新疆大风区输电线路防风措施的分析与研究

第28卷第4期2016年12月河南工程学院学报（自然科学版）JO U R N A L O F H E N A N U N IV E R SITY O F E N G IN E E R IN G Vol. 28,No. 4 Dec. 2016新疆大风区输电线路防风措施的分析与研究邵俊楠\魏冲1，王燕2(1.河南省电力勘测设计院，河南郑州450007; 2.中原工学院电子信息学院，河南郑州450007 )摘要：由于特殊的地形地貌和气象条件，新疆境内有许多大风区，大风区内的输电线路风偏闪络现象相当普遍，风偏跳 闸率高于全国平均水平.强风是造成风偏闪络的主要原因，所以位于大风区的输电线路采取相应的防风措施是非常必要的. 结合新疆大风区风速及输电线路参数等因素，对V 型绝缘子串、下方防风横担、防风偏绝缘子等防风措施进行了分析和比较， 得出了各种防风措施的特点和适用范围，对大风区输电线路的设计有一定的参考价值.关键词：大风区；防风措施；受力分析中图分类号：TM75 文献标志码：A 文章编号：1674 -330X(2016 )04 -0045 -04输电线路风偏闪络一直是影响电网安全运行的因素之一 [W ].在新疆，灾害性大风时常发生，经常因强 风和沙尘暴造成输电线路倒杆塔、断线、风偏、污闪、绝缘子脱串和金具断裂等事故，其中风偏闪络对输电线 路的危害尤为严重.由于新疆特殊的地形地貌，每年气温突变特别是秋冬或冬春交替时容易山现大风天气，甚至出现灾害 性大风天气[M].新疆境内有多个著名的风区，如吐鲁番小草湖-大河沿风区（又称三十里风区）、吐鲁番和哈 密交接处的十二间房子风K (又称百见风K )、博尔塔拉阿拉山口风K 、乌鲁木齐达坂城风K 等，这些风K 每 年大风（8级以上大风）日数大多在100天以上，部分风区不仅大风持续时间长，而且风速极值大.位于这些 地K 的风电场送出线路需要采取特殊的防风措施，才能减少或杜绝丙灾害性大风引起的输电线路跳闸事 故.木课题根据作者的设计经验，分析和比较了几种防风措施的绝缘子串受力和实际应用的效果，得出了大 风K 的最佳防风方案，对大风K 输电线路的防风设计有一定的参考意义.1采用V 型绝缘子串防风方案分析V 型绝缘子审在输电线路中应用普遍，多用来限制绝缘子串摆动，防_1丨:输电线路因风偏闪络而造成跳闸事故把V 型绝缘子串中每支绝缘子串看作均布荷载的刚体直棒，并且不考虑绝缘子串之间风乐的屏蔽作用[M ]，其受力分析情况如图1所示.由图1可得F^cos a + G^sin a + 2F cos a + 2^-sin a a sin (2a ) ⑴G^sin a - F^cos a + 2G -^in . a - 2FyC 〇s a ■ h sin (2a )式中：7； — A 侧绝缘子串所受作用力（N )，数值为正值时表示绝缘子串受拉，反之指受作:；7；—B 侧绝缘子串 所受作用力（N )，数值为正值时表示绝缘子串受拉，反之指受‘一作用在V 型绝缘子串上的导线垂直荷 载（N )—作用在V 型绝缘子串上的导线水平荷载（N ) 型绝缘子串单支绝缘子串荷重（N )=为导线风荷载（N /m )，L /t 为水平档距（m );心=W/Lp W 为导线自重加冰重荷载（N /m )，L K 为垂直档 距（m ) ; 型绝缘子串上的单支绝缘子风压（N )，其计算公式为图1 V 型绝缘子串的受力分析示意图 Fig . 1 Analysis diagram of V-type insulator string stress收稿日期=2016 -06-13作者简介：邵俊楠（1981 -)，男，河南淮阳人，高级工程师，主要从事高压输电线路的设计与输电线路防灾减灾方面的研究.• 46 •河南工程学院学报（自然科学版）2016 年最大风速/ < m S -1 >图4 V 型串夹角变化时A 肢绝缘子串受力随风速变化的关系Fig. 4 The relationship of A branch insulator string stress varies with wind speed change when the angle of Y-type insulator string change 最大风速/ ( mis _1 )图5导线型号变化时A 肢绝缘子串受力 随风速变化的关系Fig. 5 The relationship of A branch insulator string stress varies with wind speed change when wire type changeF :(2)(3)9. 81V16 ，式中吨为绝缘子串受风面积，取0.03 m 2，;;为设计采用风速（m /s )，则杆塔/U 直计算公式为则由式（1)〜（3)编辑程序并计算可得各参数勹风速的关系.某线路导线采用LGJ -240/30型钢芯铝绞线，覆冰10 mm ，V 型绝缘子串夹角为110。

，杆塔^值取1， 水平档距分别取300 m ，350 m ，400 m ，450 m ，A 肢绝缘子串受力随风速变化的关系见图2.由图2可知，水平 档距为300〜450 m 时，V 型绝缘子串背风侧A 肢绝缘子串受作:时的风速大致一致为31 m /s .当水平档距取400 m 、杆塔&值分别取0.85,0.90,0.95，1.00，其他参数不变时，人肢绝缘子串受力随风速 变化的关系见图3.由图3可知，V 型绝缘子串背风侧A 肢绝缘子串受W 时的风速分别为I 值=0. 85时，风速 为 28.7 值=0.90 时，风速为 29.5 m /s ;/、值=0.95 日、」•，风速为 30.2 值=1.00 时，风速为 31 m /s .-R i燃最大风速/ < I图2水平档距变化时A 肢绝缘子串受力 随风速变化的关系Fig. 2 The relationship of A branch insulator string stress varies with wind speed change when horizontal span change 图3杆塔l 值变化时A 肢绝缘子串受力随风速变化的关系Fig. 3 The relationship of A branch insulator string stress varies with wind speed change when Kv value change当水平档距取400 m 、杆塔值取 1.00时,V 型绝缘子串夹角2a 分别取90°，95°,100°,105°，110°，A 肢绝缘子串受力随风速变化的关系见图4.由图4可知，V 型绝缘子串背风侧A 肢绝缘子串受乐时的风速分 别为 2a =90。

时，风速为 26 m /s ;2a =95。

时，风速为 27.1 m /s ;2a = 100。

时，风速为 28.4 m /s ;2a = 105。

时，风 速为 29.6 m /s ;2a = 110°时，风速为 31 m /s .当水平档距取400 m 、杆塔K ,,值取1.00时，V 型绝缘子串夹角2a 取110°、覆冰取10 mm 、导线型号分别 取1^-300/25，1^-400/35和1^-630/45，人肢绝缘子串受力随风速变化的关系见图5.由图5可知，¥ 型绝缘子串背风侧A 肢绝缘子串受压时的风速如下：当导线为LGJ -300/25时，风速为31.6 m /s ;当导线为 LGJ -400/35 时，风速为 31.1 m /s ;当导线为 LGJ -400/35 时，风速为 30.1 m /s .J -2-4-6-8-J 0-12-14105-5I 0152D第4期 邵悛楠，等：新疆大风区输电线路防风措施的分析与研究 .47.由以上分析nj 知，在输电线路或金具串的某一参数变化时，V 型绝缘子串背风侧A 肢绝缘子串受佧时 的风速不超过32 m /s.若风速超过32 m /s ，V 型绝缘子串背风侧A 肢绝缘子串会丙长时间受作:造成绝缘子 球头勹碗头挂板和互挤压，致使碗头挂板中的R 型销磨损或变形，最终导致R 型销火去对球头的限位作用， 造成导线脱位，所以V 型绝缘子串不宜用于风速超过32 m /s 地|<的输电线路.2采用下方防风横担防风方案分析横担::c 以往新疆大风区输电线路采取的防风措施是用防风拉线对悬垂串进行同定，从而达到抑制悬垂绝缘子 串风偏，这种防风措施是通过钢绞线、拉线金具和拉线棒将防风拉线的另一端固定在地面上.这种防风措施 的缺点一是增加了々地面积，特别是农田地域，不利于农民耕作；二是防风拉线距离地面近的部分容易受到 外力破坏而失去防风功能，还有可能造成安全隐患.目前，新建的大风区输电线路多采用防风横担对悬垂绝缘子串打拉线进行防风，即设计铁塔时，在导线横担下方设计防风横担，将悬垂绝缘子审通过防风绝缘子审或防风拉线固定于防风横担上，从而抑制悬垂绝缘子串风偏.采用防风横担的防风措施示意图见图6.假设悬垂绝缘子串和防风绝缘子串均为刚性直棒，忽略金具之间的软连接，那么当导线受到大风作用时，绝缘子串受力如图6 (a )所示.由于悬垂绝缘子串和防风绝缘子串均为刚性直棒，两者均不随大风发生偏移，防风绝缘子审只受弯扭荷载，不受拉力.在大风作用防峨祖(a )假设绝缘子串为刚性直棒（h )考Ift 金爲之间的软连接图6 Fig. 6采用防风横担防风方案受力分析示意图 Stress analysis diagram of wind cross arm 下，悬垂绝缘子串和防风绝缘子串会顺风方向偏移一个很小的角度小.假设悬垂绝缘子串的长度和防风绝缘子串和等，则绝缘子串的受力如图6(h )所示.由图6 (1j ) 口」得F dc 〇s c f ) + G dhui c f ) + 2f c 〇s c f ) + 2G sin c f )F ' sillGcp ， ⑷G dcos <f > - GD sin <f > + 2FjC 〇s <f > - 2Gjsin Fl = sin (20) ' ’式中：小为绝缘子串偏角（°)，F ,:为导线绝缘子串受拉力（kN )，F ,为防风绝缘子串所受拉力（kN )，其余参数 意义N 上.导线型号取LGJ -300/25型钢芯铝绞线，覆冰取10 mm ，杆塔/(,，值取1.0,水平档距取400 m ，绝缘子串 偏角取2°，3°，4°，5°.根据公式⑷计算可得如表l 和表2的结果.表1绝缘子串偏角变化时导线绝缘子串所受拉力与风速的变化关系Tab. 1 The relationship with the puli of wire insulator string and wind speed yvhm the angle of insulator string change F /k N V / U T 1 * S )♦ =2°♦ =3。