架空輸電線路三角支撐防風(fēng)偏裝置研究探討

宋宏圖

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司晉中供電公司，山西 晉中 030600）

引言

根據(jù)《國(guó)家電網(wǎng)有限公司2020年暨十三五輸電線路運(yùn)行情況分析》，風(fēng)偏故障在導(dǎo)致500 kV及以上線路故障停運(yùn)的原因中占總數(shù)的24.3%，是僅次于外力破壞造成故障停運(yùn)的最主要原因。根據(jù)山西晉中地區(qū)的30年一遇的風(fēng)區(qū)分布圖及颮線風(fēng)分布圖可知，榆次區(qū)、平遙縣和靈石縣為較大風(fēng)速區(qū)及颮線區(qū)，途經(jīng)該區(qū)域的輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)概率大，亟需進(jìn)行風(fēng)偏故障治理。而目前廣泛使用的重錘法、牽制法等方法存在治理效果有限、不便于帶電作業(yè)等缺點(diǎn)。新型隔離拉索法存在不穩(wěn)定、需現(xiàn)場(chǎng)加工等缺點(diǎn)，不便于推廣使用。

1 風(fēng)的種類及風(fēng)偏故障機(jī)理

風(fēng)產(chǎn)生于由太陽(yáng)輻射熱引起的空氣流動(dòng)，由于風(fēng)速大小、風(fēng)向、濕度及地域的不同，會(huì)產(chǎn)生許多類型的風(fēng)。如陣風(fēng)、臺(tái)風(fēng)、龍卷風(fēng)、山谷風(fēng)、季風(fēng)、冰川風(fēng)和颮線風(fēng)等。其中，對(duì)架空輸電線路造成危害的主要是臺(tái)風(fēng)、颮線風(fēng)、龍卷風(fēng)和地方性風(fēng)等。

臺(tái)風(fēng)是由熱帶氣旋不斷加強(qiáng)形成的，主要發(fā)生在東南沿海。颮線風(fēng)是由若干雷云單體排列形成的一條狹長(zhǎng)雷暴雨帶，水平長(zhǎng)度大約幾十到幾百千米，寬度約為一到幾千米，持續(xù)時(shí)間約幾十分鐘到十幾小時(shí)。龍卷風(fēng)是大氣中最強(qiáng)的漩渦現(xiàn)象，是一種極強(qiáng)烈而威猛的旋風(fēng)。地方性風(fēng)則是由于特殊的地理位置、地形等影響而產(chǎn)生的帶有地方性特征的風(fēng)系，主要包括山谷風(fēng)、布拉風(fēng)和峽谷風(fēng)等。

發(fā)生線路風(fēng)偏閃絡(luò)的直接原因是在大氣環(huán)境中出現(xiàn)的各種不利氣象條件，造成空氣間隙減小，當(dāng)間隙的電氣強(qiáng)度不能承受系統(tǒng)運(yùn)行電壓時(shí)，就會(huì)發(fā)生擊穿放電。在強(qiáng)風(fēng)或颮線風(fēng)的作用下，絕緣子串向桿塔方向傾斜，減小了導(dǎo)線與桿塔的空氣間隙，當(dāng)距離不能滿足絕緣強(qiáng)度要求時(shí)，就會(huì)發(fā)生放電。由于強(qiáng)風(fēng)時(shí)常伴有暴雨及冰雹，在強(qiáng)風(fēng)作用下，暴雨會(huì)沿著風(fēng)向形成定向性的間斷型水線，當(dāng)水線方向與放電途徑方向相同時(shí)，導(dǎo)線與桿塔間隙的工頻放電電壓會(huì)進(jìn)一步降低，增大了風(fēng)偏閃絡(luò)的概率[1]。

2 風(fēng)偏校驗(yàn)

近幾年來，由于運(yùn)行線路的玻璃或瓷質(zhì)絕緣子更換為復(fù)合絕緣子，復(fù)合絕緣子較玻璃或瓷質(zhì)絕緣子輕，風(fēng)偏角增大。因此，在使用前須做好風(fēng)偏角和空氣間隙的校核[2]。

絕緣子串的風(fēng)偏角計(jì)算式如下：

式中：θ為懸垂絕緣子串風(fēng)偏角；G1為懸垂絕緣子串自重，N；Lh為桿塔水平檔距，m；Lv為桿塔垂直檔距，m；W為導(dǎo)線自重力，N/m；P為導(dǎo)線風(fēng)荷載，N/m；P1為懸垂絕緣子串風(fēng)壓，N；P1=9.81A1V2/16，V為計(jì)算時(shí)所用風(fēng)速，m/s；A1為絕緣子串受風(fēng)面積，m2，單盤徑為255 mm的絕緣子每片取0.2 m2，大盤徑及雙盤徑者取0.3 m2，金具零件受風(fēng)面積取每串0.05 m2，雙聯(lián)絕緣子串的受風(fēng)面積取單聯(lián)的1.5～2.0倍。

式中：A為風(fēng)速不均勻系數(shù)，當(dāng)v≤10 m/s時(shí)，取1，當(dāng)10 m/s＜v≤15 m/s時(shí)，取0.75，當(dāng)v＞15 m/s時(shí)，取0.61；D為導(dǎo)線直徑，mm；B為電線體型系數(shù)，當(dāng)D＜17 mm時(shí)，取1.2，當(dāng)D≥17 mm時(shí)，取1.1。

防風(fēng)偏校驗(yàn)時(shí)應(yīng)將基本風(fēng)速折算到導(dǎo)線平均高度后再進(jìn)行風(fēng)偏驗(yàn)算。1 000 kV、±800 kV線路下導(dǎo)線平均高度取30 m，500 kV線路下導(dǎo)線平均高度取20 m，220 kV線路下導(dǎo)線平均高度取15m，由此分別推算下、中、上導(dǎo)線校驗(yàn)風(fēng)速。1 000 kV風(fēng)偏校驗(yàn)間隙，工頻凈空距離3 300 mm，瓶口弧垂（平地為450 mm、山地為800 mm）、桿塔厚度為300 mm?！?00 kV校驗(yàn)間隙，工頻凈空距離為2 500 mm、瓶口弧垂（平地450為mm、山地為800 mm）、桿塔厚度為300 mm。500 kV風(fēng)偏校驗(yàn)間隙，工頻凈空距離為1 300 mm，瓶口弧垂（平地為400mm、山地為600mm）、桿塔厚度為150mm。220 kV校驗(yàn)間隙，工頻凈空距離為550 mm、瓶口弧垂（平地為300mm、山地為500mm）、桿塔厚度為150mm。瓶口弧垂應(yīng)加到懸垂絕緣子串長(zhǎng)后繪制間隙圓，進(jìn)行風(fēng)偏校驗(yàn)。在發(fā)生風(fēng)偏放電期間，氣象資料給出的風(fēng)速數(shù)據(jù)與反推出的風(fēng)速數(shù)據(jù)有一定的出入，考慮到氣象觀測(cè)站一般均設(shè)在城郊結(jié)合部，且所測(cè)數(shù)據(jù)為距地10 m高度的風(fēng)速數(shù)據(jù)，而導(dǎo)線，絕緣子的懸掛高度一般為20～30 m，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)程，其風(fēng)速應(yīng)乘以對(duì)應(yīng)的高度增加系數(shù)。

3 三角支撐防風(fēng)偏裝置研究

目前廣泛使用的重錘法、牽制法等方法存在治理效果有限、不便于帶電作業(yè)等缺點(diǎn)?，F(xiàn)有隔離中相推薦使用垂直拉索，下相推薦使用斜拉索，一側(cè)與絕緣子串鐵塔端掛點(diǎn)材連接，一側(cè)與鐵塔塔身角鋼主材連接。金具連接采用專用夾具+球頭掛環(huán)+復(fù)合絕緣子（2支）+碗頭掛板+U型掛環(huán)+鋼絞線+花籃螺栓+專用夾具。拉索法存在不穩(wěn)定、需現(xiàn)場(chǎng)加工等缺點(diǎn)，不便于推廣使用。

輸電線路三角支撐防風(fēng)偏裝置原理是在距桿塔有效風(fēng)偏防范安全距離處安裝一個(gè)絕緣阻擋限位裝置，在大風(fēng)等惡劣天氣下利用該裝置阻擋導(dǎo)線，避免導(dǎo)線距桿塔過近發(fā)生風(fēng)偏故障。三角支撐防風(fēng)偏方法在桿塔橫擔(dān)下層面處加裝豎直懸垂絕緣串用以阻擋因大風(fēng)作用而向內(nèi)側(cè)偏移，兩絕緣子連接處加裝碗頭護(hù)套以防止彈簧銷受壓脫出，在塔身邊側(cè)加裝兩串懸垂絕緣串與塔身呈水平三角形，用以穩(wěn)定支撐豎直懸垂絕緣子串。該裝置由豎直限位串、三角支撐串和連接部分組成。其中，豎直絕緣子串采用兩串懸垂絕緣子連接，需注意導(dǎo)線與絕緣子金具部分的距離，避免金具進(jìn)入雷電過電壓間隙圓。絕緣子與塔身、塔頭連接采用自制金具，避免因在塔身打孔而降低塔身物理強(qiáng)度的不良后果，減少裝置安裝對(duì)輸電桿塔本身的傷害[3-5]。

1）豎直限位串由自設(shè)計(jì)塔頭連接金具、直角掛板、球頭掛環(huán)、110 kV及220 kV復(fù)合懸式棒形絕緣子各1串組成。

2）三角支撐串由自設(shè)計(jì)塔身連接金具、雙聯(lián)碗頭掛板和2串220 kV復(fù)合懸式棒形絕緣子組成。

3）連接部分由雙聯(lián)碗頭掛板、聯(lián)板、直角掛板、球頭掛環(huán)、球頭防脫罩和碗頭防脫罩等組成。

以ZM塔為例，防風(fēng)偏配件明細(xì)如表1所示。

表1 ZM塔防風(fēng)偏配件明細(xì)

4 結(jié)語

目前該裝置已在220 kV小東ⅠⅡ線、北東Ⅱ線和東順線等線路，ZM1、LV塔、水泥桿及雙回路塔等不同塔型共計(jì)80余基桿塔上得到應(yīng)用，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。大風(fēng)期后進(jìn)行觀察，防風(fēng)偏故障效果顯著。水平呈三角形，整體呈四面體穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，可有效防止風(fēng)偏故障，長(zhǎng)期可靠性能優(yōu)異?？衫猛诉\(yùn)復(fù)合絕緣子，實(shí)現(xiàn)廢物利用，降低成本的同時(shí)又有助于環(huán)保?？蓭щ姲惭b，對(duì)設(shè)備電氣性能無影響，無需退運(yùn)重合閘，便于大規(guī)模推廣應(yīng)用。