关于几起输电线路风偏跳闸的原因分析

　　２０１０年第２期　　总第１０５期

关于几起输电线路风偏跳闸的原因分析

候　鹏　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　张建华　

电力公司（乌鲁木齐　伊犁电力有限责任公司（伊宁　８３０００２）　　　　８３５０００)

　　　　　　　　摘要：简述了２００９年４月１３～１６　日电力公司４次风偏

跳闸故障情况，分析了故障原因和放电机理，就引起输电线　　　

路风偏的多方面原因进行了分析和探讨，依据分析的结果、建议，提出了输电线路预防和抑制风偏的一些措施和策略。　　　　　　　　关键词：输电线路；风偏；跳闸；放电间隙　

２００９年４月１３～１６日，大风和沙尘暴天气造成电力公司系统４条１１０～２２０千伏线路风偏跳闸１１次，对系统的安全稳定运行造成严重影响，为调查分析跳闸原因并采取防治措施，决定对所有重要电网联络线路风偏角进行校核。组织召开了“输电线路风偏跳闸专题分析会”，分析讨论了故障原因和整改工作要求。为了准确分析跳闸原因，查阅大量设计图纸及施工记录，对放电位置、烧伤点等进行了测量比对，并结合保护动作和故障录波等资料进行了认真分析研究。从调查分析的情况看，引起跳闸的原因是明确的，均属于强风引起的导线风偏放电。同时对线路杆塔进行全面校核风偏角工作，找出风偏距离相对吃紧点并采取相应防范改造措施。鉴于此次风偏放电造成跳闸线路多且时段集中、影响面广。因此，为增强１１０ｋＶ及以上输电线路抵御大风的能力。需要从气象、设计、运行等多方面进行分析研究，以便采取相应的预防及整改措施。　１　风偏故障简介　

１．１　　４月１３日２３时２０分，吐鲁番地区１１０ｋＶ托大线Ｃ相故障跳闸，重合成功。保护测距为距托克逊变８２．５７ｋｍ。经巡视发现１１０ｋＶ托大线小草湖白杨河支线（Ｔ接于托大线）２６号直线塔Ｃ相大号侧导线防振锤与对应塔身上有明显放电痕迹，确认该处为故障点。根据走访、调查的资料情况看，跳闸时当地的气象资料显示为大风、沙尘暴天气，而风向正好就是横线路方向的西北风。　

１．２　　４月１６日１４时３８分和１６时０６分，２２０ｋＶ苏鹿线Ｃ相故障连续两次跳闸，重合成功，保护测距分别为３５．９ｋｍ和　１７３．８ｋｍ。经巡视发现分别为１３９号杆Ｃ相导线（中相）对电杆永久拉线风偏放电、１００号杆耐张塔中相引流对地线横担风偏放电。

１．３　　４月１６日２１时５３分和２２时０７分，２２０ｋＶ库台一线Ａ相故障连续两次跳闸，重合成功，保护测距分别为２１３．８ｋｍ和５４．３ｋｍ。经巡视发现均为４１９号耐张塔中相引流对耐张串接地端金具放电。　

１．４　　４月１６日２２时１９分到２２时３８分期间，２２０ｋＶ察帆线Ｂ相故障连续六次跳闸，重合成功，经巡视发现均为３号耐张塔中相引流对塔身主材风偏放电。

２　故障特点及原因分析　２．１　故障特点　

　　　　发生风偏跳闸的线路电压等级有１１０ｋＶ和２２０ｋＶ,塔型有耐张塔、直线塔。耐张塔是跳线对杆塔构架放电，直线塔是导线或线夹金具对塔身或拉线放电，并且几次故障具有以下特点：　

　　　　（１）根据气象证明可知故障发生区域及时段内均有强风出现，并伴有沙尘暴；　

　　　　（２）导线或线夹金具上均有明显的放电点；　　　　　（３）故障时重合闸均能成功，故障为瞬间故障。２．２　强风是导致风偏放电的主要原因　

　　　　根据当地气象部门证明，上述４起风偏故障发生的区域均出现了少有的强风，在现场查询中也发现附近有大树被吹倒或连根拔起的现象。例如：４月１３日吐鲁番地区１１０ｋＶ托大线故障跳闸，跳闸当时，小草湖风电场实测５０米高空风速５３米／秒，换算到２０　４６．５米高度为米／秒。据气象部门反映，这种气候每年都有，主要表现为空气对流能量大，风力强劲，具有以下特点：　

　　　　（１）具有局部微气候特征，范围均不大，常发生在局部地区；　

　　　　（２）风力强劲，瞬时风速可达５０ｍ/ｓ以上；　　　　　（３）大多发生在４～５月间；　　　　　（４）常伴有沙尘暴；

　　　在强风作用下，导线沿风向会出现一定位移和偏转。在间隙减小，空间场强增大时，导线金具的尖端和塔身的尖端上会出现局部高场强，放电更容易在这些位置发生，从现场放电痕迹可观察到，一部分放电出现在脚钉、导线金具和角钢边缘尖端上。　

２．３　沙尘暴使空气间隙的绝缘强度降低　

　　　由于风偏放电发生时伴有沙尘暴等天气，根据研究表明沙尘对空气间隙击穿电压、绝缘子闪络电压与空气间隙在雷电冲击电压和操作冲击电压作用下放电分散性及伏秒特性均有影响，沙尘所引起间隙放电特性的变化主要是由于阴极表面沉积沙尘引起。沙尘导致绝缘子的闪络电压明显减小，且其闪络电压随沙粒所带电量的增加而减小，随风速的增加而增大。因此认为线路发生风偏放电时一是导线风偏角很大，超过设计值，二是沙尘降低了放电间隙的放电电压。　２．４　设计上存在不足　

　　　　此次发生风偏跳闸的线路中，设计最大风速为３０ｍ/ｓ,对局部微气候区、强风区等特殊区域考虑不全，设计风偏计算值不满足局部微气候条件；同时为了节约线路成本投

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电力技术

资，在杆塔设计中塔头尺寸偏小，使得杆塔的风偏裕度偏紧。并且线路运行后绝缘子串调爬、更换合成绝缘子等改造工作后，杆塔原来的绝缘长度发生改变，造成因原设计风偏距离裕度不够导致强风等恶劣气候条件下线路发生风偏跳闸，耐张塔设计中引流线设计不合理，引流线过长或跳线绝缘子串为不稳定结构，也是造成风偏跳闸的原因之一。　３　风偏计算　

　　　　下面以２２０ｋＶ苏鹿线１３９号电杆风偏计算为例：　　　　（１）防振锤位置弧垂计算　　　　任意点弧垂计算公式如下：　　　　

　　　　已知条件：ｇ６（０，３０）＝１２３．３６４×１０ＭＰａ

－３

２

　　　　＝３４５．２９Ｎ／ｍｍ　　　

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　　　　计算得：　　＝２８１．７

　　　　由此求得：ｋＶ≥２８１．７／３５０≥０．８

４　整改措施及建议　４．１　采取的措施　

　　　　（１）强化输电线路防风偏设计。针对中相引流安装重锤不能有效防止风偏跳闸的情况，今后新建线路，中相引流跳线绝缘子要优先采用防风型复合支柱绝缘子，不能采用时要安装防风拉线。穿越强风区的线路，优先选用Ｖ型串结构杆塔；不能采用时，按照多年最大瞬时风速校核杆塔头部间隙，不满足正常运行电压空气间隙时要安装防风拉线。

　　　　（２）认真校核在建线路的外绝缘间隙。鉴于存在沙尘暴降低空气间隙闪络电压的问题，要求对在建及今后规划的穿越达坂城、小草湖和百里风区的杆塔外绝缘间隙进一步校核。

　　　　（３）加快完善运行线路防风措施。对２２０千伏库台一线、苏鹿线、察帆线、１１０千伏托大线白杨河支线重点区段的同类杆塔类型加装防风拉线。

　　　　（４）做好电网防风偏运行监测工作。加强大风天气巡视和气象观测等基础性工作，推广应用气象观测和导线风偏在线监测系统，为计算绝缘子串及导线风偏、选取电气间隙设计风速及风压不均匀系数提供依据。４．２　今后的工作重点　

　　　　２００９年大风导致的１１０ｋＶ及以上电压等级线路风偏跳闸明显增多，对系统的安全运行带来了严重影响。一方面是属于恶劣气候条件导致的自然灾害，较难预防和完全抵御。另一方面也反映出部分线路自身抵御强风的能力不足，在今后需重点开展以下几方面的工作：　

　　　　（１）继续进行杆塔风偏角校核工作，对存在风偏问题的杆塔采用加装重锤、倒Ｖ串等措施，及时整改，确保线路安全稳定运行。　

　　　　（２）加强对微气候区的观测和记录，积累运行资料，同时加强线路沿线所经区域的气象资料收集，特别是强风（龙卷风）的数据收集，并加强导线风偏的观测。　

　　　　（３）设计部门要优化杆塔设计，适当增大塔头尺寸，并对线路运行后的调爬、更换合成绝缘子等改造留有一定的裕度。　

参考文献

［１］　东北电力设计院．电力工程高压送电线路设备手册　．　水利电力出版社．１９９１　　

［２］　ＧＢＪ　２３３　９０．１１０~５００ｋＶ架空电力线路施工及验收规范　［３］　ＤＬ／　Ｔ５０９２-１９９９.１１０ｋＶ~５００ｋＶ架空送电线路设计技术规程

　　　　防振锤高度　　　　＝l０．０３４＋０．０７５＝０．１１ｍ　　　　弧垂加防振锤高　Ｈ　＝０．０８＋０．１１≈０．２ｍ

　　　　（２）导线防振锤与拉线放电所需要最小风速计算

　　　　在考虑０．０５ｍ裕度情况下，Ｚ１杆防振锤对拉线允许风偏角Φ＝５２°５′１″

ｔｇ５２°５′１″＝１．２８３８由公式

　　　　　　　　、　　－绝缘子串重量和其风荷载

　　　、　　－导线自重和风荷比载　　　、　　－水平和垂直档距　　　导线根数ｎ　　　－

　　　　将Ｐｊ与Ｐ４都与风速的平方成正比的条件以及υ＝３０ｍ／ｓ时Ｐｊ＝３０９．０１５与Ｐ４＝１０．８１３的值带入公式：中可得：　　

　　　　导线与砼杆放电所需要最小风速：　　　　υ′＝２９．９５ｍ／ｓ

　　　　即当风速υ′＞２９．９５ｍ／ｓ的情况下，导线防振锤与拉线间的电气间隙小于规范要求值，将有可能发生闪络。　　　　（３）Ｚ１杆允许ｋＶ值计算（投影）

　　　　当风速３０ｍ／ｓ时，考虑导线防振锤与拉线放电所需要的电气间隙，即满足摇摆角Φ≤５２°５′１″（考虑０．０５ｍ裕度），的情况下，设置杆塔水平档距３５０ｍ,计算对应的垂直档距。

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