220kV架空输电线路碳纤维导线风偏跳闸故障分析及防治措施

摘要：针对一起220 kV架空输电线路碳纤维导线风偏跳闸故障，为了准确分析线路发生风偏跳闸故障的原因，对发生故障的杆塔进行了风偏校核计算，提出了在导线上加装防风偏绝缘隔离拉索的治理措施，取得了较好的效果。

关键词：架空输电线路;碳纤维导线;风偏跳闸;隔离拉索

0 引言

输电线路风偏跳闸是指导线在风的作用下发生偏摆后，导线-杆塔之间空气间隙的电气安全距离不足导致线路出现放电跳闸的现象，是影响线路安全运行的重要因素之一。风偏跳闸是在工作电压下发生的故障，和其他原因引起的线路跳闸相比，其重合闸成功率不到20%，降低了系统供电可靠性。导线风偏故障除了引起线路跳闸和停运外，还会对绝缘子、金具和导线造成损伤，如断股断线、绝缘子伞裙破损等，严重影响线路的安全运行。风偏跳闸的本质原因是在外界各种不利条件下，输电线路上导线-杆塔间的空气间隙减小，当此间隙距离的电气强度不能承受系统最高运行电压时，线路就会发生击穿放电现象。风偏跳闸由外因和内因两方面造成。外因是指自然界的局地强风和暴雨构成的强对流天气，局地强风使导线在水平或垂直方向大幅摆动，暴雨会沿风向形成定向的间断型水线，造成空气绝缘间隙的击穿电压降低，当导线与杆塔的距离小于工频放电的安全距离时，就会发生风偏放电现象。内因是指输电线路自身抵抗强风的能力不足，在线路设计阶段，设计人员对线路走廊内的微气象条件掌握不充分，未针对碳纤维导线等自重较轻的导线在局部微气象、强风等特殊区域采取差异化的防风偏设计;设计人员对防风偏问题的重视程度不够、研究不深、把关不严，未能在工程可研、初设阶段，就线路风偏校核等相关问题提出明确意见或反措要求，导致线路不满足防风偏放电要求，在强风作用下线路出现风偏跳闸的概率变大。

1 风偏故障情况

某线路全长9.97 km，6#～36#段线路采用碳纤维复合芯耐热铝合金导线（型号ACCC/LH-240），出现故障的杆塔为ZM1型杆塔。受强对流天气和雷雨等恶劣天气的影响，220 kV东长I线出现风偏跳闸故障，重合不成功，故障性质为中相导线悬垂绝缘子串摇摆角超过设计风偏角，使塔头空气间隙减小，导线对塔材放电造成闪络故障。工作人員经现场登塔检查发现，导线线夹及铁塔均有闪络烧伤痕迹。

2 风偏校核计算

为了准确分析线路发生风偏跳闸故障的原因，工作人员对发生故障的6#杆塔进行了风偏校核计算。

2.1    计算参数

2.1.1    杆塔参数

6#杆塔参数如表1所示。

2.1.2    导线参数

导线截面积287.00 mm2，导线外径21.70 mm。

2.1.3    导线比载

2.3    风偏计算结果

根据设计规程，220 kV架空输电线路带电部分对杆塔构件在工频电压下的最小净空距离为550 mm，考虑瓶口弧垂200 mm，杆塔厚度150 mm，导线带电部分距离杆塔构件应满足最小值900 mm。按照以上验算的风偏角度，导线最大风偏时，导线带电部分距离杆塔构件最小距离为800 mm，裕度不满足要求，极易发生风偏故障跳闸，需进行防风偏改造。

3 风偏故障防治措施

目前，直线塔导线对杆塔构件的风偏治理措施主要有悬垂串加装重锤、悬垂串改V串、绝缘子单改双、绝缘子下拉、加装防风偏绝缘隔离拉索等。其中，加装防风偏绝缘隔离拉索具有施工简单、工期较短、可带电作业且防风成效显著等优点。

3.1    防风偏绝缘隔离拉索安装原则

（1）防风偏绝缘隔离拉索（以下简称“拉索”）由复合绝缘子和金具组成。（2）拉索不得接触导线，挂点不得破坏塔材。（3）拉索需同时满足对塔身、拉线的防风偏放电距离要求。（4）风偏跳闸故障发生时，该拉索对悬垂绝缘子串进行有效阻拦。（5）安装拉索时，需校核导线与拉索金具部分的距离，即雷电过电压间隙圆与拉索相交，拉索金具长度不得进入圆内。

3.2    拉索形式

ZM塔中相推荐使用双“I”型拉索，边相推荐使用斜拉索，一侧与绝缘子串铁塔端挂点塔材连接，另一侧与铁塔塔身角钢主材连接。

3.3    金具连接

边相：自上而下是专用夹具+直角挂板+球头挂环+复合绝缘子+碗头挂板+球头挂环+复合绝缘子+碗头挂板+花篮螺栓+直角挂板+专用夹具。中相：自上而下是专用夹具+直角挂板+球头挂环+复合绝缘子+碗头挂板+花篮螺栓+直角挂板+专用夹具。

220 kV猫头塔（ZM1型）绝缘隔离拉索安装现场如图1所示。需要注意的是，220 kV架空输电线路碳纤维导线在加装防风偏绝缘隔离拉索进行防风偏跳闸故障治理时，需校核隔离拉索与塔窗内固定部位的金具长度，保证固定金具不得进入雷电过电压间隙圆内。

4 结语

碳纤维导线主要用于老旧杆塔增容改造，碳纤维导线重量较同等截面的常规导线轻，载流量大。老旧杆塔窗尺寸小，增容改造前需按照碳纤维导线进行风偏复核，对不满足要求的杆塔进行改造。通过采用以上防风偏跳闸治理措施，ZM1型等杆塔整体抗风偏能力显著提高，取得了较好效果。

收稿日期：2020-07-29

作者简介：梁伟（1981—），男，山西长治人，工程师，从事输变电设备运行与检修管理工作。