架空輸電線路三角支撐防風偏裝置研究探討

宋宏圖

（國網山西省電力公司晉中供電公司，山西 晉中 030600）

引言

根據《國家電網有限公司2020年暨十三五輸電線路運行情況分析》，風偏故障在導致500 kV及以上線路故障停運的原因中占總數的24.3%，是僅次于外力破壞造成故障停運的最主要原因。根據山西晉中地區的30年一遇的風區分布圖及颮線風分布圖可知，榆次區、平遙縣和靈石縣為較大風速區及颮線區，途經該區域的輸電線路風偏閃絡概率大，亟需進行風偏故障治理。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、不便于帶電作業等缺點。新型隔離拉索法存在不穩定、需現場加工等缺點，不便于推廣使用。

1 風的種類及風偏故障機理

風產生于由太陽輻射熱引起的空氣流動，由于風速大小、風向、濕度及地域的不同，會產生許多類型的風。如陣風、臺風、龍卷風、山谷風、季風、冰川風和颮線風等。其中，對架空輸電線路造成危害的主要是臺風、颮線風、龍卷風和地方性風等。

臺風是由熱帶氣旋不斷加強形成的，主要發生在東南沿海。颮線風是由若干雷云單體排列形成的一條狹長雷暴雨帶，水平長度大約幾十到幾百千米，寬度約為一到幾千米，持續時間約幾十分鐘到十幾小時。龍卷風是大氣中最強的漩渦現象，是一種極強烈而威猛的旋風。地方性風則是由于特殊的地理位置、地形等影響而產生的帶有地方性特征的風系，主要包括山谷風、布拉風和峽谷風等。

發生線路風偏閃絡的直接原因是在大氣環境中出現的各種不利氣象條件，造成空氣間隙減小，當間隙的電氣強度不能承受系統運行電壓時，就會發生擊穿放電。在強風或颮線風的作用下，絕緣子串向桿塔方向傾斜，減小了導線與桿塔的空氣間隙，當距離不能滿足絕緣強度要求時，就會發生放電。由于強風時常伴有暴雨及冰雹，在強風作用下，暴雨會沿著風向形成定向性的間斷型水線，當水線方向與放電途徑方向相同時，導線與桿塔間隙的工頻放電電壓會進一步降低，增大了風偏閃絡的概率[1]。

2 風偏校驗

近幾年來，由于運行線路的玻璃或瓷質絕緣子更換為復合絕緣子，復合絕緣子較玻璃或瓷質絕緣子輕，風偏角增大。因此，在使用前須做好風偏角和空氣間隙的校核[2]。

絕緣子串的風偏角計算式如下：

式中：θ為懸垂絕緣子串風偏角；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為導線自重力，N/m；P為導線風荷載，N/m；P1為懸垂絕緣子串風壓，N；P1=9.81A1V2/16，V為計算時所用風速，m/s；A1為絕緣子串受風面積，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，金具零件受風面積取每串0.05 m2，雙聯絕緣子串的受風面積取單聯的1.5～2.0倍。

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

防風偏校驗時應將基本風速折算到導線平均高度后再進行風偏驗算。1 000 kV、±800 kV線路下導線平均高度取30 m，500 kV線路下導線平均高度取20 m，220 kV線路下導線平均高度取15m，由此分別推算下、中、上導線校驗風速。1 000 kV風偏校驗間隙，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。±800 kV校驗間隙，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風偏校驗間隙，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。瓶口弧垂應加到懸垂絕緣子串長后繪制間隙圓，進行風偏校驗。在發生風偏放電期間，氣象資料給出的風速數據與反推出的風速數據有一定的出入，考慮到氣象觀測站一般均設在城郊結合部，且所測數據為距地10 m高度的風速數據，而導線，絕緣子的懸掛高度一般為20～30 m，根據設計規程，其風速應乘以對應的高度增加系數。

3 三角支撐防風偏裝置研究

目前廣泛使用的重錘法、牽制法等方法存在治理效果有限、不便于帶電作業等缺點。現有隔離中相推薦使用垂直拉索，下相推薦使用斜拉索，一側與絕緣子串鐵塔端掛點材連接，一側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+復合絕緣子（2支）+碗頭掛板+U型掛環+鋼絞線+花籃螺栓+專用夾具。拉索法存在不穩定、需現場加工等缺點，不便于推廣使用。

輸電線路三角支撐防風偏裝置原理是在距桿塔有效風偏防范安全距離處安裝一個絕緣阻擋限位裝置，在大風等惡劣天氣下利用該裝置阻擋導線，避免導線距桿塔過近發生風偏故障。三角支撐防風偏方法在桿塔橫擔下層面處加裝豎直懸垂絕緣串用以阻擋因大風作用而向內側偏移，兩絕緣子連接處加裝碗頭護套以防止彈簧銷受壓脫出，在塔身邊側加裝兩串懸垂絕緣串與塔身呈水平三角形，用以穩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，需注意導線與絕緣子金具部分的距離，避免金具進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度的不良后果，減少裝置安裝對輸電桿塔本身的傷害[3-5]。

1）豎直限位串由自設計塔頭連接金具、直角掛板、球頭掛環、110 kV及220 kV復合懸式棒形絕緣子各1串組成。

2）三角支撐串由自設計塔身連接金具、雙聯碗頭掛板和2串220 kV復合懸式棒形絕緣子組成。

3）連接部分由雙聯碗頭掛板、聯板、直角掛板、球頭掛環、球頭防脫罩和碗頭防脫罩等組成。

以ZM塔為例，防風偏配件明細如表1所示。

表1 ZM塔防風偏配件明細

4 結語

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80余基桿塔上得到應用，取得了很好的經濟效益和社會效益。大風期后進行觀察，防風偏故障效果顯著。水平呈三角形，整體呈四面體穩定結構，可有效防止風偏故障，長期可靠性能優異。可利用退運復合絕緣子，實現廢物利用，降低成本的同時又有助于環保。可帶電安裝，對設備電氣性能無影響，無需退運重合閘，便于大規模推廣應用。