輸電線路風偏故障的原因與解決對策

郭勁輝

摘要：風偏故障是高壓輸電線路面臨的故障問題，在高風速的影響下，輸電線路導線容易發生風偏跳閘現象，影響線路的持續運轉，中斷電力的持續供應，甚至會引發供電系統的安全故障問題。文章結合具體實例分析了輸電線路風偏故障的原因以及解決對策。

關鍵詞：輸電線路；風偏故障；高風速；風偏跳閘；電力供應 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM726 文章編號：1009-2374（2016）21-0131-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.21.064

輸電線路由于處于相對復雜的地理環境空間，很容易遭受來自外界氣候因素、地理因素等的影響，其中風力因素就是一大因素。輸電線路在強風影響下出現風偏跳閘問題，會破壞整個輸電線路的安全運轉，而且一旦出現風偏跳閘，就很難通過重合閘的方式恢復供電，嚴重時可能導致整個輸電線路的停運。因此必須重視輸電線路風偏故障的原因分析，并對應提供科學的解決

對策。

1 輸電線路概況與故障四周環境

1.1 輸電線路的風力影響

風力、風速的大小將直接影響導線的風偏，而且風偏會隨著風速的加大而嚴重，風速達到5～25米/秒時，輸電線路會出現跳躍，陣風會使導線隨風搖擺，甚至對周圍物體、桿塔等進行放電，遇到微氣象、微地區時，如果垂直的導線和風向之間成角在45度以上，則可能形成擺動，造成風偏故障。

根據該220kV輸電線路的實際情況，因為其處于山地地形、地勢較高，一邊山嶺遍布，氣象容易發生變化，輸電線路走向同風向之間夾角近90度，此區域的風速會越發變大。同時，根據相關部門的監測，以及后期的風速值計算，能夠得出故障點的風速勢必超出30米/秒，線軸同風向之間的夾角也大于45度。在強風力作用下，輸電線路承受過大的載荷，導致塔頭空氣間隙逐漸變小，形成對塔身的放電閃絡問題，導致故障的出現。

1.2 風速、風向與風偏跳閘的關系

輸電線路實際工作時，風速與風向會在很大程度上影響風偏放電，特別是當風向和線路方向相垂直時，會加劇導線風偏放電問題。

其中線路風壓可以通過以下公式來計算：

Wx=1/2αρV2μzμscdLpsin2θ

式中：V代表風速，通過觀察公式能夠得出：導線風壓同風速平方之間呈現正相關，這就意味著隨著風速的上升與增大，線路更易于出現風偏故障，從而造成巨大的故障問題。

一般來說，線路的風偏故障的發生是由于風向與導線方向垂直時的瞬時風力所導致的，風速急劇上升，對應的風向會不斷變化，也不易引發風偏故障。一旦風向與導線方向垂直，風速已經遠遠超越桿塔自身的承受力，則會造成桿塔倒塌，引發風偏跳閘。

1.3 風偏跳閘的計算

圖1是該220kV輸電線路6號桿塔頭的構造圖示，要想計算出風偏需要參照桿塔結構、線路參數、風速等一系列數據，對應得出搖擺角θ、校核間隙距離d，該塔為自立直線塔，塔型號為M2-33。

1.3.1 導線比載。

導線自重比載：

γ1=W0·G/S·1/1000

式中：W0為導線自重；G為重力加速度；S為電線

截面。

導線風比載：

γ4=α·k·V2·D·g·1/1000/16·S

式中：k為電線體型系數；V為風速；D為導線外徑。

1.3.2 絕緣子風壓。

Pj=AV2/1.6

式中：A代表絕緣子遭受風力影響的面積；V代表

風速。

1.3.3 絕緣子風偏搖擺角。

搖擺角θ=tanPj/2+（nSγ4Ih）/Gj/2+（nSγ1Iv）

式中：Ih為水平檔距；Gj為絕緣子自重；n為串數；Iv為垂直檔距。

2 輸電線路風偏故障的原因分析

結合以往220kV輸電線路風偏故障的經驗，再加上線路運行、監管等技術部門的現場監測、調查，通過分析故障區周圍的環境特點、地形特征以及氣候條件等，深刻而全面地分析并總結了風偏故障的起因。

第一，雷雨交加、狂風伴隨的天氣或者常年遭受大風襲擊的地區最容易發生風偏跳閘問題，特別是當某一區域形成了短時穩定強風氣候條件時，輸電線路就很容易遭受強風襲擊，形成風偏故障。

第二，輸電線路、桿塔等上面如果出現十分清晰的電弧灼燒痕跡，則意味著明顯的放電現象。

第三，由于輸電線路的風偏運動相對緩慢，有較長的慣性，要遠遠超出重合閘時間，重合閘重合不易成功，概率僅達到1/3。

第四，導線對塔身風偏跳閘特征：（1）由于風偏故障所導致的線路跳閘問題，重合閘不易成功操作，相對于避風的山地盆地地形，平原地形的線路桿塔更容易遭受風偏故障，因為平原地區的風向相對平衡、變化不大，而且風速容易超過安全標準；（2）遭受風偏故障的桿塔類型一般呈現為直線貓頭型，通常是邊相導線對塔身放電，出現這種現象的原因為貓頭型塔窗口通常較小，會產生狹管效應，遭受強風襲擊，從而引發風偏故障；（3）絕緣子的類型選擇十分關鍵，通常來說，同瓷質絕緣子或玻璃絕緣子相比，合成絕緣子由于構造簡單，無法有效遏制風偏，風偏得不到緩沖，直接作用于導線，從而引發風偏放電現象。

遭受風偏故障的桿塔，其垂直檔距一般都在300～400米，檔距越大，其導線就越容易遭受大風襲擊，對應承受較大的風壓，從而出現風偏問題。

第五，跳線對絕緣子風偏的影響。對于耐張塔來說，其跳線至桿塔側第一片絕緣子距離需要控制在2.15～2.35米范圍內，實際施工過程中，如果不能有效控制跳線長度，留出的跳線長度過長，導致馳度過大，則很容易造成風偏擺動放電問題。

3 預防與控制導線風偏的科學方法

3.1 加大預防力度

要做好前期的預防工作，就要從輸電線路的設計階段入手，設計工作開始前就要同設計單位、運行部門等建立溝通，確保能夠拿到初始材料，重點關注所選的桿塔類型，明確其抗風能力，既要注重塔體的定型，又要確保定質。輸電線路設計過程中也要考慮到客觀因素，例如地形條件、氣象條件等以及輸電線路經過地區的氣象、氣候條件等，必須深入施工現場做好地形勘察與氣候條件監測，深入了解并掌握地形地貌特征對風力的影響，同時對特殊的區段、線路采取必要的安全防護措施，控制風力的不良侵襲。

3.2 加大對線路的改造力度

輸電線路要實施局部優化與部分地區改造，具體的優化改造方法為：增設桿塔，改變絕緣子類型，不再用合成絕緣子，參照所采用的桿塔類型，來對應校驗風偏角，必須科學計算，確保達到設計標準，也要留出裕度，要參照以往的運行經驗來對應決定裕度大小。

3.3 根據實際情況對應決定耐張塔的跳線

要切實根據實際情況、面臨的具體問題來對應決定耐張塔的跳線，其中要重點考慮導線的類型，如果是分裂導線，其引線的改造適合選擇特殊的鏈接模式，最合適的為角鋼、雙并溝線夾鏈接。因為直線搭線夾會長時間承受載荷力，應該選擇V型串。

同時要重點關注合成絕緣子，一般來說合成絕緣子只有在平原地區相對能發揮良好的絕緣效果，對于山地則處于不利地位，特別是當遇到高度差距較大，垂直檔距相對較小的區位，合成絕緣子的防風效果都相對不佳，會造成絕緣子串的隨風搖擺，出現風偏故障問題，此時可以考慮瓷瓶整串，其防風效果相對較好，也能有效發揮其絕緣功能。

3.4 優化塔形的選擇

遇到起伏不平的山地地形，垂直檔距相對小的地域，為了達到安全防護的效果，則應盡量不使用ZM型桿塔，而是應該選擇Z型塔，因為其橫擔更長，能夠有效控制風力襲擊，從而控制線的風偏故障。

3.5 對三相導線裝配絕緣護套

為了達到臨時防范風力，預防風偏的效果，應該先對三相導線裝配絕緣護套，達到臨時防范風速的效果，再向相關部門報告，進行維修，可以圍繞桿塔進行升高優化改造，控制兩個臨近的桿塔之間的高度差，選擇常規的桿塔類型，同時擴大電氣之間的距離。

4 結語

風偏故障時高壓輸電線路面臨的故障問題，會中斷電力的持續供應，甚至會引發供電系統的安全故障問題，必須重視輸電線路風偏故障的原因分析，并對應提供科學的解決對策，從而維護線路的健康正常運轉。

參考文獻

[1] 李曉輝，羅敏，劉麗霞，等.動態等值新方法及其在天津電網中的應用[J].電力系統保護與控制，2010，38（3）.

[2] 吳海霞.基于PSS/E的適用于電磁暫態仿真的動態等值方法研究[D].浙江大學，2010.

[3] 姚海成，周堅，黃志龍，等.一種工程實用的動態等值方法[J].電力系統自動化，2009，33（19）.

（責任編輯：秦遜玉）