輸電線路風害的成因與運維防范對策的改進

吳濡生，夏令志

（國網安徽省電力公司，安徽 合肥 230022）

輸電線路風害的成因與運維防范對策的改進

吳濡生，夏令志

（國網安徽省電力公司，安徽 合肥 230022）

介紹了常見的輸電線路風害故障類型，分析了國內風害故障的統計數據，剖析了最常見風害—風偏故障的事故成因，評估了目前常見防范對策的實施效果，提出了防范輸電線路風偏故障對策的改進建議。

風偏跳閘；氣象條件；颮線風；桿塔空氣間隙

0 引言

風是輸電線路遇到頻率最高的一種天氣現象，風害故障是最常見、最難以杜絕的輸電線路故障之一。電網電壓等級越高，對風的敏感度就越強，風害導致的輸電線路故障也會越多，后果也就越嚴重。

1 輸電線路風害的類型

輸電線路風害是指在大風、微風振動甚至疊加覆冰舞動等作用下，導致線路跳閘、停運以及部件損壞等事件，按照故障類型可分為風偏跳閘、絕緣子和金具損壞、導地線斷股和斷線、桿塔損壞等。

（1） 風偏跳閘是輸電線路風害中最常見的類型。風偏跳閘是指導線在風的作用下發生偏擺后，由于桿塔空氣間隙電氣安全距離不足而導致的放電跳閘。風偏跳閘是在工作電壓下發生的，重合閘成功率較低，嚴重影響供電可靠性。若同一輸電通道內多條線路同時發生風偏跳閘，則會破壞系統穩定性，嚴重時會造成電網大面積停電事故。除跳閘和停運外，導線風偏放電還會造成金具和導線損傷，帶來線路安全隱患。

（2） 絕緣子和金具在微風振動和大風的作用下會發生金具磨損和斷裂、絕緣子掉（斷）串、絕緣子傘裙破損等情況，引發線路故障。

（3） 導地線在微風振動和大風作用下擺動會造成疲勞損傷，發生斷股和斷線故障。斷股是指導地線局部絞合的單元結構（一般為鋁股）損壞。由于鋼芯一般仍然完好，因此斷股不易被及時發現。斷線則是導地線的鋼芯和導體鋁股完全被破壞。當斷股達到一定數目時會對線路安全運行造成影響，斷線時則會造成停運。

（4） 舞動是線路導地線不均勻覆冰后，在穩定的風向、風速作用下，產生的導地線以一定頻率和波幅舞動的現象，會引起導地線接近而跳閘，也可能造成金具疲勞斷裂或磨損、絕緣子傘裙破損等，甚至會造成倒塔斷線。

（5） 倒塔是風害事故能引發的最嚴重后果，會造成輸電線路長時間故障停運，且需要消耗大量的人力、物力進行恢復。受自然災害的影響，輸電線路的倒塔次數和基數呈現增長趨勢。1989-08-13，華東電網某500 kV線鎮江段4基桿塔倒塔；1998-08-22，華東電網某500 kV線江都段4基桿塔倒塔；2000-07-21，吉林電網10基500 kV線路桿塔因遭受龍卷風、暴雨和冰雹侵襲發生倒塔；2005-06-14，江蘇泗陽500 kV任上5237線發生風害所致倒塔事故，一次性串倒10基輸電塔。

2 輸電線路風害事件統計分析

據不完全統計，國內某區域2010-2014年110（66）kV及以上輸電線路共發生風害故障769次，其風害故障分類結果見表1。從表1中可以看出，風偏跳閘為風害故障的主要類型，5年間區域線路共發生688次風偏跳閘故障，占風害故障總次數的89.47 %。

表1 某區域110（66）kV及以上線路風害類型統計

2011-2015年期間，某省220 kV及以上線路共發生風偏跳閘16次，占跳閘總數的5.2 %；重合成功1次，重合成功率僅為6.3 %。風偏跳閘數統計如圖1所示。

圖1 某省2011-2015年220 kV及以上線路風偏跳閘數統計

（1） 2011年，該地區發生風偏跳閘11次，重合成功1次。其中，500 kV線路跳閘6次，220 kV跳閘5次。故障主要原因為7-8月該地區多次出現超線路設計條件的強對流大風。

（2） 2012年，該地區發生風偏跳閘2次，重合成功0次。

（3） 2013-2014年，未發生220 kV及以上線路風偏跳閘。

（4） 2015年，風偏跳閘3次，重合成功0次。其中，500 kV線路跳閘3次，故障主要原因為受臺風“蘇迪羅”影響，局部風速超線路設計風速。

在2011-2015年期間，某省500 kV線路風偏跳閘11次，占跳閘總數的68.75 %；220 kV線路風偏跳閘5次，占跳閘總數的31.25 %。

造成該省風偏跳閘的主要外部原因為受颮線風影響。颮線風的風速從地表開始向上急劇增大，大多在距離地面約70 m高度時達到最大，然后隨著高度的增加迅速減小。500 kV線路桿塔較高，在桿塔高度上風速較大，是導致500 kV線路風偏跳閘率高于220 kV線路的重要原因。

3 輸電線路風害故障的成因

3.1 設計氣象條件的選取

風偏跳閘的主要原因為局部風速超過輸電線路設計風速。500 kV輸電線路的設計風速一般為27 m/s（10 m基準高，下同），220 kV輸電線路的設計風速一般為23.5 m/s。受臺風、龍卷風、颮線風的影響時，瞬時風速一般在11級以上（大于32.6 m/s，局部地區甚至超過35 m/s）。在超設計大風的作用下，絕緣子串的風偏角增大，導致導線與桿塔的距離沒有滿足安全距離的要求，最終發生放電。

國內的研究表明，強風是導致風偏放電的直接原因，設計時對惡劣氣象估計不足、設計風速和風壓不均勻系數的取值等都是風偏故障的重要影響因素。另外，由于颮線風、臺風均伴有雷暴雨，導致空氣絕緣強度降低，導線與桿塔間隙的工頻放電電壓會進一步降低，增大風偏跳閘的概率。國內輸電線路以10 min平均風速來確定最大設計風速，對瞬時風速影響估計不足，導致相同統計資料下所得的最大風速統計值明顯低于國外。例如，日本在新修訂標準中以距地面10 m高處50年一遇最大瞬時風速（3-5 s平均風速）作為設計基準風速。此外，國外在選取風速高度換算系數、風壓不均勻系數和微地形影響等參數時會留有一定的裕量。

根據近年來的運行經驗，由于環境和氣候的變化，局部微地形、微氣象條件也常常發生變化，線路設計時依據的氣象資料常常不能反映當時運行氣象條件，局部產生颮線風、龍卷風的幾率也有所提高，線路產生微風振動乃至覆冰舞動的范圍也在不斷擴大。

3.2 對環境條件的變化跟蹤防范不及時

對于線路周圍氣象條件、通道環境發生的變化，若不及時跟蹤并采取防范措施，也可能會造成風害故障。

2010年，某地區220 kV水越I線108號至109號段風偏放電，通道左側邊坡新生竹子有折斷現象，并且地面有燒灼痕跡。發生這起故障的原因是運維單位未及時清理新生竹子，導致線路風偏后對竹子放電跳閘。

2013年，某地區500 kV東錦二線C相發生風偏跳閘。故障巡視發現，東錦二線1號至2號段C相導線有明顯放電點，對應外側水平距離7.6 m處1棵樹木有燒灼痕跡。究其原因，是線路運維人員沒有及時清理保護區內高大樹木，導致導線在大風作用下風偏后對樹木放電。

3.3 隱患排查整改不全面

隱患排查不全面是風害的主要影響因素之一，主要體現在以下2個方面。

（1） 未按照最新《風區分布圖》開展隱患排查和整改。《風區分布圖》是根據氣象部門資料和輸電線路運行資料繪制而成，是輸電線路防風設計和改造的重要依據，設計或運維階段的排查整改不全面都將導致線路運行存在安全隱患。

（2） 線路日常運維中隱患排查開展不到位，未能及時發現并糾正線路金具磨損、絕緣子傘裙破損、銷子松脫等隱患或缺陷，導致在長期風力作用或大風情況下發展為故障。2010-10-20，某地區330 kV龍烏線故障跳閘，重合不成功。故障巡視后發現，龍烏線169號直線塔（型號ZM3-37）左相第24片瓷質絕緣子鋼腳與雙聯碗頭脫開，導致導線脫落地面，經分析確認是大風導致絕緣子鋼腳與碗頭脫離，造成掉線故障跳閘。當地常年為大風天氣且風力較大，導線振動嚴重造成絕緣子彈簧銷失效，隱患未能及時排查整改，最終造成故障。

4 風害防范措施的評估與建議

4.1 目前常用的防范措施

目前的風害防范措施主要體現在線路運維階段，有以下幾種。

（1） 對調爬或改用加長型合成絕緣子的交直流線路，結合該區域氣象條件全面校核風偏間隙。

（2） 對故障的耐張塔跳線和其他轉角較大的無跳線串的外角跳線，加裝跳線絕緣子串和重錘。

（3） 對故障的直線塔絕緣子串加裝重錘。如單串加重錘后仍不符合要求時，可將其改為雙串倒V型以便加裝雙倍重錘，減少強風時導線風偏角及懸掛處的扭轉， 確保間隙足夠。

（4） 加強線路走廊障礙物的檢查清理，檔距中的樹木、邊坡等亦應進行風偏校驗，消除隱患。

4.2 防范對策運用效果的評估

以上常規措施在一定程度上可以有效減少風偏故障的發生，但風害故障率仍呈波浪式變化，尤其是出現颮線風、龍卷風等突發性惡劣天氣時故障會增多。據統計，某區域系統500（330）kV及以上線路，2014年共發生風害跳閘42次，2015年共發生風害跳閘136次。2015年風害跳閘事故相比2014年增加94次。

風害故障大幅增加的原因有以下幾點。

（1） 2015年沿海地區臺風強度和影響范圍大大超過2014年。其中“燦鴻”、“蘇迪羅”、“杜鵑”等臺風登陸強度大，給電網運行造成了巨大的影響。2015年僅福建電網220 kV以上線路就因風害跳閘53次以上。

（2） 受強“厄爾尼諾現象”影響，2015年全國大風、冰雹、龍卷風、雷電等局部強對流天氣頻發，西北、華北地區也頻發地方性大風。陜西電網共發生7次330 kV線路風害跳閘，山東電網110 kV以上線路共發生13次風害跳閘。

風害故障增多表明輸電線路在抵御臺風、颮線風等強風能力上仍存在許多不足，主要反映出以下4個問題。

（1） 氣象監測能力不足。風速的監測，尤其是微地形地區的風速監測，能夠為故障原因分析提供確鑿依據。實測風速能指導風區圖的修編，對線路的設計及后期的運維具有積極意義。但實際中大部分風力觀測裝置安裝在城區內（氣象部門監測點），同時桿塔上的風速監測點與故障發生處相距甚遠，所測的風速不能反映故障點的實際情況。

（2） 微地形地區的防風設計有待改進。從近年的強臺風情況看，發生臺風災害的桿塔主要集中在峽谷其及附近的山頂等地方，實際的風速遠大于設計風速。此類微地形的風速修正還有待改進。

（3） 跳線風偏跳閘現象主要發生在“干”字型塔上，邊相多于中相。近幾年安裝的跳線普遍較長，跳線弛度太大，特別是加裝了跳線絕緣子的相別，絕緣子兩側的跳線均呈“W”型，而耐張塔中相跳線絕緣子兩側的跳線最低點均低于耐張串的水平高度，使跳線在風力作用下更容易并生搖擺或跳動，縮短了空氣間隙，導致線路跳閘。

（4） 輸電線路隱患的管控不足。由于施工及運維等諸多方面的原因，部分線路對樹木、邊坡等距離不滿足最大的風偏距離校驗要求，存在風偏隱患。大氣污染造成放電氣隙降低也是其中需要考慮的因素之一。

4.3 防范對策的改進建議

（1） 加強氣象監測。加強線路所經區域氣象及風害故障資料的收集，充分利用微氣象在線監測裝置，監測線路走廊內的氣象資料，彌補氣象部門臺站監測的不足。

（2） 開展風速高度換算系數、風壓不均勻系數和微地形影響等風偏設計參數的研究。開展不同地形特征下不同高度的風況觀測，分析研究其間關系后確定風速高度換算系數、風壓不均勻系數等設計參數；研究地形對風向與水平面夾角大小的影響；研究微地形特征對風速大小的影響；探討設計中氣象條件的選定條件（各種不利氣象條件的組合等）。

（3） 改進風偏校驗方法。注意微地形、微氣象條件的設計和校核風速選取，注意跳線的風偏校核。同時，考慮到颮線風、龍卷風等強對流天氣的突發性，建議選取最大瞬時風速作為線路電氣間隙校核時的風速取值。

（4） 加強防風偏絕緣拉索、復合橫擔等新型防風害措施的推廣應用。傳統加掛重錘的方法防治風偏效果有限，且受塔型影響較大。目前，國家電網公司在部分省份開展了防風偏絕緣拉索設計、安裝方法和應用方面的試點工作，取得了較好的效果，有很大的推廣價值。

（5） 加強全過程隱患排查管控。

① 在設計階段，應加強基建項目技術監督、圖紙審查，提前預防控制風害隱患。同步開展基建新建線路防風害隱患排查，及時開展線路防風偏校核，發現問題及時進行整改。

② 在施工驗收階段，提高施工質量，加強施工驗收，嚴格執行線路驗收標準，確保螺栓、銷子等部件安裝到位、工藝符合規范要求。加強對跳線施工質量管控，應按照跳線設計弧垂進行現場實際測量放樣安裝及驗收把關。加強新建線路與各類跨越物（構筑物、公共設施、樹木、邊坡等）距離的驗收把關，精確測量凈空距離，校驗最大風偏距離，確保滿足規范要求。

③ 在運維階段，嚴格按照《風區分布圖》開展隱患排查，對設計風速不滿足《風區分布圖》要求的桿塔進行風偏和桿塔承載能力校核。根據校核結果制定治理計劃，采取加裝重錘、防風拉線、防風偏絕緣子或V型串改造等綜合防范措施，并定期檢查防風設施、跟蹤治理效果。加強山區線路大檔距的邊坡及新增交叉跨越的排查，對影響線路安全運行的隱患及時治理。對強風地區、臺風地區、微地形微氣象區域以及發生過風害事故的地區，宜安裝微氣象、視頻、振動等在線監測裝置。

5 結束語

輸電線路風害的防范涉及線路本體、氣象、環境和人群活動等諸方面，涉及設計、施工、運行、檢修、事故防控等工作，是一項長期、艱苦且復雜的工作。只有細致觀測排查、嚴謹分析預測、科學研究決策、認真落實防控，才能將風害降到最低，確保輸電線路運行安全。

1 謝 強，張 勇，李 杰.華東電網500 kV任上5237線颮線風致倒塔事故調查分析［J］.電網技術，2006，30（10）：59-63.

2 龍立宏，胡 毅.輸電線路風偏放電的影響因素研究［J］.高電壓技術，2006，32（4）：7-9.

3 胡 毅.500 kV輸電線路風偏跳閘的分析研究［J］.高電壓技術，2004，30（8）：9-10.

4 邵瑰瑋，耿翠英，胡 毅.國內外輸電線路風偏設計參數比較與分析［J］.高電壓技術，2008，34（12）：3 106-3 110.

5 張禹芳.我國500 kV輸電線路風偏閃絡分析［J］.電網技術，2005，29（7）：65-67，73.

6 中國電力企業聯合會.GB 50545-2010 110-750 kV架空輸電線路設計技術規范［S］.北京：中國計劃出版社，2010.

2016-04-22。

吳濡生（1957-），男，高級工程師，主要從事電網設備運檢與安全管理工作，email：442665365@qq.com。

夏令志（1987-），男，工程師，主要從事輸電線路絕緣技術研究工作。