一起50050000 k Vk V V輸電線路風偏故障的分析研究

饒斌斌，胡 京，李陽林，徐陳華

（1.國網(wǎng)江西省電力科學研究院，江西南昌 330096；2.國網(wǎng)江西省電力公司，江西南昌 330096）

0 引言

輸電線路的風偏故障一直是影響線路安全運行的問題之一，與雷擊等其它原因引起的故障相比，風偏故障的重合成功率很低，一旦發(fā)生風偏跳閘，造成線路停運的幾率就很大。特別是500 kV及以上電壓等級骨干線路，一旦發(fā)生風偏跳閘事故，將造成大面積停電，嚴重影響供電可靠性。

對輸電線路風偏放電引起的故障進行調(diào)查分析，深究其原因，研究并制定相關防治措施，可以降低輸電線路風偏放電故障率，提高輸電線路的安全運行水平。

1 故障情況

2014年7月23日18：23，某500 kV線路A相故障，重合不成功。故障巡視發(fā)現(xiàn)該500 kV線路37號塔A相（邊相）導線有明顯燒傷痕跡，對應靠近A相導線的鐵塔上曲臂主材、斜材均有明顯放電燒傷痕跡。因臺風過境，故障時段為大風天氣，線路附近鴨棚、樹木均出現(xiàn)不同程度的被大風吹倒的現(xiàn)象，結合導線、塔材上的放電位置及痕跡特點，初步判斷為A相導線發(fā)生風偏故障導致A相接地短路跳閘。

圖1 故障桿塔全景

圖2 導線上放電斑點

圖3 塔材上放電痕跡

2 故障桿塔基本情況

37號故障桿塔位于某縣一個村莊內(nèi)，佇立于一塊水田中，海拔高度為12.1 m，周邊地勢較為平坦，線路走廊情況較好，周圍多為低矮的小樹，無高大繁密樹竹。現(xiàn)場見圖4。

圖4 故障桿塔周邊現(xiàn)場照片

2.1 桿塔本體情況

37號故障桿塔為ZB1V型鐵塔，呼稱高為33 m，導線采用4×LGJ-400/35型鋼芯鋁絞線，邊相采用單聯(lián)上扛式懸垂絕緣子串，絕緣子為28片盤形玻璃絕緣子（8片TU160/155/VLCG＋20片TU160/155/CG），絕緣子串重為219.65 kg，串長為4.96 m（28×0.155 m+0.620 m）。該桿塔按典型Ⅴ類氣象區(qū)的設計，按照《110kV-750 kV架空輸電線路設計規(guī)范》（GB 5054-2010），設計最大風速為27 m/s（離地高度10 m的風速）。故障塔塔頭尺寸如圖5所示。

圖5 故障桿塔（ZB1V型）塔頭尺寸

2.2 所處耐張段情況

37號塔所處的耐張段為34-41號塔，37號水平檔距為440 m，垂直檔距為426.52 m，耐張段代表檔距為438.07 m。

3 故障桿塔風偏校驗

3.1 風偏校驗計算公式

在典型Ⅴ類氣象區(qū)的設計氣象條件下，利用matlab 37號塔的邊相進行風偏校核計算。

1）絕緣子串的風偏角計算：

式（1）中：

Φ—懸垂絕緣子串風偏角，（°）；

PI—懸垂絕緣子串風壓，N/mm2；

GI—懸垂絕緣子串重力，N；

P—相應于工頻電壓、操作過電壓及雷電過電壓風速下的導線風荷載，N/m；

W1—導線自重力，N/m；

LH—懸垂絕緣子串風偏角計算用桿塔水平檔距，m；

LV—懸垂絕緣子串風偏角計算用桿塔垂直檔距，m；

a—塔位高差系數(shù)；

T—相應于工頻電壓、操作過電壓及雷電過電壓。風速下的導線張力，N；

2）懸垂絕緣子串風壓（PI）計算：

式（2）中：

V—設計采用的10 min平均風速，m/s；

AI—絕緣子串受風面積，m2。

3）導線及地線的水平風荷載標準值和基準風壓標準值計算：

式（3）中：

WX—垂直于導線及地線方向的水平荷載標準值，kN；

3.2 風偏校驗計算結果

各工況條件下該故障桿塔的環(huán)境參數(shù)設置見表1。

表1 故障桿塔的環(huán)境參數(shù)

根據(jù)2.2、2.3節(jié)桿塔參數(shù)和3.1節(jié)的公式通過matlab軟件進行計算，得到各工況下絕緣子串的風偏參數(shù)如表2所示。

表2 絕緣子串的風偏參數(shù)

根據(jù)計算結果，各工況下故障桿塔A相懸垂絕緣子串風偏仿真如圖6、7、8所示。

圖6 工頻工況下的A相風偏間隙圓

圖7 操作過電壓工況下的A相風偏間隙圓

圖8 雷電過電壓工況的的A相風偏間隙圓

根據(jù)圖示，在工頻工況、操作過電壓工況和雷電過電壓工況下，A相懸垂絕緣子串風偏間隙圓離塔材均沒有和塔材相切或者相交，可見，故障桿塔A相導線對塔材防風偏設計滿足《110 kV-750 kV架空輸電線路設計規(guī)范》（GB 5054-2010）要求。

4 風偏故障時的運行工況分析

通過對故障桿塔的防風偏校驗分析，可以得出故障時段的風速超出了設計最大風速，但是還不能確定是在何種工況下發(fā)生的風偏故障，因線路無檢修操作，因此僅需考慮在工頻電壓或雷電過電壓2種工況。

1）在工頻電壓工況下，根據(jù)《電力工程高壓送電線路設計手冊》，設置最小空氣擊穿間隙為1.2 m，并留有0.2 m的裕度。

通過計算，發(fā)生風偏故障的臨界風偏角為49.2°，臨界風速為28.9 m/s，通過查詢故障時段的天氣情況，受臺風“麥德姆”影響，臺風力等級最高為7級，風速17~20 m/s，未達到該臨界風速。

圖9 工頻工況下的A相風偏故障臨界點

2）在雷電過電壓工況下，根據(jù)《電力工程高壓送電線路設計手冊》，最小空氣擊穿間隙設置為3.3 m，并留有0.2 m的裕度。

通過計算，當間隙圓與塔身剛好相切，即發(fā)生風偏故障的臨界風偏角為22.3°，臨界風速為14.3 m/s（離地高度10 m風速），故障時段風速為17~20 m/s，超出了雷擊工況下的風偏臨界風速。

圖10 雷電過電壓工況的A相風偏故障臨界點

圖11 故障時段的落雷情況（黃色標志為落雷）

通過查詢雷電定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在故障時段前后1 min內(nèi)，故障桿塔37號塔附近落雷個數(shù)達13個，且雷電流幅值均超過該桿塔的繞擊耐雷水平。結合故障時段天氣情況。可以判斷：37號塔的風偏故障是邊相導線在超過14.3 m/s的風速下發(fā)生一定的風偏角，同時遭受雷電繞擊的情況下，導線與塔身空氣間隙被擊穿導致線路放電跳閘。

5 總結及建議

1）此次500 kV線路風偏故障桿塔的A相導線對塔材防風偏設計滿足《110 kV-750 kV架空輸電線路設計規(guī)范》（GB 5054-2010）要求。發(fā)生風偏故障的原因是A相導線在超過設計最大風速（雷擊工況）下發(fā)生一定的風偏角，同時遭受雷電繞擊的情況下，導線與塔身空氣間隙被擊穿導致線路放電跳閘。

2）改建線路應做好風偏校核工作，對風偏校核不滿足反措相關要求的桿塔應及時進行改造，調(diào)爬增加絕緣子片數(shù)時，應對每基桿塔絕緣子串對塔身各種工況下的風偏間隙進行校驗，選擇合理的防風偏措施。

[1]GB 5054-2010 110 kV-750 kV架空輸電線路設計規(guī)范[S].

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[6]李孟春，張艷玲等．懸垂絕緣子串風偏最小間隙距離計算分析[J].電測與儀表，2012，49（555），7-10．