一种用于输电线路的防风偏柔性控制装置

吴 睿，黄 健，叶 超

(中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司，安徽 合肥 230601)

一种用于输电线路的防风偏柔性控制装置

吴 睿，黄 健，叶 超

(中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司，安徽 合肥 230601)

本文介绍的防风偏柔性控制装置是一种抑制架空输电线路直线塔导线悬垂绝缘子串风偏，避免导致电气间隙不够而引起跳闸事故的控制装置。通过对其构件组成及工作原理的描述，可知该装置具有结构简单、效果显著、成本低廉的特点，是一种切实可行的线路防风偏措施。

输电线路；风偏；柔性控制；飑线风。

近年来，随着环境气候的持续变化，极端局部强对流天气在我省境内时有出现，多次造成输电线路风偏跳闸事故，对电网安全运行造成一定的影响。历次风偏跳闸分析结果表明，线路大多是在局部飑线风作用下发生工频闪络。飑线风是一种在雷雨季节出现的天气现象，其特点是范围小，持续时间短，破坏力强，气象台站往往没有直接观测记录，加之上述风偏跳闸的同时并未发生杆塔结构破坏事故，故直接提高线路设计基本风速的支撑性依据不足。因此，如何解决已投运线路风偏跳闸问题是运行及设计单位面临的课题。

1 常规防风偏措施

目前，国内常用的输电线路防风偏措施有以下几种：加装重锤、更换横担、更换杆塔，各种措施的优缺点大致如下。

1.1 加装重锤

在直线塔悬垂绝缘子串上加装重锤是一种较为常用的防风偏治理措施，通过增加绝缘子串的重量，减小导线在大风情况下的偏移，该措施的优点是简单易行，施工方便，缺点是配重有限，抑制导线风偏的效果不是很好。例如，对于使用4分裂LJG－400/35导线的500kV线路，即使在改用双联悬垂串的情况下，最大配重也只能达到480kg(24片重锤)，大约仅相当于导线垂直荷载的16%，故效果有限。导线规格越大，分裂数越多，加装重锤抑制风偏的效果越差。

对于220kV及以下电压等级的线路而言，由于悬垂绝缘子串上没有500kV线路上的悬垂联板，加装重锤只能通过加挂重锤座的方式，相当于增加了串长，从而减小了空气间隙，对线路运行可能产生不利影响，因此，在220kV及以下线路上加装重锤受到更多限制。

1.2 更换横担

对原有铁塔进行导线横担加长改造也是一种治理风偏的措施，该措施的优点是直接费用不高，效果也不错，缺点是改造施工停电时间长，防雷保护角变大，抗断线荷载能力降低等。

1.3 更换杆塔

将原线路“I”串铁塔更换为三相“V”串铁塔的方式应该说是最彻底有效的治理措施，但如大范围进行更换，则费用太大，施工工期长，因此，只能局部使用。

我公司经反复分析比较，创新提出在原线路上加装“防风偏柔性控制装置”的治理方案，该装置无需改变杆塔结构，可直接在导线水平排列的单回路导线绝缘子串下端加装，是一种切实可行、防风偏效果好的治理方案。

2 组件构成

防风偏柔性控制装置由下拉绝缘子串、拉线和控制装置等三部分组件构成。

下拉绝缘子串采用复合绝缘子，上端通过U型挂环与悬垂串联板连接，下端通过NUT型线夹与拉线连接。

拉线采用镀锌钢绞线，上端由NUT型线夹与下拉绝缘子串连接，下端由NUT型线夹与拉棒连接。

控制装置由底座、荷重块、支撑架、护筒、横撑等构件组成，起到控制导线悬垂绝缘子串最大风偏角的作用，见图1。底座和荷重块均可采用混凝土预制，其中荷重块底部距地保持一定距离，底座直接安放在平整的地面上。其余构件均采用 及以上钢材，并热浸镀锌。

图1 控制装置组装图

3 工作原理

防风偏柔性控制装置是通过合理设置拉线允许活动范围、控制装置总重，使得该装置既能起到控制导线绝缘子串最大风偏角的作用，又能避免拉线系统产生的附加荷载过大，造成导线横担破坏。

无风时，由于拉棒下端荷重块的作用，拉棒和上部的拉线等均垂直于地面。

有风时，风荷载作用于导线系统，拉线产生向上拉力，荷重块向上运动，导线悬垂绝缘子串产生偏移。风荷载加大，偏移量随之加大，当偏移量达到控制值时，制动板与护筒底部相碰，此时，底座的重量开始作用在拉线上，阻止绝缘子串继续偏移。当风力减小或停止时，拉棒和拉线在荷重块的重力作用下恢复原位。当风速超过某一数值时，导致拉力大于整个控制装置的重力，控制装置将发生位移，使得拉线系统附加荷载不再增大，以避免对铁塔横担造成破坏。

3.1 制动板与护筒底端距离(“拉线允许活动范围”)

如拉线与地面直接固定，则在风荷载作用下，由于导线绝缘子串无法产生偏移，导线系统和拉线系统均不能产生水平力来平衡水平风荷载，理论上讲，绝缘子串和拉线受力将趋向无穷大。因此，在大风情况下，必须允许导线悬垂绝缘子串产生一定的风偏角α，见图2，使得导线系统能够产生水平力来平衡水平风荷载，不足部分再由拉线系统承担。控制风偏角α取值过小，水平风荷载将主要由拉线系统来平衡，拉线系统产生的附加荷载很大，可能危及导线横担安全。

在装置设计中，通过计算，合理确定拉线允许活动范围，从而确定控制风偏角α。具体实现方法为在拉棒上设置制动板，制动板与护筒底端的距离即为拉线允许活动范围，见图1。

根据余弦定理，可计算出拉线允许活动范围，即调节长度，计算公式如下：

式中：H为导线横担高度(m)；λ为悬垂绝缘子串长度 (m)；α为控制风偏角 (° )； ΔL为拉线允许活动范围(m)。

例如，我省境内500kV平肥5302线上所用拉线“V”型塔，其导线横担高度H为33.0 m，悬垂绝缘子串长度λ为5.0 m。通过作图法可得出，其最大允许风偏角为41.0°，控制风偏角α应小于导线悬垂串最大允许风偏角，并留有一定裕度，如取为30°，通过计算，拉线允许活动范围，即调节长度 为0.78 m。

图2 静止、大风状态绝缘子串及拉线位置

3.2 控制装置配重

控制装置配重的原则：在大风作用下，既能最大限度地起到抑制导线悬垂绝缘子串风偏的作用，又能控制拉线系统附加荷载，保证不因附加荷载过大，危及导线横担结构安全。

根据图3作用力分解，可得出以下算式：

图3 作用力分解图

式中：F串为悬垂绝缘子串受力(N)；F拉线为拉线受力(N)；G导线为导线垂直荷重(N)；F大风为大风水平作用力(N)；α为控制风偏角 (° )；β为拉线偏角 (° )。

实际设计时，控制风偏角α为已知假定值，根据图5可知，在横担高度H和悬垂绝缘子串长度λ确定的情况下，可求出拉线偏角β。F串不应超过横担结构破坏强度，为另一假定控制值。G导线可根据具体线路导线参数和杆塔实际使用条件计算。因此，根据公式(2)可求出，F拉线和F大风，F拉线即为控制装置的配重，根据F大风可反推出风速值，即控制装置在达到该风速值时，将发生整体位移。

例如，500kV平肥5302线采用4分裂LGJQ－400轻型钢芯铝绞线，计算铁塔横担高度H为33.0 m，悬垂绝缘子串长度λ为5.0 m，水平档距为450 m，垂直档距为500 m，当控制风偏角取30°时，拉线偏角β为4.98°，按导线横担荷载能力确定，F串取50000 N。经计算，F拉线为15654 N，F大风为26364 N，即控制装置总配重可取为1600 kg左右，当风速超过32.5 m/s(校核风压不均匀系数取0.75)时，整个控制装置将会被拉动；当风速达到55.4 m/s时，导线绝缘子串风偏角达到最大允许值41°，也就是说，该装置理论抗风偏能力可达到55.4 m/s的水平。

4 适用范围

该装置是在我省单回500kV输电线路中开发出来的一种新型防风偏控制装置，通过一定的改进，同样可以用于单回220kV线路中。但由于该装置上端与导线悬垂绝缘子串相连接，下端置于地面，因此，不适用于导线垂直排列的双回线路的中相和上相。

另外，由于该装置放置于地面，线路运行人员需加强巡视，防止其遭外力破坏。

5 结论

本文提出了一种新型的线路防风偏柔性控制装置，该装置将配重设置在地面，因而能大幅度提高配重设计重量，使得其防风偏能力显著提高；该装置通过组合配重，巧妙地实现了抑制导线绝缘子串风偏和控制杆塔垂直荷载的完美结合；该装置的主要配重(底座)只有在导线绝缘子串风偏角超过设定值时才对杆塔产生作用，在覆冰等垂直荷载较大的工况，并不额外增加杆塔垂直荷载，即利用合理的配重组合，可将荷载控制在原设计允许范围内，因此，增加该装置并不影响杆塔结构安全。

通过设置拉线组件的活动范围、控制配重的总重等措施，使得该装置既能起到控制导线绝缘子串最大风偏角的作用，又能避免拉线组件产生的附加荷载过大，造成导线横担损坏，是一种切实可行的线路防风偏措施。较常规的加装重锤措施效果更为显著，较直接更换横担或铁塔的措施更为经济，且施工方便，停电时间短。

[1]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，2002.

[2]GB 50545—2010，110kV～750kV架空输电线路设计规范[S].

A Flexible Control Device Preventing Wind for Transmission Line

WU Rui,HUANG Jian,YE Chao
(China Energy Engineering Group Anhui Electric Power Design Institute Co.,Ltd.,Hefei 230601,China)

This article described a flexible control equipment to restrain offset caused by gale. It is a device used for an overhead transmission line to suppress slant of hanging insulator strings on linear tower,and avoiding discharge accidents caused by insufficient clearance. By describing its member composition and working principle,we can see that the device has a simple structure and low cost,the effect is significant. It's a practical measure to restrain wind offset for transmission line.

transmission line; offset caused by gale; flexible control; squall wind.

TM75

A

1671-9913(2017)05-0049-04

2016-03-10

吴睿(1980- )，男，安徽人，高级工程师，从事电力线路设计工作。