输电线路风偏技术浅议

郑杰东

1.前言

在电力系统中，输电线路分布点多面广，横跨崇山峻岭、河流湖泊，导线、金具、绝缘子暴露在大自然中，沿线运行环境恶劣。目前以福州地区为例，输电线路多为猫头型、“干”字型铁塔为主要塔型，塔头电气间隙紧凑，沿海登陆的台风以及强对流天气产生的飑线风作用于线路上，将使导线、引流线产生风偏摇摆，当摇摆幅度超过设计允许值，导线对塔材等部件风偏放电，导致线路失地跳闸，严重威胁到电网的安全运行。

2.线路风偏放电原因分析

当风力作用于导线上，垂直于线路方向的分量将使导线产生横线路的摇摆偏移，摇摆幅度取决于风速、绝缘子、导线自重等因素，摇摆到一定角度后，导线与塔身的距离减少，小于正常运行时的空气间隙，在工频电压下空气隙击穿放电。

从历年的数据统计来看，直线猫头塔中相导线风偏放电和“干”字型塔中相引流线风偏放电占线路风偏放电的绝大多数，分别为33.8%、65.8%，下面以两者为例，通过典型故障调查，风偏摇摆角计算、校验，详细剖析线路风偏失地故障的原因。

2.1直线猫头塔风偏放电原因分析

某年某月某日，第9号台风登陆福州，220kV某某路回#39中相导线风偏后对塔身主材放电，导致线路跳闸，重合不成，随后进行强送成功。该塔位于半山腰，中相导线悬挂点采用单串合成绝缘子加挂重锤的组装方式，悬点高度为37.5m。重锤采用ZC-1，共5片，单片重15.464kg，单个长度68mm。防振锤采用FD-4，前后侧共12个，单个重5.6kg。根据气象部门资料，当时台风风速达到35m/s。

选择气象工况为最大风速35m/s、气温15℃、覆冰厚度0mm。

根据塔头尺寸及导线相关参数计算直线绝缘子串风偏角：

绝缘子水平风压：Pj=AjV2/1.6=o.39x352/1.6=298.6N

重锤重量：W=5×15.464×9.8=757.7N

重锤长度：10=5×68=340mm=0.34m

防振锤重量：Gf=12x5.6×9.8=658.56N

Lh=lsin0=3.238sin64.24。=2.92m

中相横担全长6.8m，绝缘子悬挂点中心至塔材角铁距离3.4m

220kV线路带电导线与杆塔构件在运行电压下的最小空气间隙为0.55m。

e=3.4-2.92=0.48m<0.55m，

当摇摆角达到64.24度，间隙圆相割于杆塔上的f、h点，导线与塔身主材最近距离仅0.48m，导致空气隙击穿放电，线路跳闸。可见风速大、合成绝缘子串自身重量轻、线路垂直档距小是直线猫头塔风偏放电的主要原因。

2.2“干”字型铁塔中相引线风偏放电原因分析

台风、飑线风期间，福州某地区220kV线路多次跳闸，故障点集中在“干，，字型铁塔上，线路跳闸情况如表2所示。“干”字型塔中相引線采用单串瓷绝缘子加撑管悬挂，中相引线较长，约10来米，绕过塔身的前后侧，在风力作用下引线摇摆幅度较大。当时风速为35m/s，选择气象工况为最大风速35m/s、气温15℃、覆冰厚度0mm。

绝缘子水平风压：Pj=Cn+1）AjV2/1.6=14×0.03×352/1.6=321.56N

撑铁重量：G0=34.326×9.8=336.4N

撑铁风压：P0=3×0.063×352/1.6=144.7N

绝缘子串全长：1=1898+596=2494mm=2.494m

Lh=lsin0=2.494sin35.73。=1.456m

由于引线长度较大，在个别驰度大的地方又形成了小弧垂，小弧垂可达0.3-0.5m。

故：1=1.456+0.3=1.756m

引流线距离铁塔塔材最近点为2.05m

e=2.05-1.756=0.294m<0.55m

根据风偏摇摆角绘制塔头间隙圆图，当摇摆角达到35.73度，小弧垂的间隙圆相割于杆塔上的f、h点，引流线与塔身主材最近距离仅0.294m，导致空气隙击穿放电，线路跳闸。可见风速大、引流线重量轻、驰度大是“干”字型塔中相引流线风偏放电的主要原因。

3.防风偏改造方案

直线猫头塔中相导线可以采用“V”型串悬挂方式，形成稳定的三角桁架结构，理论上不会再发生摇摆。绝缘子组装型式可以采用U型环+延长环+拉杆+直角挂板+合成绝缘子+碗头挂板+LV联板。

导线的摇摆仅限于直角挂板至悬垂线夹处，该段垂直距离0.653m，即使在强台风下，风偏摇摆角大到90度，风偏摇摆的水平距离仅0.653m，与铁塔主材间有2.747m的安全距离，从根本上消除了风偏摇摆造成线路失地故障。

“干”字型铁塔防风偏改造可以采用独立挂点的双绝缘子串加装撑管的方式进行，两绝缘子串问间距以1.5m～1.8m为宜，双绝缘子串一方面加大了绝缘子的自重，另一方面绝缘子产生不同期摇摆可以抵消部分风力作用，限制了风偏摇摆角，对于TG型杆塔可以直接拆除线路铁塔最外侧的角铁，直接安装1.8m的角铁。此外，还应严格控制引流线长度，可以使用绳索量取后制作引线，防止局部区域形成大于0.3m的弧垂。

因空气间隙大于0.55m的放电间隙，间隙圆图与塔身主材没有交点，线路可以安全运行。若考虑双绝缘子串的不同期摇摆，引线的风偏摇摆角将进一步减少，引流线与塔身主材的空气间隙将进一步增大，更能保证线路运行的稳定性。对于部分“干”字型铁塔，引流线因塔型尺寸、施工工艺、线路转角过大等客观原因限制，造成引流线弧垂过大，当采用双串绝缘子加撑管的改造方式仍然无法满足要求，会因小弧垂过大而在风偏的情况下对塔身放电，对于该种情况，需采取较为特殊的改造方案。在台风、飑线风期间，尚有其它一些塔型发生风偏放电故障，虽然机率低，但仍需引起重视。大于45度转角塔外角侧引线距离塔身较近，可以参照“干”字型塔风偏改造情况，在横担侧加装卡具，使用独立挂点的双串绝缘子进行改造。

上述均为限制导线对塔身放电的改造措施，对于档距中央导线的风偏也应进行校验，并加上适当的安全距离，保持足够裕度后，进行树木砍伐和违章建筑的清理，从而保证线路整体的防风偏性能。

4.小结

通过对高压架空线路风偏放电故障的调查，找出几种易发生风偏放电的塔型，深入分析了导线风偏放电的原因，并阐述了相应的改造方案，为线路防风偏改造提供了有力的技术保障。用于指导风偏改造实施依据，并在多条线路上应用实施，取得了良好的效果。