110KV并网线路风偏闪络故障解决方案探讨

110KV并网线路风偏闪络故障解决方案探讨

何含芳

资兴市浙水电站有限责任公司  城市  湖南郴州市资兴市  邮编423408

摘要：针对运行中的110Kv并网线路，在大风、雷雨等各种恶劣工况下，发生针对边坡树木、建筑物，杆塔构件、金具风偏闪络放电故障的现象，经过分析、比较，采用给杆塔悬垂绝缘子串配重，加挂重锤的方法，实现简单、经济、快速、安全地消除风偏闪络故障的目的。

关键词：110Kv线路；风偏闪络；风偏角控制；悬垂绝缘子串配重

0前言

云南省兰坪县资怡水电开发有限公司大烟河梯级水电站110Kv大石线出现多次雷雨大风致线路跳闸事故。经巡视发现在线路G3-G4档距内，在靠近G4杆位155米的大核桃树树枝有被烧焦的现象。经确认，系线路放电所致，在G4杆塔发生连续电弧烧痕，现场确认为导线放电所致。

该档线路相关参数见表1：

表1

并网线路在大风、雷雨等恶劣工况下，导线及悬垂绝缘子串在强大风压作用下，出现较大偏移，绝缘子串由垂直方向向水平方向偏移，偏移的角度叫绝缘子串风偏角，当其达到一定大小，接近或者超过设计值时，导线与杆塔之间的空气间隙变小，就可能不能满足导线安全距离的要求。导致导线对杆塔构件、通道内临近的树木、建筑发生闪络放电。当未达到设计值，但此时如果强风伴有雷雨，在强风的作用下，导线上的雨水随着风向形成定向的间断水线，一旦其与放电闪络路径处于相同方向，也将导致空气间隙放电电压下降，导致强电压击穿空气间隙，导线对杆塔构件、通道的内树木建筑物放电（发生风偏闪络）。大石线110Kv并网线路在大风雷雨期间发生接地跳闸故障，均属于该原因所致。本文从影响风偏角增大的因素开始分析，提出基于最小成本、快速解决问题的方案。

图1

图2

一、影响风偏角因素分析

(式1)

       (式2)

 (式3)

(式4)

其中：

：绝缘子串风偏角（°）

Pj：绝缘子串风压（风荷载 Kg）

A：导线横截面积（m㎡）

Gj：绝缘子串重量（含防震锤重量 Kg）

g4:导线风荷比载（Kg/ m㎡）

g1：导线自中比载（Kg/ m㎡）

Ls：水平档距（m）

Lc: 垂直档距（m）

W：导线自重（Kg/m）

Y: 绝缘子串迎风面面积（㎡）

D：导线的计算外径（mm）

：风压不均匀系数

：风速（m/s）

C:  风载体型系数

：风向与线路方向的夹角

由以上(式1)、(式2)、(式3)、(式4)可以看出影响导线悬垂绝缘子串偏移角增加的主要就是当时的风速，风压不均匀系数，故障档的水平档距Ls。线路设计时根据特定的条件设定了设计风速和风载不均匀系数，计算出绝缘子串风偏脚最大允许值，即风偏控制角。同时杆塔的选型也确定了，所以通过风偏控制角也就规定了导线距离杆塔构件，通道内临近的树木、建筑物等的最小距离（安全距离）。对于已经建设好投运了的线路，想要通过调整杆塔型号、位置（对应水平、垂直档距）来调高设计风偏控制角，成本非常大。而通过计算，给悬垂绝缘子串配重，即改变Gj的重量能非常有效的抑制强风等恶劣工况下绝缘子串的风偏。

二、绝缘子串配重

1、理论上可以达到的最大风偏角情况下的风速  

悬垂绝缘子串在强风作用下，摇摆到最大的角度就是临近平行横担（导线），我们去绝缘子串风偏角=88°。此时距离杆塔构件最近，导线与杆塔构件等非带电体之间的空间间隙最小，导线最易发生风偏闪烁。利用=88°反推算出此时的风速值。即校核在设计风压不均匀系数（=0.75）情况下，多大的风速能使悬垂绝缘子串偏移88°

   表2

图3 杆塔明细

将表2和图3相关数据分别代入(式4)、(式3)、(式2)、(式1)

=0.6762/181.62=0.003723Kg/ m㎡（式5）

=0.000004968² Kg/ m㎡ （式6）

=0.2078125²Kg （式7）

=88°经查三角函数表，tan88=28.6362 代入上式，求得²=23280.1，=152.58m/s  ------显然实际风速达不到这么高。

2、风速的选档计算

图4：风偏闪络故障杆位G4风偏示意图

将（式5）、（式6）、（式7）代入下试

，因为水平档距、垂直档距都已经确定，所以可得到²=tg812.96或即悬垂绝缘子串风偏角的正切值的平方根值与风速成部分线性关系。下表为风速、、导电体对铁塔横担最近值H对照表      表3

3、绝缘子串配重

相关规程规定，110Kv带电体最小安全距离为0.7m，低于该值就可能导致空气间隙击穿放电，如果伴有雨线、或其他影响绝缘水平的沙尘、冰雹等，则该值要放大到1.0m。根据图4所示，绝缘子串偏移时导线对铁塔横担距离最近，为绝缘子串长度1.503，正常情况下该值必须大于1.0m，极限情况下也不能小于0.7m。

分析表3数据可以看出，在风速达到设计值时，在不加重锤的情况下，绝缘子串风偏角可达到38°，此时导线对最近的铁塔构件尚有1.18m的距离，该距离大于最小安全距离，是设计盈裕考虑，即设计思路是不希望风偏角超过48°。

当风速达到30m/s，绝缘子串不加重锤时，风偏角达到48°，导线对杆塔构件最近距离H=1.0米，此时将出现导线对杆塔构件放电的可能。如果风速再加大或出现裹线风或其他特殊工况，风速达到40m/s,绝缘子串摇摆角将扩大到62°，H值小于最下安全距离0.7m，导线直接对杆塔放电-----发生风偏闪络故障，导致线路出现接地跳闸事故。根据本文对影响风偏角因素的分析，我们采用增加绝缘子串重量的方法来抑制风偏角的增大。

增加多大重量？按保证安全距离大于1和大于0.7考虑，即风偏角必须不大于48°，极限不能大于62°。

经查阅当地有记载以来的气候数据，50年一遇风速为30.8m/s，这里我们再取加强系数K=1.1计算风速，即计算风速=30.8*K=33.88m/s。

将上述计算风速=33.88m/s，分别为48°和63°代入（式6）、（式7）（式4）、（式3）、（式2）（式1）

得=48°，g4=0.0057,  Pj=238.52将其代入得绝缘子串重量Gj=1.12 ²-976.39=1.12*33.88²-976.39=309.2Kg；

同样，得=62°，g4=0.0057,  Pj=238.52，将其代入代入得绝缘子串重量Gj=0.66²-976.39=-215.39-------显而易见这是个不存在的状况，就是说当风速达到极限33.88m/s时，绝缘子串不会出现风偏角达到62°的情况。所以我们只选择满足风速达到极限=33.88m/s，=48°的工况，即在风速达到极限风速时维持风偏角不大于48°，达到导线对杆塔构件最近安全距离1.0m的要求，这个时候绝缘子串的重量Gj要不小于309.2Kg。

所以我们选择绝缘子需加重锤重量≥309.2-设计绝缘子串重量和金具重量8*4.7-7.77=309.2-37.6-7.77=263.83Kg。即加重锤264Kg。

4、结论

为了维护线路绝缘子串的稳定，抑制大风对它的强压作用，减小风偏，可采用加挂重锤，增加绝缘子串的重量来降低其摇摆，达到在恶劣工况条件下确保导线对杆塔构件的最近距离大于允许值的目的。通过对特定的杆塔型号、档距参数以及当地的气候条件进行分析，确定好计算风速、最小安全距离、最大风偏角，多方比较后参考本文的方案计算出需要加挂的重锤重量。

三、效益和效果

针对兰坪县资怡水电开发有限公司大烟河梯级水电站110Kv并网线路:石大线G2-G5耐张段中G4直线塔在大风雷雨恶劣工况下出现的风偏闪络放电引发的线路跳闸事故，经现场研究后采用在发生风偏闪络的绝缘子串上加挂重锤的解决方案。计算好重锤重量后，选择在大线路检修的时候同步实施加挂重锤的工作。整个工作一个工作票，利用一天时间就完成了，包含工资在内全部费不到6000元。真正做到简单快捷、经济安全。本检修工作于2014年9月完成，截止目前大石线再未出现过风偏闪络放电。2021年1月9日，当地曾出现了9级以上大风，差不多达到了设计风速，在大风伴有雨滴、冰雹、沙尘等的情况下，如果不加挂重锤很可能要线出现风偏闪络。但实际线路运行很稳定。

参考文献

[1] 龙立宏，胡毅，李景禄，等.输电线路风偏放电的影响因素研究

[2] 《110Kv-500Kv架空线路设计计算规程》

[3] 潘雪荣  高压送电线路杆塔施工

[4] 廖崇高 张华 陈海波  特高压输电线路设计风速取值探讨

[5] 张禹芳  500Kv输电线路风偏闪络分析

[6] 张殿生   电力工程高压送电线路设计手册