对于特高压交直流同塔多回线路杆塔防风偏闪络可靠度的分析

胡多++李倩

[摘  要]针对超、特高压交直流同塔多回线路Ⅰ-Ⅴ型和单Ⅰ型绝缘子串布置的塔型，采用绝缘子串风角计算连续使用刚性杆模型，建立了塔风偏航可靠性的计算模型;并以±800kV/500 kV和±800 kV/1000kV交直流同塔多回线路两种塔型为例，采用SORM编程的方法来解决风偏航可靠性指标。结果表明，该频率下的电压闪络故障概率，设计只能检查了电源频率电压下的风，横臂，横臂、上横木闪络故障的概率增加，风偏航可靠性水平略低，这两个塔防风偏航可靠性是满足目标的正常使用极限状态可靠度指数为1.5，导致表面闪络横木可靠性相对较低，但通过增加绝缘子的长度来提高其可靠性。

[关键词]特高压  交直流同塔  杆塔防风偏闪络  可靠度

中图分类号：TM75 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）24-0172-01

1 引言

随着国家特高压交直流电网的逐步发展，输电线路走廊日趋紧张。以山西电网为例，十三五期间将开工建设“四交一直”特高压工程，山西电网逐步成为全国特高压电网一个重要组成部分，山西走廊也将成为跨区电网送电的一个重要渠道。但该通道内密集分部着保护区、厂矿工业园区、高速公路、铁路、油气管线、军事设施以及已投运的输电线路等，可利用走廊窄点逐年减小。

目前，混合电压等级同塔多回输电技术变得越来越成熟，但是没有超、特高电压交流和直流线路在中国和世界建立的设计和操作经验。作为全国电力联网的骨干，超高压和特高压输电线路在同一塔传输能力，故障对电网的影响和损失更大，甚至可能导致停电，因此对结构的安全性和可靠性提出了更高的要求。为了适应国家电网的发展要求，开展了超特高压交流和直流输电线路在同一塔塔可靠性研究。统计研究表明，风偏闪络是电网运行故障原因中较为频繁的一种，且由于大都发生在工频电压下，成功率低。

2 杆塔防风偏闪络可靠度计算模型

风的发生闪络的直接原因是强风造成绝缘子串向杆塔倾斜，导致气隙不能满足导体和塔闪络绝缘强度的要求。因此，研究风的可靠性在风中偏航角和导致的计算气隙在塔上。

基本思想是：首先计算工频电压、操作过电压、雷电过电压和带电维护4种工况下的绝缘子串风偏角;并确定超高压和特高压交直流两用塔复杂的电磁环境，在不同工作条件下最低安全与气隙之间的电线塔组件。然后以绝缘子串挂点为圆心、绝缘子串长度为半径画弧;根据所求风偏角标出绝缘子串的形影偏离位置，以偏离位置处的导线挂点为圆心，以对应的最小安全空气间隙值为半径画间隙圆。如果切的径向间隙和塔组成部分或离开，然后满足要求;另一方面，是发生闪络塔，风偏航可靠性失败。

2.1 风偏角计算模型

架空输电线风偏航计算，中，悬垂绝缘子串风偏角的计算多采用刚体直杆模型法、弦多边形法和导线替代法 3 种方法。本文采用刚性杆模型方法，我们假设绝缘体和导体是刚性的，风荷载均匀地应用于导体和绝缘子串静力、导体和绝缘体字符串在风中角最大的力平衡。

虽然塔、绝缘体和导体之间形成复杂的三维结构，但考虑到绝缘子串在顺线路方向上的偏移较小，线和塔之间的检查气隙最小，一般简化为二维分析。因此，悬垂绝缘子串风偏角为

2.2 杆塔防风偏闪络功能函数

绝缘子风偏角主要受等恶劣天气条件如强风等影响，没有积累的效果，但是一个随机概率值。这将导致风塔气隙减少的外导体的绝缘性能损坏绝缘子串，即“压力”S;导线与杆塔的最小安全空气间隙视为绝缘“强度”R。

因此，杆塔发生风偏闪络的概率即为在绝缘子串风偏的影响下，导线与杆塔安全间隙“强度”的降低程度。

由于V串风偏太小，被忽略在塔头空气间隙求解中，只讨论计算函数的可靠性的电流-电压字符串和单一字符串。

2.3 杆塔防风偏闪络可靠度计算方法

根据功能函数 Z 值的大小，您可以确定线的安全间隙和塔是否可以满足绝缘功能的要求，可以判断导线与杆塔的安全间隙能满足绝缘功能要求，所以，Z = 0为杆塔防风偏闪络可靠度极限状态方程。

基本思想是： 在独立标准正态空间中找到失败的表面失效概率的最大值点，将功能函数在该点处进行展开并取至二次项，这表面二次函数而不是原始的破坏面，则该点到该二次函数曲面的最短距离，即为二阶可靠度指标。

对于这个问题，作者通过查阅文献、咨询专家进行了研究，认为杆塔防风偏闪络可靠度校核应当参照现行“国标”和“行标”。因此，考虑到塔闪络发生正常使用极限状态，根据《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068—2001对正常使用极限状态可靠度指数据的可逆性程度从0到1.5的规定，选择风塔部分闪络目标可靠性指标1.5检查。

3 工程算例

从杆塔防风偏闪络功能函数表明，超、特高压交直流同塔多回线路杆塔防风偏闪络可靠度跟塔型及导线绝缘子串布置方式，绝缘子型号及片数、最小安全空气间隙、横担尺寸、导线型号及参数、档距和风速等众多因素有关。

3.1 随机性参数的选择

由于该算例主要校核上述两种超、特高压交直流同塔多回线路杆塔的防风偏闪络可靠度，随机参数只考虑风速，风速变异系数为0.1。

在导线和绝缘子串风荷载计算中，考虑绝缘子串的最大风偏，即按90°风向考虑。

3.2 结果分析

各横担处发生风偏闪络概率按其功能函数最小可靠度指标考虑。任何条件下，下横担、中横担和上横担处发生风偏闪络的概率依次增大，这是由于更高的横臂电线和绝缘子串的压力增加，绝缘子串风角较大，导致安全气隙线和塔是相对较小的，可靠的风力偏航水平略有下降。

4 结束语

（1）每个工况相比，闪络故障的发生概率的频率电压最大，建议在设计中主要校核工频电压下的风偏。

（2）在任何情况下，下横担、中横担和上横担处导线发生的闪络故障的概率依次增大，也就是说，闪络可靠性的可靠性水平略有减少。

（3）两种类型的塔型防风偏闪络可靠度均满足正常使用极限状态的要求目标可靠性指标1.5。其中，导线对其所在横担下表面闪络可靠度相对较低，可以提高通过适当地增加绝缘子串的长度。

参考文献

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