500kv紧凑型线路耐张塔跳线风偏闪络故障治理方案比选研究

0引言

当前,输电线路走廊资源越来越紧张,这就对输电技术的经济性与集约化提出了更高的要求。紧凑型线路是提高单位走廊输电容量的架空线路输电技术[1],它能大幅降低通道清理成本,具有十分明显的经济优势,因此在房屋密集区域得到了较好的应用。然而,结构紧凑的特点也带来了新的风险,对设计、施工和运维提出了更高要求。耐张塔跳线区域因其灵活性强、受风偏影响显著,成为间隙控制的薄弱环节和运行故障的多发点。本文针对某地区一条500kv紧凑型双回线路耐张塔发生的跳线风偏闪络故障进行了深入分析,通过现场勘查、三维模拟计算及气象数据回溯,确定了事故直接原因为:在特定风偏工况下,跳线对塔身电气间隙不满足设计规范要求。本文剖析了施工工艺偏差及恶劣气象等间接因素,在此基础上,提出了针对性防治措施,主要包括改造跳线串 (如加重锤、采用刚性跳线)、加装跳线支架、应用固定式防风偏绝缘子以及加强运维检测。

目前,针对紧凑型输电线路的研究多集中于电磁环境研究[2-3]、感应电压和电流计算[4]、耐张塔塔型优化[5]以及线路风偏控制[6],对紧凑型耐张塔多因素耦合引起跳线风偏闪络的系统性分析与治理方案比选研究和文献报道较少。本文旨在深入分析该故障的多因素耦合成因,系统性地提出并基于多维度模型比选治理方案,以填补该领域的实践空白,为提升紧凑型线路的运行可靠性提供理论支持与决策依据。

1工程概况与问题分析

1.1 工程基本参数

某地区一条500 kv紧凑型双回线路,设计基本风速取27 m/s,覆冰取15 mm,导线采用4×JL3/G1A-630/45钢芯高导电率铝绞线,导线耐张串采用420 kN玻璃绝缘子,跳线串采用120 kN复合绝缘子。

1.2问题分析

在特定大风天气下发生单相接地跳闸,故障测距定位于某转角塔(塔型:5SCJ1-33)。该塔海拔高程为146.2 m,故障显示为工频电压击穿。经登塔检查后发现,故障为该塔上层一回线路内角侧边相跳线对边导线耐张串低压端金具发生闪络,发现明显的电弧烧灼痕迹,跳线线股及导线耐张串金具均有不同程度损伤,验证了放电点所在。

2故障机理分析与治理方案

2.1计算条件与规范依据

实际条件如下:转角9.5O,前后档距分别为450、494 m,前后代表档距分别为440、398 m。本文主要分析大风工况下的间隙距离是否满足规范要求。大风工况气象条件取气温-5℃、风速27 m/s、无冰。

本文间隙计算依据国家行业标准DL/T5217—2013《220kv~500kv紧凑型架空输电线路设计技术规程》[7],在海拔500 m以下地区,工频电压间隙需不小于1.2 m。

2.2塔头结构

参考国网典型设计原则设计的铁塔5SCJ1,其关键尺寸参数如下:上、下层线路边相横担长均为3.8 m,中相—边相层间距均为6.6 m;上、下层线路层间距为18.6 m。塔头结构如图1所示。

2.3 闪络原因分析

通过综合计算与现场勘查,判定此次风偏闪络是以下四方面因素耦合作用的结果。

1)极端天气条件下，瞬时风速超过设计条件，跳线风偏较大，导致跳线与导线耐张串低压端的电气间隙减小。

2)紧凑型塔为了缩减塔头尺寸，导线跳线串均采用复合绝缘子。复合绝缘子满足耐污性能的同时结构长度较短，但重量较盘形绝缘子串小，跳线串风偏摆动较大，导致跳线与杆塔接地部分的电气间隙减小。

3)紧凑型塔塔头结构设计紧凑，同时内角侧未设置跳线支架，导致跳线悬挂点不能往远离塔身方向移动，造成间隙紧张。

4)跳线施工弧垂控制精度不足，经激光点云技术分析跳线线长过长[8]，导致大风工况下跳线向塔身摆动幅度较大，缩小了跳线与杆塔接地部分的电气间隙。

紧凑型塔设计结构紧凑，导致对施工误差和气象条件容忍度较低，当多种因素耦合作用时便造成故障。

2.4 治理方案

本研究系统性地提出并评估下述四种治理方案。

方案一(加重锤):跳线串增加重锤片，抑制跳线风偏摆动。原跳线串配有10片重锤，增加10片重锤进行计算。

方案二(刚性跳线):安装硬跳线串，使刚性跳线顺线路方向往外延伸，缩短柔性跳线长度，抬高跳线悬挂点的高度，增大间隙。参考该塔型外角侧跳线支架长度，内角侧刚性跳线长度取值6 m。

方案三(跳线支架):改造铁塔，内角侧跳线横担末端加装跳线延长支架。参考该塔型外角侧跳线支架长度，内角侧地线支架长度取值6 m，改造跳线支架后，需安装3套跳线悬垂串。

方案四(防风偏绝缘子):改造铁塔，设置防风偏绝缘子底座，安装固定式防风偏绝缘子，固定跳线绝缘子串，从根本上抑制跳线串的风偏摆动以增大间隙。

跳线空间姿态先计算耐张串下倾角[9]，确定耐张串分流线夹空间坐标，再计算跳线串风偏和拉偏后跳线悬挂点空间坐标;基于柔性悬链线理论建立跳线计算模型，采用迭代法求解跳线风偏的空间姿态，采用微分元法将跳线分解为微小单位，计算各单元与杆塔接地部分最小间隙距离。

刚性跳线如图2所示。

固定式防风偏绝缘子如图3所示。

2.5 方案比较

经计算，紧凑型双回路转角塔上层线路内角侧边相在原条件和采取改造措施情况下间隙、相对标准间隙变化比例和改造所需费用如表1所示。

表1结果表明，各治理方案均能增大电气间隙，但技术经济性存在较大差异 。方案一(加重锤)虽成本最低 ,但间隙提升幅度有限 ,难以抵御超过设计标准的极端大风 ,仍有闪络风险。方案三(跳线支架)优化效果最为显著 ,但改造铁塔施工工期较长 ,将造成长时间停电;施工时地线需落地 , 因旧塔运行时间长 ,部分塔材存在变形 ,新材改造需将旧材拆下对照打孔后安装 ,将进一步影响工期。方案二(刚性跳线)和方案四(防风偏绝缘子)均能提供充裕的间隙裕度(均远大于1.2 m规范要求),但对比显示 ,方案四在至导线耐张串低压端金具这一关键间隙上更具优势(2.89 m>2.32 m),且经济性更佳(费用低约23%),加之其结构简洁,易于安装,综合优势显著。

对比四个治理方案,方案二(刚性跳线)和方案三(跳线支架)使跳线在空间上物理延伸的效果大于方案一(加重锤)抑制跳线串摆动的效果。方案四(防风偏绝缘子)主动固定跳线绝缘子串抑制跳线串风偏摆动,故而有较好的效果。方案三(跳线支架)更适合在设计阶段对间隙进行优化,治理阶段影响较大,不适合使用。

经初步测算和比较,各方案相对标准间隙变化比例和成本增加估算如图4所示。

由图4分析可知,方案四(防风偏绝缘子)综合性最佳。

为更直观地综合评估方案优劣,本研究构建了涵盖技术性(间隙提升)、经济性(成本)和实施难度三个维度的比选模型,其综合对比如表2所示。

由表2分析可知,方案四(防风偏绝缘子)在间隙提升裕度、经济性和实施难度上取得了最佳平衡。

注:综合评级基于技术性、经济性和实施难度三项指标加权评估确定。

2.6 方案确定与验证

经综合技术经济比较,推荐采用方案四(防风偏绝缘子)作为最终解决方案,在技术上满足要求,经济性较优。经复核验算,优化后跳线对横担的大风工况间隙值远大于1.2 m,完全满足设计规范要求。

3 总结及展望

紧凑型双回路耐张塔跳线风偏闪络是铁塔结构设计裕度小、复合绝缘子轻、施工误差及极端气象等多因素耦合所致,本研究构建了涵盖技术性、经济性和实施难度三维度的治理方案比选模型,系统性解决了方案决策问题,论证了固定式防风偏绝缘子方案在间隙裕度、成本控制和施工便利性上具有显著的综合优势。

本研究构建的系统性故障分析与治理方案决策方法,不仅适用于风偏治理,也可为其他类型的输电线路运维难题提供方法论借鉴。未来研究可关注固定式防风偏绝缘子的长期机械疲劳特性、在不同恶劣气象条件下的性能表现及其长期运行下的维护策略。

[参考文献]

[1]柏晓路,李健,向宇,等.1000kv特高压交流紧凑型输电线路技术经济分析[J].陕西电力,2016,44(9):37-42.

[2]宋刚,赵录兴,陈稼苗.500kv双回路垂直排列紧凑型输电线路电磁环境[J].电力建设,2013,34(11):45-50.

[3]梁盼望,杨力,徐志鸿,等.500kv垂直排列双回紧凑型输电线路电磁环境研究[J].吉林电力,2020,48(1):5-7.

[4]潘俊文,李辉,邹德华,等.500kv紧凑型同塔双回输电线路感应电压电流的仿真计算[J].电力科学与技术学报,2015,30(3):84-89.

[5]鲁景星,刘文勋,黄欲成,等.500kv紧凑型输电线路耐张塔塔型优化研究[J].电力勘测设计,2011(6):59-63.

[6]李黎,赵鑫,杨斌,等.紧凑型线路风偏及控制研究[J].华中科技大学学报(自然科学版),2016,44(10):26-30.

[7] 220 kv~500 kv紧凑型架空输电线路设计技术规程:DL/T 5217—2013[S].

[8] 田茂杰,杜伟,胡伟,等.基于激光点云的架空线路工况模拟研究与应用[J].地理空间信息,2022,20(3):165-170.

[9]张殿生.电力工程高压送电线路设计手册[M].2版.北京:中国电力出版社,2002.

《机电信息》2025年第24期第2篇