沿海架空输电线路风偏跳闸分析及防治对策

引言

我国沿海地区受西太平洋深厚的大气涡旋影响,台风多发,沿海架空输电线路极易遭受台风正面侵袭。近年来台风登陆我国沿海地区的最高瞬时风速高达65m/s,强台风登陆时经常会引起线路风偏跳闸,广东沿海地区甚至发生过台风倒塔、断线事故,严重威胁电网的安全稳定运行。因此,开展沿海架空输电线路风偏跳闸分析,研究经济、有效的防治措施并推广应用,对于提高输电线路的供电可靠性和抵御自然灾害的能力具有重要意义。

1输电线路风偏跳闸原因

近年来国内外相关领域的研究结果表明,输电线路风偏跳闸主要由外因和内因两方面造成。外因是指由于大自然的暴风雨天气,例如台风天气,造成输电线路的导线发生风偏,与杆塔或建筑物等其他物体的电气距离减小,当电气距离不满足系统运行电压或各种过电压最小间隙距离要求时就会发生闪络放电。内因主要包括两个方面:(1）线路设计缺陷,在设计阶段因对气象条件的评估不足,线路防风设计强度偏小,导致输电线路抵御强风的能力不强:(2）施工过程中不按图纸施工或者施工工艺不佳、质量不合格,例如在耐张塔跳线安装过程中,跳线弧垂预留过大,使跳线更容易发生风偏跳闸。由于我国东南部沿海地区台风多发,且近年来强台风袭击更加频繁、强度更大,大多数在运线路的防风能力已不能满足目前防风技术规范要求,是沿海架空输电线路风偏跳闸的主要原因。

2输电线路防风偏校验

防风偏校验分为耐张塔跳线串风偏计算和直线塔悬垂串风偏计算两类,耐张塔跳线串及直线塔悬垂串的风偏角9计算原理如图1所示。

计算公式:

式中,Gm为绝缘子串自重(N）:Gc为重锤自重(N）:Gv为导线自重(N）:PH为跳线风荷载(N）:Pr为绝缘子串风压(N）。

耐张塔跳线串与直线塔悬垂串的风偏计算原理基本相同,即都采用水平荷载与垂直荷载的比值求解。两者区别如下:

(1）风压不均匀系数a取值不同。直线塔悬垂串的a按表l取值,而耐张塔跳线串的风压不均匀系数取值按照I、I类风区取l.4,其余风区取l.0。

(2）耐张塔跳线串计算长度与直线塔悬垂串的水平档距不同。在悬垂串风偏计算中,导线长度应根据实际情况取杆塔的水平档距LH,跳线串风偏计算时导线一般取跳线长度的l/2。同一电压等级跳线长度大致相同,一般500;k跳线长约V0m,220;k跳线长约l5m,ll0;k跳线长约l0m。由于耐张塔跳线两端由引流板与耐张串连接,引流板已承担一部分荷载,影响风偏的导线长度约为跳线长度的l/2,即500;k跳线计算长度取l5m,220;k取3m,ll8;k取5m。

(3）施工拉偏角影响。跳线安装施工时由于受转角大小、施工工艺等因素影响,跳线弧垂误差较大,跳线张力也会产生一定拉偏角,这部分误差在计算中暂无法考虑。

3输电线路风偏防治对策

3.11型悬垂串改V型串

对于沿海台风多发地区,运行中的输电线路直线塔0型悬垂绝缘子串(悬垂单串）,可改成I型串进行防风偏改造。新建线路在设计选型时,直线杆塔可采用V型串或双k串,悬垂绝缘子V型串能够有效防止导线和绝缘子横向摆动,降低直线塔风偏跳闸的概率,同时又能有效防止绝缘子掉串造成线路附近人员的触电事故。缺点是改造施工难度大、花费高,停电时间长:新建线路使用V型串对塔型、横担长度要求较高。

3.2加装重锤

运行中的输电线路防风偏改造最简易的方法是在直线塔悬垂串或耐张跳线串上加装重锤,增加绝缘子串的垂直荷载,利用重锤的垂直荷载来抵御水平风荷载,具有一定的防风偏效果。沿海新建线路的耐张塔跳线串通常使用加装重锤的方法防止导线风偏。不足之处是加装重锤会增加杆塔的负荷,且重锤的防风偏效果有限,未必能抵御较强台风的袭击。

3.3加装导线绝缘护套

加装导线绝缘护套是指在导线上包裹一定厚度的绝缘材料,例如氟硅橡胶材料,在一定程度上可防止导线对档中距离较近的建筑物、山坡等物体风偏闪络放电,对距离较近的线线交跨点同样可以采用此方法。由于绝缘材料安装后是否满足绝缘要求、是否老化失效等较难检测,因此该方法只能作为临时应急使用或作为附加措施使用。

3.4防风偏拉线

在无人大风区,架空线路普遍采用加装防风偏拉线的方法抑制风偏。通过在导线线夹处加装平行挂板,连接绝缘子后用钢绞线拉至地面,固定在地面的拉盘上就可起到在大风时限制导线摆动,抑制风偏的作用。此方法在沿海地区的水泥杆线路同样适用,可在水泥杆身上加装小型横担结构,把拉线固定在小型横担上,能有效防止人为破坏。缺点是改造成本较高,需为水泥杆量身定制小型横担。

3.5防风偏绝缘拉索

防风偏绝缘拉索是由绝缘棒体、绝缘索、连接金具串联而成。根据不同塔形,防风偏绝缘拉索组件可制作成柔性和刚性两种,区别在于组件主要材料是刚性的环氧树脂玻璃纤维材料,还是具有柔性的高强度承力锦纶材料。绝缘拉索可带电作业安装在塔身上,当导线风偏向塔身摆动时,会被绝缘拉索阻挡,从而保证导线和塔身之间满足电气安全距离。该方法的明显优点是可带电安装,不足之处是改造成本较高。

3.6防风偏刚性跳线

防风偏刚性跳线方法主要应用于耐张塔的跳线上。对于35kV、110kV线路,刚性跳线的简易加工方法是利用C型线夹将跳线与一段镀锌角钢固定,利用角钢的重量和刚性可有效防止跳线摆动,缺点是镀锌角钢两端与导线在长期摆动磨擦作用下,镀锌角钢端部可能会将导线磨损甚至磨断。另一种较为流行使用的刚性跳线是通过间隔棒将导线与支撑管组件固定在一起,支撑管组件由长管、重锤组成,多用于220kV及以上线路。据调查,沿海地区安装防风偏刚性跳线的杆塔很少发生过风偏跳闸,应用效果良好。

3.7防风偏绝缘子

防风偏绝缘子是对普通复合绝缘子横担端的碗头结构进行改造,将普通复合绝缘子的碗头改成连接板,用螺栓将连接板与横担角钢牢牢上紧,从而限制复合绝缘子串风偏。采用防风偏绝缘子可以有效防止悬垂绝缘子串的风偏,减少导线风偏闪络,在110kV输电线路上有一定的应用。由于沿海地区风速较高、台风多发,防风偏绝缘子直接固定在横担上,绝缘子在多次受风力扭曲弹性形变后,绝缘子芯棒、连接螺栓和横担角钢可能会导致疲劳损伤、变形,从而引发绝缘子掉串事故,因此该方法没有得到广泛的推广应用。

3.8加装支撑绝缘子

加装支撑绝缘子方法主要是在杆塔上加装固定支撑绝缘子,在导线风偏时,通过固定的支撑绝缘子承受风偏压力,避免导线风偏接近塔身,使导线与塔身保持安全距离。加装支撑绝缘子防风偏的方法在沿海架空电缆混合线路的电缆终端塔中应用较广泛。由于在运线路加装支撑绝缘子需对塔材进行开孔或使用专用夹具,且支撑绝缘子的扭矩较大,易导致塔材弯曲,故很少应用于在运架空输电线路的防风偏改造。

4结语

沿海地区在频繁遭受台风侵袭的情况下,运行线路可优先考虑加装重锤、1型悬垂串改V型串、加装防风偏拉线等方法进行防风偏改造:若线路停电困难,可采用带电作业安装防风偏绝缘拉索的方法进行改造。对于新建线路,在设计选型阶段应充分考虑防风偏措施,采用耐张塔悬垂串加挂重锤、防风偏刚性跳线的方式。目前,沿海地区防风偏措施在不断加强和改善,线路风偏跳闸率不断降低,电网供电可靠性显著提高,但是线路风偏跳闸事故仍时有发生,因此线路运维单位应持续深入开展防风偏研究,进一步提高防风偏技术和电网防灾能力。