架空输电线路风偏计算研究

架空输电线路风偏计算研究

王俊辉

广西福源电力设计有限责任公司

摘要：架空输电线路通常在露天环境下完成架设及投入运行，因而，常常会受到当地自然气候环境变化的影响，遭遇大风天气时，会出现杆塔塔身部位放电等状况，进而出现风偏闪络问题。架空输电线路的风偏闪络，属于架空输电线路实际运行维护期间常见的一种问题状况，因此计算风偏角，对于架空输电线路的总体设计及后期运维有着一定的积极作用。故而，本文主要介绍悬垂绝缘子串相应风偏的摇摆角计算、风速的反算过程等，对档距变化、风偏角及绝缘子串的长度等相互间的实际关系，综合研究导线风偏各种影响因素，便于今后更好地开展架空输电线路的总体设计及后期运维等各项专业性工作。

关键词：架空；输电线路；风偏；计算；

前言：

架空输电线路绝缘子串及架空输电导线，处于风荷载的作用之下，会有风偏摆动情况产生，若有带电部分在摇摆期间与杆塔间距比允许电气间隙小，则杆塔与输电导线相互间就会有放电情况出现，极易引发风偏闪络方面的事故问题，进而造成人身与设备重大事故。故而，针对常常出现的输电线路风偏故障及大风天气地区，需进行相关信息数据采集，计算输电线路的风偏故障，已经能够为线路的设计单位及维护单位等提供重要参考。架空输电线路的悬垂绝缘子串处于风荷载的作用之下会产生一定角度的偏移状况，即为一种风偏角现象。计算风偏角，对于架空输电线路总体设计及后期运维均有着至关重要的作用。鉴于此，本文主要围绕着架空式输电线路的风偏计算开展深入研究及探讨，望能够为相关专家及学者对这一课题的深入研究提供有价值的参考或者依据。

一、架空输电线路中悬垂绝缘子串的风偏角具体计算

悬垂绝缘子串的风偏角具体计算列式如下：θ=arctan[（0.5βsPj+βsWh）/（0.5Gj+Wv）]。在该列式当中，βs表示杆塔处于风荷载的作用下具体调整系数，也称风压高度变化系数；Wv、Wh表示导线作用于绝缘子串的末端垂直荷载与水平荷载；Gj表示悬垂绝缘子串自重荷载；Pj表示悬垂绝缘子串的风压。杆塔全高为60m时，单柱拉线的杆塔βs为1.8、其余杆塔βs为1.6；杆塔全高为50m时，单柱拉线的杆塔βs为1.7、其余杆塔βs为1.5；杆塔全高为40m时，单柱拉线的杆塔βs为1.6、其余杆塔βs为1.35；杆塔全高为30m时，单柱拉线的杆塔βs为1.5、其余杆塔βs为1.25；杆塔全高为20m时，单柱拉线的杆塔βs为1.0、其余杆塔βs为1.0。结合以上数据，均可借助下列计算列式获取Wv、Wh、Pj相应数据：①计算悬垂绝缘子串的风压列式：Pj=9.81×Ai×V2/16。在该列式当中，V表示所设计的风速（m/s）；Ai表示绝缘子串实际受风的面积（m2）；Pj表示悬垂绝缘子串的风压（N）；②计算绝缘子串处于导线作用之下的垂直与水平荷载列式：垂直荷载列式即为：WV=LV×g1×A+βsqT；水平荷载列式即为：Wh=Lh×g4×A。在该列式当中，q表示高差系数；T表示导线水平张力（N）；A表示导线的截面积（mm2）；g1表示导线的自重比载（N/m·mm2）；g4表示风压比载（N/m·mm2）；LV表示垂直挡距（m）；Lh表示水平挡距（m）；③计算导线档距及高差系数列式：计算高差系数列式即为q=h1/L1+h2/L2；计算垂直的档距列式即为LV=Lh+（σ/g）×（h1/L1+h2/L2）；计算导线的水平档距列式即为Lh=1/2（L1+L2）。在以上列式中，g表示计算气象条件下导线的垂直比载（N/m·mm2）；σ表示计算气象条件下导线的应力（N/mm2）；L1、L2分别表示的是相邻的前后档实际档距（m）；h1和h2分别是与相邻两档的高差（m）。若相邻两档之间无高差存在，则q=0，此时垂直荷载WV与导线的水平张力T无关，若高差系数q不为零，则垂直荷载WV与导线水平的张力T有关。

二、借助悬垂绝缘子串的风偏角实施风速反算

线路发生风偏闪络的故障问题后，可借助勘察所得风偏角度进行风速计算分析，方便了解事故发生真实原因，积极采取预防事故措施及方案等，代入到风压比载的计算列式当中，风压比载计算列式即为：g4=（α×μsc×d×V2/16A）×9.8×10-3。把g4代入到风偏角的计算列式当中，实现风速反算，具体计算列式如下：

V=。在该列式当中，α表示风速的不均匀性系数，具体数据如下：风速V≥35时，α取0.70；风速30≤V＜35时，α取0.75；风速20≤V＜30时，α取0.85；风速V＜20时，α取1.0。θ表示悬垂绝缘子串的风偏角度；d表示架空地线、导线或覆冰之后计算外径，分裂导线取所有的子导线外径之和（mm）；μsc表示导线体型系数，若线径＜17mm，取1.2，若线径≥17mm取1.1，覆冰（不论直径大小）取1.2。

三、悬垂绝缘子串的风偏角与线路、杆塔之间关系

不同导线悬点与档距高差对于风偏角影响较大，杆塔垂直的档距缩小，则垂直荷载降低，风偏角逐渐增大，这一状况可采取加挂重锤的措施，以将风偏角缩小，增加绝缘子串的长度之后，虽风偏角维持不变状态，但空气间隙却缩小，危险系数仍然存在。不同线路段，风场差异性存在，作用在线路上实际效果也不同。故通过深入研究线路的风荷载，便于有效掌握该绝缘子串具体风偏状况。

四、输电线路的风偏位移各项影响因素分析

导线的风偏位移影响因素与冰雪、风荷载密切相连，在安装检测不同附加荷载情况下，结构变形会引发次生荷载与振动动力各种荷载，受荷载作用之下，导线将对风偏位移产生直接影响。架空地线、导线张力、气温变化等条件下，导线会出现热胀冷缩状况，对导线应力与弧垂影响较大，各种因素变化均会引发杆塔荷载发展变化，若日常线路运行期间充分考虑到以上因素，可实现对风偏故障问题的有效预防。那么，针对垂直在导线轴线的水平风荷载具体计算列式如下：W0=（1/16）×[αμsc（d+2b）LhV2sin2θ1]。在该列式当中，θ1表示电线方向与风向之间夹角；d表示导线直径（mm）；b表示导线实际覆冰的厚度（mm）；W0表示垂直于导线轴线的水平风荷载。

五、结语

综上所述，输电线路具体设计及运维期间，计算线路风偏的作用较为突出。本文所介绍的计算方法当中，许多因素还需开展深入的研究及探讨，如导线与风的方向，导线弧垂实际变化状况、不同荷载取值等等，还需深入研究风偏不同影响因素，以便于为线路总体设计及后期运维提供重要数据参考。

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