500 kV輸電線路風偏特性的有限元分析

黃 剛

（山西省電力公司檢修分公司， 山西 太原 030032）

引言

隨著科學技術應用的不斷深入，人們對于輸電線路中導線、絕緣子等材料的研究逐步深入，在一定程度上原有輸電線路隨著外界風的改變而隨之發生改變，我國輸電線路環節因風偏等問題造成的影響也愈發明顯，由此，輸電線路中風偏的問題愈發受到人們的關注。

1 輸電線路風偏特性對實際輸電線路運行造成的影響及其研究現狀

1.1 輸電線路風偏特性對實際輸電線路運行造成的影響

截止目前，我國針對輸電線路風偏的研究主要表現在兩個方面，首先是針對塔頭絕緣子部分的研究，另一部分則是針對相同輸電線路在不同狀態下搖擺問題的研究。就塔頭絕緣子來說，絕緣子下端的帶電導體在實際的外界風吹影響下與實際塔桿之間的距離會逐漸減少，并在超越一部分極限后產生放電，進而影響輸電線路的正常運行；而另一方面，就相間導線之間在不同風速等外界因素影響狀態下的荷載問題來說，由于荷載作用的時間不同，這就在一定程度上造成了實際相間距離的減少，從而容易使其產生風偏閃絡，同時風力過大也在很大程度上造成輸電線路中器材的損毀，進而對電路后續的正常安全運行埋下隱患。由此，針對輸電線路中偏風特性的有限元分析逐漸成為了我國電力施工人員研究的重點[1]。

1.2 輸電線路風偏特性的研究現狀

截至目前，我國針對輸電線路風偏問題的研究已經經歷了數年的時間，雖然已經針對相間導線之間的風偏問題和絕緣子問題進行了相應的研究，但是在實際的應用環節仍舊缺乏關于上述兩項對實際輸電線路之間造成影響的考量，由此，下文針對有限元軟件ANSYS進行“導線-絕緣子”模型的建立，從而能夠針對不同檔距之間、檔數等因素的改變對實際500 kV輸電線路風偏問題進行研究。

2 四分裂輸電線路中“輸電線路-絕緣子”耦合模型的建設

根據上述研究，本文針對實際輸電線路風偏特性的有限元分析進行相關模型的建立[2]。

2.1 “輸電線路-絕緣子”耦合模型的建設

根據對實際輸電線路的研究可以發現，在實際的建設環節，輸電線路大多呈現懸鏈線的狀態出現在人們視野范圍之內，所以，針對這一狀態的有限元模型建立環節首先要保證導線在制模環節不會受到外界應力的影響，并在找到實際的形態后給其模型施加重力影響，進而從根本上達到預設的形態。下面將以LGJ-240/30型輸電線為例，配合XP-16型號的絕緣子進行有關模式性建設，其示意圖如圖1所示。

圖1“輸電線路-絕緣子”耦合模型的建設示意圖

根據我國既定的輸電線路標準，在實際的施工環節，當海拔小于1 000 m的區域，實際電壓、相同間隙的操作距離一個不少于2.5～4.5 m之間，并保持工頻的電壓情況在0.9～2.2 kV之間；與此同時，針對輸電線路中帶電部分與桿塔組件之間的實際最小間隙也應不小于1.45～2.7 m之間，從而保證實際的工頻電壓間隙能夠控制在0.55～1.35 m之間。

2.2 風荷載模型的建設

根據實際的風荷載模式的建設環節，實際的應用過程中應根據輸電線路中風偏閃絡等問題的實際情況進行有關風荷載模型的選擇。通常情況下，設計中一般應用穩定的風荷載模型，將原本動態的風荷載情況轉變為靜態的進行輸電線路的疊加，這種模式雖然能夠針對實際的荷載情況進行計算，但是在準確度等問題上仍舊存在一定的偏差，由此，隨著科學技術研究的深入，本文將應用一種較為新型的陣風模型進行后續有關輸電線路風偏特性的有限元分析[3]。

3 不同風速對輸電線路風偏特性的有限元分析

根據實驗目標，本文針對500 kV輸電線路分別進行了多檔和單檔的輸電線路有限元模型分析，從而研究輸電線路在實際穩態風和陣風兩種狀態下的荷載情況：在穩定風和陣風兩種風速作用下，不同檔數輸電線路相間距離與懸垂點之間的距離分析。

根據過去的研究，本文根據不同檔輸電線路中不同檔距、兩種狀態下的風對于輸電線線路所距中間點的最小距離情況進行研究，其研究結果如下表1所示。

表1 不同檔位下輸電線路在不同風速下中點最小距離與實際懸點塔身之間的距離情況 m

注意：其中最小距離是指在實際的運行環節中間點與實際輸電線路之間的最小距離，而懸點則是指輸電線路中懸垂區域與塔桿本身的距離。

根據上述研究可以發現，在實際的應用環節，風速相對穩定的穩態風狀態下，其輸電線路的最小間隙情況都符合相應的標準，可以認為這一輸電線路設計能夠在穩定風的影響下正常運行；而針對陣風來說，從單檔輸電線路開始，輸電線路的間隙情況會隨著檔距的增加而逐漸縮小，在檔距控制在300 m之內的狀態時，其風偏間隙情況符合國家標準。與此同時，根據研究可以發現，針對輸電線路重懸垂狀態的絕緣子往往會和導線發生耦合作用，從而擴大風速對于導線實際運行的影響。例如，在穩風狀態下，單檔的輸電線路距離電線之間的最小距離也相對更小，使其對于陣風影響狀態下的輸電模型影響也相對較小，從而為后續的輸電線路風偏的預防提供一定的理論支持。

4 結語

隨著我國居民生產用電量的增加，實際輸電線路中電荷的負載也隨之增加，我國針對配電網路電壓輸送的等級情況也相對提升，我國輸電線路網絡逐漸朝著高電壓、大跨越的方向發展。根據上述研究可以發現，在陣風狀態下，輸電線路與絕緣子之間的最小距離情況均小于穩定風狀態下的最小間距，由此說明在實際的風偏研究過程中應用陣風的研究是必要的；與此同時，根據上述結論可以認為，在風速和檔距都增加的狀態下，輸電線路之間的最小距離也會隨之減少，從而為其后續的安全應用埋下隱患。因此，在實際的設計環節，應該針對這一問題進行綜合性的輸電線路懸垂與桿塔之間最小距離的核算，從而提升實際輸電線路施工環節的安全性[4]。

[1]趙鑫.輸電線路絕緣子風偏與非同期搖擺分析[D].武漢：華中科技大學，2016.

[2]王建.輸電線路氣象災害風險分析與預警方法研究[D].重慶：重慶大學，2016.

[3]古祥科.基于絕緣子—導線耦合模型的輸電線路風偏特性研究[D].北京：華北電力大學,2016.

[4]楊悅.脈動風載下的輸電線路風偏計算研究[D].杭州：浙江大學，2015.