技術(shù)，防風(fēng)偏絕緣拉索綜合性價比高，具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢，推廣價值高，應(yīng)用前景廣闊。但迄今為止，線路防風(fēng)偏技術(shù)還遠未達到線路防污那么成熟的程度，風(fēng)偏跳閘事故仍時有發(fā)生。因此，各線路運維單位應(yīng)加強與企業(yè)高校的合作，深入開展防風(fēng)偏的理論研究和實踐，進一步促進防風(fēng)偏技術(shù)和電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)的發(fā)展，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供保障。

［1］ 胡毅.輸電線路運行故障分析與防治［M］.北京：中國電力出版社，2007.

［2］ 盧明.輸電線路運行典型故障分析［M］.北京：中國電力出版社，2014.

［3］ 陳浩，郝福忠.高壓架空輸電線路防風(fēng)偏技術(shù)分析及應(yīng)用［J］.中國電力，2006（5）：45-48.

［4］ 孫永成，沈輝.超高壓輸電線路風(fēng)偏故障及防范措施分析［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（30）：186.

［5］ 國家電網(wǎng)公司運維檢修部.國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施（修訂版）及編制說明［M］.北京：中國電力出版社，2012.

［6］ 國家電網(wǎng)公司運維檢修部.輸電線路六防工作手冊-防風(fēng)害［M］.北京：中國電力出版社，2015.

The Overview of Anti-Windage Yaw Technology for Transmission Line

Xie Kai1Li Xuehuan1Ren Pengliang2
（1.State Grid Key Laboratory of Power Overhead Transmission Line Galloping Prevention Technique，State Grid Henan Electric Power Research Institute，Zhengzhou Henan 450052；2.Henan Epri Gaoke Group Co.,Ltd.，Zhengzhou Henan 450052）

The flashover accident caused by windage yaw on transmission line is one of the main problems that influence the safe operation of transmission line.Due to the low success rate of reclosing after flash?over,once the accidents caused by windage yaw occur,the reliability of power supply system will be seri?ously affected.In this paper,causes and characteristics of windage yaw discharge in overhead transmission line were introduced,and common anti-windage yaw technologies were listed and summarized.The advantag?es and disadvantages of these techniques were also analyzed and compared.

transmission line；windage yaw；anti-windage yaw technology

TM75

A

1003-5168（2017）11-0094-04

2017-10-12

謝凱（1975-），男，博士，高級工程師，研究方向：輸電線路狀態(tài)監(jiān)測。