浅析高压架空输电线路中风偏的控制措施及监测

杨璐

摘  要：架空输电线路设计中风偏影响线路走廊宽度，了解输电线路中风偏的影响因素，并提出了风偏控制的几种措施，以减小风偏，达到减小线路走廊，做出合理的输电线路设计方案。

关键词：高压;架空输电线路;风偏;措施

中圖分类号：TM754     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2015）06-0093-02

随着城市的发展，城镇化进程的加快，高压架空输电线路在线路路径选择中遇到的问题越发突出。架空输电线路经过现有架空线路密集或征地困难的地区时，线路走廊往往十分紧凑。受线路走廊影响，在线路设计过程中需要根据实际情况采用合理的方法控制导线风偏，从而降低运行风险、减小线路走廊用地，做出合理的设计方案，尽量减少或避免因线路走廊过宽而导致的拆迁成本或青赔成本的增加，从而节省工程投资。

1  架空线路设计中风偏的影响

根据规范要求，架空线路设计时，架空线路走廊除了铁塔基础占地和导线边线间距离占地以外，还应考虑导线对地面、建筑物、树木、道路、河流、管道、索道及各种架空线路的距离。包括水平距离、垂直距离和净空距离。导线对跨越物的垂直距离与导线的最大弧垂有关，导线对跨越物的水平距离和净空距离均与最大风偏有关。同时，最大风偏又与导线的最大弧垂有关。因此架空线路设计中线路走廊受导线风偏的影响很大。

2  风偏的定义及风偏的危害

风偏是一种由风引起的导线摆动现象，风偏的形成一般取决于两个方面因素，即风激励和线路结构与参数。输电线路风偏对线路安全运行极具威胁而又颇为复杂，由于风偏的角度很大，轻则造成相间闪络、金属夹具损坏，重则造成线路跳闸停电、拉倒杆塔、导线折断等严重事故，从而造成重大的经济损失。因此输电线路设计中对风偏的控制十分必要。

3  风偏的计算

架空输电线路中风偏主要包括导线的风偏和绝缘子串的风偏。在一定风速下引起的直线塔悬垂绝缘子串和导线的风偏如图1所示。

3.1  导线的风偏计算

导线风偏时导线弧垂以档距两侧导线悬挂点连线为轴旋转。

导线风偏角计算如下：

？孜=tan-1■（1）

式中：

γ4为导线风压比载kg/m·mm2;

γ1为导线自重比载kg/m·mm2。

3.2  导线弧垂的计算

导线上任意一点弧垂计算：

f=■（2）

导线上档距中央弧垂（最大弧垂）：

fm=■（3）

式中：

γ6为导线综合比载，kg/m·mm2;

l1、l2为前后档档距，m;

f为档距中央任意一点弧垂;

fm为导线最大弧垂。

3.3  直线塔绝缘子串风偏角的计算

绝缘子风偏是以绝缘子和横担挂点为圆心旋转。绝缘子串风偏计算如下式：

（4）

式中：

Pλ为绝缘子串风压，N;

Lh为水平档距，m;

Wλ为绝缘子串重量，N;

LV为垂直档距，m;

S为导线截面积，mm2;

β为线路转角度数， ？觷;

T为相导线张力，N;

g1为导线自重比载，N/mm2;

WJ为重锤重量，N;

g4为电线风压比载，N/mm2。

其中，绝缘子串风压计算如下：

Pλ=■×0.980665（5）

式中：

V为为风速，m/s;

N为绝缘子片数。

综上，风偏引起的导线任一点水平偏移为：

D=λ×sin？渍 +f×sin？孜（6）

式中：

λ为导线悬垂串的串长，m;

f为导线任意一点弧垂，m。

综上，当f为导线最大弧垂fm时，Dm为导线的最大风偏距离。

4  控制风偏的措施

通过风偏角和风偏距离的计算公式分析可知，导线的风偏角主要与风速和导线自重及导线几何尺寸有关，绝缘子串的风偏角主要与绝缘子串的长度和重量、重锤重量、导线绝缘子片数和受风面积、弧垂大小、风速、导线几何尺寸等有关。结合输电线路设计中可控制因素分析，控制风偏从控制导线弧垂和控制绝缘子串风偏考虑，主要有以下几种方法。

4.1  减小档距

在同一气象条件下，减小档距可以减小弧垂，从而减小风偏，从而达到控制线路走廊的目的。在线路路径狭窄地区，采用恰当的布置塔位减小档距的方法来减小线路风偏。在相同的气象条件下，减小档距，减小杆塔使用条件，可一定程度上减小杆塔耗材，同时对控制风偏可以起到很好的作用。但是减少档距必然会增加杆塔的数量，增加工程本体投资。在实际工程中，需根据现场实际情况，有无条件减小档距以及有无必要减小档距，来确定是否采用减小档距的方式来控制风偏。

4.2  减小导线安全系数

减小导线的安全系数，会使导线张力σ增大，收紧导线，减小导线弧垂，进而减小风偏。减小导线的安全系数，弧垂减小，在一定的情况下可以减小杆塔呼高和杆塔数量，但是会增加转角塔（杆）受力，会引起杆塔耗材增加，基础混凝土也会增加，转角钢管杆增加尤为明显，所以实际工程中减小导线的安全系数可能会增加工程投资。

4.3  改变导线形式

改变导线形式，主要是采用特殊材料制成的导线，常见的为耐热导线。耐热导线有碳纤维复合芯耐热铝合金型线、间隙型耐热导线、殷钢芯耐热导线、铝包钢芯耐热铝合金绞线、铝包钢芯铝合金绞线、铝包钢芯高强度耐热铝合金绞线等。在耐热性导线时主要从其输送容量、工程实际需要的导线弧垂、线损、施工工艺和运行维护、经济性等多个方面综合选择。

4.4  绝缘子串采用V型串

直线塔绝缘子串采用V型串，可以限制绝缘子串在风的作用下摆动，可以很好地控制绝缘子串的风偏。在线路路径紧凑的地方，必要时也可以更换临近杆塔的悬垂串，来达到控制风偏的作用。但由于绝缘子串一般能承受较大的拉力而不能承受压力，受压时会使绝缘子脱落或损坏导致掉线事故的发生，故在输电线路设计时，应注意避免V型绝缘子串是否受压。

4.5  增加重锤重量

较为常见增加重锤的安装方式有：利用标准金具重锤片及重锤座安装、安装重锤式均壓环、自制重锤片安装等方式。利用标准金具重锤片及重锤座安装具有材料订货方便，但是增加了悬垂串的长度，往往不利于抑制风偏。利用重锤式均压环一般由合成绝缘子厂家提供，订货方便，且不会增加悬垂绝缘子串的长度，此方法在输电线路工程中广泛应用。自制重锤片安装的优点是取材容易，不增加悬垂绝缘子串长度，但是重锤片和螺栓为非标准件，且适用范围较窄。在输电线路设计过程中，通过计算，需安装60 kg以内重锤能抑制风偏的，则考虑安装重锤，需安装超过60 kg的重锤时，建议采取上述其他方式或增加一定的重锤配合上述其他方式来控制风偏。

5  风偏的监测系统

输电线路风偏是威胁架空输电线路安全稳定运行的重要因素之一，输电线路发生风偏，导致了线路跳闸停运，给电网的安全稳定运行造成了较大的危害，并且风偏的发生常伴有大风和雷雨现象，给故障的判断及查找带来一定的困难，输电线路采用风偏监测系统，可以实现对架空输电线路绝缘子串、耐张塔跳线、档中导线的风偏角、偏斜角，及对地电气间隙进行实时的在线监测，同时采在使用过程中，维护人员通过上传至监控中心的监测数据不仅可以了输电线路风偏（舞动、弧垂）的情况，还能全面收集和长期积累数据资料，为输电线路设计、运行维护提供大量真实的基础数据。

6  结  语

在输电线路设计过程中，应综合输电线路现场实际位置、工程实际需要的导线风偏、工程造价等多方面综合选择上述控制风偏的方法，尽量做到在满足设计要求的前提下，做出最优的设计方案来控制工程造价。同时输电线路风偏对线路运行安全影响较大，可以采用导线风偏监测装置，实时对线路进行监控，给输电线路的故障判断和查找提供依据，为电网的安全稳定运行提供了保障。

参考文献：

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[4] 张殿生.电力工程高压送电线路设计手册（第二版）[M].北京：中国电力出版社，2003.