电网输电线路风偏跳闸机理分析及治理措施研究

季 坤，邱欣杰，张 健，田 宇

安徽省电力公司生产技术部，安徽合肥，230601

1 迎峰度夏期间安徽电网输电线路风偏跳闸情况

2011年，跳闸主要集中在7月23日以后，亳州、淮南、滁州、合肥、芜湖等地连续出现罕见的雷雨大风强对流天气，微气象、微地形天气特殊，当地无气象监测站，稀有风速使线路发生风偏跳闸9条次。风偏跳闸呈两种变化趋势：一是500 kV线路直线塔单串悬垂瓷质绝缘子整体风偏对塔身放电；二是老旧线路的单回“干”字型铁塔中相绕跳支撑管(单串绝缘子吊支)随风摆动致跳线对耐张金具放电。局部地区反推风速达到40 m/s，说明局部强对流天气超设计气象条件，给电网安全运行带来严重威胁。

500 kV线路跳闸6条次，均为单回直线塔悬垂串对塔身放电；4次跳闸为瓷质绝缘子，2次双串合成绝缘子。220 kV线路风偏跳闸3次，均为老旧单回路干字型耐张塔绕跳在单绝缘子支撑在大风情况下左右摇摆，跳线对耐张金具放电。

2 迎峰度夏期间风偏跳闸的机理和原因分析

2.1 500 kV线路

500 kV线路跳闸均为直线悬垂串，跳闸塔型为两种塔型：一种为ZV2-11、ZV2-12、ZVDH2等“V”型拉线塔;另一种为ZB1V、ZB2V、ZB4V、ZBKV等直线猫头塔。设计时均按3005气象区，基本风速30 m/s(对地20 m基准高度)，覆冰厚度5 mm，风压不均匀系数α为0.61；根据直线塔摇摆角临界曲线计算公式：

式中，Pis为绝缘子串风荷载(N)，Pis=9.80665 Av2/16；A为绝缘子串受风面积(m2)；v为该计算情况的风速(m/s)；Gis为绝缘子重力(N)；φ为绝缘子串在该计算情况下的最大允许摇摆角(°)；FT、T分别为某代表档距下导线最大弧垂时和计算情况式的张力(N);lh为杆塔水平档距(m)；lvc为计算情况下要求的导线最大弧垂时的垂直档距(m)；Pc、P1为导线最大弧垂时和单位自荷载(N/m)；n为每相导线根数。

可得出各塔型水平档距与最大弧垂时垂直档距的关系式，由此可绘制出各直线塔型的摇摆角临界曲线，按跳闸时稀有风速32 m/s、风压不均匀系数α取0.75校核。在允许最大摇摆角的条件下，对照每基直线塔绝缘配置和实际水平档距，计算出最大弧垂时的临界垂直档距。如实际垂直档距大于临界垂直值(或位于临界曲线上方)，则满足安全要求；反之，则不安全。

2.2 220 kV线路

安徽省已建220 kV单回路，中相绕跳主要有以下几种方式：图1的相单跳串+支撑管式，图2的相双跳串+软跳线式，图3的相双跳串+支撑管式。

2008年冰灾后新建工程杆塔中相跳线支架均为双挂点，绝大部分采用图2和图3的绕跳方式，而2008年之前的老线路由于多数杆塔跳线支架仅设计单挂点，故多采用图1的绕跳方式。此外，在早期线路中，部分转角度数较大的杆塔相采用了单跳串加软跳线的方式进行绕跳。

图1 单跳串+支撑管连接示意图

图2 双跳串+软跳线连接示意图

图3 双跳串+支撑管连接示意图

从运行反馈情况来看，间隙放电事故均发生在上述图1的相单跳串+支撑管绕跳形式上。经分析，该情况产生的原因主要是：由于支撑管与杆塔仅靠单点连接，当受侧向风作用时，支撑管在向塔身偏移的同时，围绕跳串挂点产生了一个转动惯量，引起支撑管前后旋转。当两侧软跳线弧垂较小时，由于线条具有一定张力，可较好地抑制该变化趋势；当两侧软跳线弧垂较大时，由于线条张力小，难以抑制该变化趋势，导致支撑管一侧对耐张串挂点附近间隙不够，从而产生放电。

3 风偏跳闸的原因分析

3.1 微气象条件

线路设计气象条件为地区气象台站资料统计分析而定，局部微气象区无监测记录；现有的设计气象条件一经确定，适用于整个地区和整条线路，已不能满足局部地区微气象天气频发条件下的输电线路安全运行要求。尤其淮河流域南北气候分水岭的淮南，送出线路在沿岸泄洪区的平原处历史上多次发生强对流天气风偏跳闸。

3.2 微地形区域

故障线路杆塔均位于平原和丘陵地带，地势平坦，四周为水稻田，通道内无高大树木及其他障碍物，无任何遮拦。

洛众5301、平肥5302、平西5312以及淮南公司220 kV线路跳闸区域均位于淮河以南合肥以北的平原和丘陵过渡地势，线路南北走向，常年风向与线路呈一定的夹角，在风向遭遇地势阻碍时，易发生局部大风强对流天气；尤其洛清5309线在滁州的风口地区较为明显；肥繁5304、肥繁5305的肥西变附近历史也曾有过龙卷风的历史。

3.3 老旧线路，设计条件偏低

迎峰度夏期间，故障跳闸线路多为老旧线路，500 kV平肥5302、肥繁5304、肥繁5305、220 kV焦谯27192766、洛古2768、平洛2771线均为上世纪七八十年代建设，设计条件偏低，电气间隙较为紧凑；虽然500 kV拉线塔按照国网公司反措计划已改造完毕，但拉V塔三改一、拉门塔五改一，局部改造不能提高整条线路的设计气象条件，仍按原风速和覆冰条件，抵御自然灾害的能力还较差。220 kV单回路老旧干字型耐张塔单支绝缘子绕跳在安徽电网仍有大量运行，虽多次基建开断，但仅建设开断线路，遗留大量老旧线路，改造难度大。

4 针对迎峰度夏期间风偏跳闸治理措施分析

4.1 500 kV线路防风偏治理措施分析

根据国家电网公司对于500 kV新建线路要求，直线塔带电部分与杆塔构件的最小间隙应按风压不均匀系数0.75进行校核，结合安徽地区目前500 kV新建线路设计防风偏要求，本次风偏校验按照32 m/s风速(对地20 m基准高度)、风压不均匀系数0.75、Kv值≥0.95的原则，对历史上发生过风偏跳闸的微气象、微地形区域杆塔校核，不符合标准的均安排改造。

对于不符合校验条件的直线塔，考虑施工方便，主要考虑采用加装重锤的方式，以抑制导线风偏，提高间隙裕度。

在直线杆塔垂直档距缺少时，需要重锤片数计算公式如下：

式中WG为每片重锤重力(N)。

经计算，1片20 kg的重锤可抵消2.3 m的垂直档距。根据具体情况，提出两种加挂重锤的方案。

方案1：直接在原绝缘子串上加挂重锤。对于一般不满足条件的直线塔(校核表中差值小于25 m)，直接在原单联悬垂串上加挂重锤，最多每相可加挂12片重锤，可抵消27 m垂直档距。

方案2：单串改双串并分别加挂重锤。对于情况较严重(校核表中差值大于25 m)的直线塔，可将原单联悬垂串改为双联悬垂串，并分别在每串上再加挂重锤，效果可以达到第一种方案的2倍。

对于本工程三种直线塔，只有一个导线挂点，因此，需要将原导线横担改造成双挂点，增加前、后两个挂点后，可以采用两个单联悬垂串独立悬挂，并采用“八”字型悬挂方式，缩短有效串长。

4.2 220 kV线路“干”字型耐张塔绕跳治理措施分析

针对220 kV干字型耐张塔单支绕跳摆动跳闸的机理分析，本次治理主要应针对单回路中相单跳串加支撑管形式的绕跳[1]。总体思路为：在基本保持现有杆塔结构的前提下，尽量加强支撑管的稳定性，抑制风偏情况下其前后方向的旋转扭动。因此，考虑对该形式跳线增加一串跳线串，形成与支撑管的双点连接。增加跳串的方式主要有维持原跳线支架单挂孔采用八字串和新加工跳线挂板，形成双挂孔两种措施。

(1)维持老线路挂孔。该方案主要考虑不调整现有塔头结构，在跳串挂点金具下增加一块联板，从而形成单挂点双串的跳串形式；同时，跳串采用八字型挂法，以增加支撑管上前后挂点间距，提高稳定性。根据导线分裂数的不同，支撑管形式有所不同，其安装示意图如图4、5所示。

图4 单跳线八字串金具连接示意图

该方案的优点为无需改动原杆塔结构，仅增加部分连接金具即可完成单跳串至双跳串的改变。但由于与横担连接处仍为单挂点，在风偏的情况下，支撑管仍可能存在一定程度的扭转。因此，需要在两侧各加挂三片重锤，增加整个跳线部分的垂直荷载，以尽可能减少扭转幅度。

以上两种支撑管跳线目前均无下挂重锤位置，需要进行改造，以增加跳线串和重锤挂点。其中，对于单跳线可重新加工两块挂板，并在挂板底端预留重锤挂孔。对于双分裂跳线，则需要在原支撑角钢上再次打孔或重新加工支撑角钢。从施工方便性看，推荐重新加工支撑角钢增加挂点[2]。

图5 双分裂跳线八字串金具连接示意图

(2)新加工跳线支架。显然，在独立双挂点情况下，支撑管由于前后固定，基本不会产生风偏扭转现象。经查阅2008年以前工程杆塔结构图纸，原跳线支架无法直接新增跳串挂点，从尽量减少修改原塔头的角度出发，本次治理时考虑利用原3个M16螺栓孔，加挂一块新加工的跳线挂板。

经过上述调整后，跳线挂点由原单挂点改为独立双挂点，支撑管稳定性大大增加，基本消除了风偏时前后扭转的可能性。相对单挂孔八字串方案治理效果更好，施工难度上略大于单挂孔八字串方案。

(3)合二为一的方案。根据安徽电网输电线路风偏治理方案讨论会确定，考虑新加工跳线与原塔连接的紧固性以及施工的难度，将方案1与方案2合并改造。

5 安徽电网输电线路抵御自然灾害的后续基础研究

5.1 老旧线路的安全性评估

提高中通道等重要输电断面老旧线路抵御自然灾害的能力。以防风偏、防雷击、防污闪、防外破、防鸟害等为重点工作，开展500 kV皖电东送中通道重要断面老旧输电线路的安全性评估，提出改造方案，列入2012-2013年技改储备计划。

5.2 开展微气象区的研究工作

启动微气象、微地形提高输电线路抵御自然灾害的研究。结合智能电网输变电设备在线监测项目，在实施过程中，审查确定在局部微气象区安装45个气象监测装置，以搜集气象资料。

5.3 根据相关数据，实现差异化设计

与安徽气象局合作，给局部频发微气象的区域安装部分气象监测装置来搜集相关数据，加以统计和梳理，绘制安徽电网输电线风压分布图和微气象、微地形区域图；在输电线路经过该地区的设计审查中，要求差异化设计，提高设计水平。

6 结 论

根据2011年迎峰度夏期间500 kV线路跳闸现场推断，局部风速超过40 m/s，因安徽地区暂无该气象条件下设计的输电线路；本次防风偏校核，根据安徽省公司基建、生产差异化协调结果，新建线路按32 m/s风速校核电气间隙；考虑局部强对流天气，风压不均匀系数由0.61提高到0.75，针对档距较大，易发生风偏的区域，当垂直档距和水平档距比值Kv值≥0.95时，也采取防风偏措施；校核范围为2006年以来发生线路风偏跳闸的区段杆塔。采取防风偏措施改造后的杆塔按原地面20 m基准计，局部可抗36 m/s及以下的风速。

参考文献：

[1]王利国，沈军花.线路风偏跳闸事故案例计算及预防措施[J].农村电气化，2011(5)：31-32

[2]鲁辉，王美刚，韩培君.220 kV耐张塔跳线风偏跳闸原因分析及预防措施[J].内蒙古电力技术，2011，29(2)：22-23