北京地區(qū)某220 kV線路風(fēng)偏故障分析

聶鵬高，馬立博，孫政樑，焦政國

（國網(wǎng)北京市電力公司檢修分公司，北京 豐臺 100073）

1 線路故障概況

2021年8月16 日20:45，國網(wǎng)北京檢修分公司所管轄某220 kV線路發(fā)生跳閘故障，故障點位于桿塔18#附近。故錄組網(wǎng)顯示故障相別A相，重合成功，故障相別為A相，測距距信息港均為4.7 km。

登塔巡檢后發(fā)現(xiàn)該220 kV線路一線（A相）導(dǎo)線有80 cm長麻點，無斷股。塔身的腳釘和防墜落裝置上有放電痕跡，線路可堅持運行。

2 故障初步分析

2.1 雷電狀況和現(xiàn)場情況分析

故障時，線路所在地為雷電暴雨天氣，并伴有大風(fēng)。查詢雷電監(jiān)測系統(tǒng)，在故障時刻前后1 min內(nèi)，線路1 km范圍內(nèi)共有20個落雷。離故障點最近的為13#～14#，距離故障點約2 km。故發(fā)生雷擊故障的可能較小。

到達(dá)故障現(xiàn)場后發(fā)現(xiàn)，大量樹木倒伏，判斷故障發(fā)生時有極端大風(fēng)天氣。登塔檢查后發(fā)現(xiàn)該220 kV線路上相（A相）導(dǎo)線上有80 cm長麻點，無斷股。塔身的腳釘和防墜落裝置上有放電痕跡。

分析故障前18#上相導(dǎo)線因極端大風(fēng)的影響，整檔導(dǎo)線向塔身上傾斜，在雷雨天氣下引起空氣間隙短接，造成導(dǎo)線對腳釘和防墜落裝置放電。

2.2 故障錄波分析

故障發(fā)生前，電壓有效值約為132.96 kV，二次測量值為60.438 V，故障發(fā)生后A相相電壓波形和零序電壓波形發(fā)生突變，A相相電壓有效值降低為35.92 kV，二次測量值為16.327 V，而零序電壓的二次測量值升至88.418 V。

從查看故障錄波發(fā)現(xiàn)，在故障發(fā)生前A相電流二次測量值為0.219 A，故障發(fā)生后A相相電流波形和零序電流波形發(fā)生突變，A相相電流的二次測量值升至6.11 A，零序電流的二次測量值升至5.762 A。

故障點附近A相正序電壓大幅降低、零序電壓升高，正序電流和零序電流大幅提高且幅值大小接近，結(jié)合對電壓和電流的波形及有效值變化情況，可以判斷出故障為不對稱故障中的A相單相接地短路故障。

3 綜合分析

3.1 風(fēng)偏理論計算與分析

以該220 kV線路18號塔為例，進(jìn)行風(fēng)偏計算，分析輸電線路風(fēng)偏掉閘的原因，圖1為桿塔構(gòu)建示意圖。

圖1 桿塔構(gòu)建示意圖

查詢資料得知：該直線塔的型號為SZ442，導(dǎo)線型號為JL/G1A-400/35，絕緣子型號為XWP-16，該絕緣子為單掛單串，絕緣子、導(dǎo)線和桿塔的參數(shù)如表1所示。

表1 絕緣子、導(dǎo)線及桿塔參數(shù)

3.2 導(dǎo)線比載計算

導(dǎo)線自重比載γ1計算：

式中：γ1為導(dǎo)線自重比載；W0為導(dǎo)線自重；g為重力加速度；S為導(dǎo)線截面積。

導(dǎo)線風(fēng)比載γ4計算：

式中：γ4為導(dǎo)線風(fēng)比載；V為風(fēng)速，取28 m/s；D為導(dǎo)線外徑，mm；a為風(fēng)壓不均勻系數(shù)；K為導(dǎo)線體型系數(shù)。

3.3 絕緣子風(fēng)壓計算

絕緣子水平風(fēng)壓Pj計算：

式中：A為絕緣子受風(fēng)面積。

絕緣子風(fēng)偏角φ計算：

式中：Gj為絕緣子自重；n為絕緣子串?dāng)?shù)；lh為水平檔距；lv為垂直檔距。

3.4 導(dǎo)線距腳釘?shù)乃骄嚯x計算

在正常無風(fēng)偏的情況下，經(jīng)3D掃描儀和現(xiàn)場測量得知：該桿塔上相導(dǎo)線端掛點距離桿塔水平距離為2.88 m，如圖2所示，絕緣子串和連接金具的總長度為3.21 m，如圖3所示，子導(dǎo)線之間的水平距離為0.45 m，腳釘有效長度為175 mm。

圖2 桿塔上相導(dǎo)線端掛點距離桿塔水平距離

圖3 絕緣子串和連接金具的總長度

由此可以算出風(fēng)偏下的導(dǎo)線距離腳釘?shù)乃骄嚯xd：

風(fēng)偏下的導(dǎo)線距離腳釘?shù)乃骄嚯xd=0.39 m不滿足國網(wǎng)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定220 kV帶電部分與桿塔構(gòu)件的最小間隙0.55 m，此外，當(dāng)日為雷雨天氣，空氣濕度較大，使得放電間隙增大，所以造成了導(dǎo)線對腳釘放電距離不足而導(dǎo)致的放電事故。

3.5 絕緣子風(fēng)偏與風(fēng)速、絕緣子串?dāng)?shù)的關(guān)系

根據(jù)公式（1）、公式（2）、公式（3）、公式（4），利用Matlab軟件以風(fēng)速V為自變量，絕緣子風(fēng)偏角φ為因變量，在絕緣子串?dāng)?shù)分別為n=1和n=2的情況下，得到的算法仿真如圖4所示。

圖4 絕緣子風(fēng)偏角與風(fēng)速、絕緣子串?dāng)?shù)的關(guān)系

在一定絕緣子配置和導(dǎo)線配置的前提下，分析圖6中絕緣子風(fēng)偏角和風(fēng)速、絕緣子串?dāng)?shù)的關(guān)系可以得出：

由于風(fēng)速V增大，導(dǎo)線和絕緣子受風(fēng)荷載也增大，絕緣子下端的橫向力也增大，因而絕緣子串的風(fēng)偏角φ也增大。

隨著風(fēng)速V的增大，絕緣子風(fēng)偏角φ增大的趨勢先增大后減小在風(fēng)速V=25 m/s時，絕緣子風(fēng)偏角增大的趨勢最大，隨后增大趨勢遞減。

相同風(fēng)速的情況下，絕緣子串?dāng)?shù)的增加反而導(dǎo)致風(fēng)偏角φ增大，這是由于絕緣子串自重力的增加小于絕緣子串受風(fēng)荷載的增加，絕緣子風(fēng)偏角φ故而增大。

4 結(jié)論與建議

通過上述分析，此次線路故障的原因主要有以下幾點：

強(qiáng)風(fēng)是導(dǎo)致此次掉閘事故的主要原因。當(dāng)日該地區(qū)最大瞬時風(fēng)力達(dá)到10級，風(fēng)速相當(dāng)于28 m/s，強(qiáng)大的風(fēng)速導(dǎo)致一線A相瓷絕緣子及導(dǎo)線發(fā)生偏斜，故障發(fā)生時導(dǎo)線與腳釘凈空距離為0.39 m，與GB 50545—2010《110 kV～750 kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范》中0.55 m的標(biāo)準(zhǔn)接近，不滿足安全距離，造成導(dǎo)線對腳釘放電。

暴雨降低空氣間隙放電電壓。事故發(fā)生時暴雨來得大，來的猛導(dǎo)致雨水形成定向性間斷型水流，由于水流中不可避免含有污穢物，從而降低了空氣間隙得放電電壓。

可以采用在邊相橫擔(dān)增加垂直掛架、安裝防風(fēng)偏拉索以及加裝重錘等措施來避免風(fēng)力過大造成導(dǎo)線對桿塔構(gòu)件放電的事故。