架空输电线路风偏故障原因分析及预防措施

近年来500kV交流和直流线路在强风作用下发生风偏闪络的次数仍然很频繁[3]。发生风偏故障的输电线路通常以山区为主，大风天气多。一方面在设计时未对当地气候条件进行深入剖析，导致杆塔头部尺寸与标准要求存在不符之处，另一方面则是由于对恶劣气象条件估计不足，在极端天气及微气象条件下，瞬时风速超过了设计值，导致风偏故障发生[4]。
架空输电线路发生风偏故障范围广、次数多、影响大，防止风偏故障的发生是设备运行管理单位的“六防”工作之一。对风偏故障特点的分析总结有助于采取针对性措施减少风偏故障的次数，在发生故障时能准确判断是否为风偏故障，并及时查找故障点。
架空输电线路风偏故障有以下特点：一是发生风偏闪络的区域均有强风且大多数情况下伴有大暴雨或冰雹；二是直线杆塔发生风偏跳闸居多，耐张杆塔相对较少；三是风偏故障的放电部位多在塔头及跨越物上，杆塔上放电点均有明显电弧烧痕，放电路径清晰，故障点查找较为容易；四是绝大多数风偏闪络均发生于线路工作电压下，由于强风的持续作用，重合闸不成功，从而导致线路停运。
2)加装重锤片。在悬垂绝缘子串的下方加装重锤，在抑制跳线风偏上起到了很好的作用，然而此方法效果并不十分理想，仅依靠加装重锤片仍无法从根本上解决问题。
3)优化绝缘子型式，采用防风偏绝缘子。新一代防风偏绝缘子的优点是绝缘子风偏摆动幅度小，防止导线与杆塔的电气间隙不满足要求；此外防风偏绝缘子安装可靠，充分考虑了与杆塔连接的金具，有利于后续技改工程。在费用方面，防风偏绝缘子优于瓷质绝缘子和玻璃绝缘子；在防风性能方面，不加重锤、防风拉线等防风措施的情况下，中相及外角侧的普通合成绝缘子串不能满足安全空气间隙的要求，而采用防风偏绝缘子后，即使在40m/s风速情况下，安全空气间隙也能满足要求。
架空输电线路风偏故障原因分析及预防措施
摘要：架空输电线路运行在复杂多变的自然环境中，在强风特别伴有降雨的作用下容易发生风偏故障，造成线路故障跳闸。本文针对架空输电线路风偏故障产生的原因、风偏故障的特点及影响因素进行分析，并提出预防风偏故障的措施。
关键词：输电线路；风偏故障；解决措施；
引言
风自然界影响架空输电线路设计、施工、运维整个过程的重要因素之一。在架空输电线路运行过程中，设备运维管理单位对于防止风偏故障的发生，保证架空输电线路安全运行一直付出巨大的努力。风偏故障发生后会导致线路跳闸、电弧烧伤、断线等故障，且风偏故障发生后线路自动重合闸多数不能重合成功，造成线路停运[1, 2]。
2.2风压高度变化系数
风力随着高度的增大而增大，风压高度变化系数对风偏故障的影响很大。空气在地球表面流动时与地面摩擦而产生摩擦力，该摩擦力引起与地面相接近的气流方向和速度的很大变化。随着高度的增加，摩擦对风速的影响逐渐减小，故风速随高度增加而增加，在低气层中增加很快，而很高时则逐渐减慢。理论上风速沿高度的增大与地面摩擦力、地表基本风速、高度等因素有关。在设计时应充分考虑风压高度变化系数的影响，综合各种参量进行足够的验算并留有一定的裕度。
1风偏故障发生的原因及特点
架空输电线路风偏故障发生的主要原因，是导线及绝缘子串的垂直荷载和水平荷载比值的变化，引起绝缘子串及导线产生风偏角，使得绝缘子串及导线与塔头的空气间隙发生变化。架空输电线路在设计时所采用的最大风速，为30年一遇在距地10米高处10分钟内的平均风速。而由于存在瞬时风速和杆塔高度的影响，实际运行中遭受的强风会大于设计值，导线及绝缘子串的水平荷载大到一定程度时，导线及绝缘子串与塔头的空气间隙不满足安全距离要求，空气被击穿而发生闪络。
2风偏故障影响因素分析
影响风偏故障发生的原因很多，在建立风偏角计算模型时要充分考虑风速、风向与导线轴向夹角、风压不均匀系数、风压高度变化系数、档距、导线型号及分裂数、导线应力、导线挂高度、塔头尺寸以及绝缘子串重量等因素[6]。本文主要对以下影响风偏故障的因素进行分析。
2.1风向与导线轴向夹角
风向与导线轴向夹角对导线风偏角及导线对杆塔最小间隙距离的影响非常明显，随着风向与导线轴向夹角的增大，风偏角数值也迅速增大，而最小间隙距离则迅速减小。因此当线路架设于迎风山坡或山脊时，为使设计更加合理，应当在线路设计阶段考虑风与导线轴向夹角的影响。
1)采用V形串绝缘子组合。架空输电线路发生风偏故障的杆塔塔型以直线塔为主，将直线杆塔悬垂绝缘子串改造成V形串绝缘子串，可增加导线和绝缘子的横向约束，防止导线和绝缘子在强风作用下向杆塔倾斜，降低风偏故障发生的几率。V形串合成绝缘子在500kV紧凑型输电线路中已得到广泛应用，防风偏效果良好。但采用V形串绝缘子也有其不足，由于局部地区大风、强对流极端天气频发，风力过大和风向的变换使V形串合成绝缘子受力不合理而损坏，导致V形串绝缘子发生掉串事故，因此对V形串绝缘子要加强巡视检查。
2.3绝缘子串的型式
绝缘子重量是进行直线杆塔风偏计算的重要参数，不同材质绝缘子对风偏的影响也不同。相同条件下采用合成绝缘子的杆塔与采用瓷质绝缘子的杆塔发生风偏故障的概率差别很大，有很多杆塔在将瓷质绝缘子更换为合成绝缘子后未进行风偏校验，导致发生了风偏故障。
3风偏故障预防措施
输电线路发生风偏放电是在强风作用下导线与杆塔间或导线与导线间的空气间隙距离减小，一旦这种间隙距离的电气强度与系统运行电压不相符时，将导致放电事故的发生。为了更好防止风偏故障的发生，需在设计风速、设计裕度、施工安装工艺、杆塔塔头尺寸等多个方面进行加强，以有效预防输电线路风偏闪络的发生，降低跳闸事故机率[7]。防止风偏故障发生的措施如下：
4)设计时充分考虑当地风速影响。在架空输电线路设计时对当地气候条件进行深入剖析，总结气候特点，特别是要重视微气候气象资料的收集和区域划分，根据实际条件合理提高局部风偏设计标准，进行风偏校验，确定杆塔的型式及塔头的尺寸，可有效减少风偏故障的发生。但风偏设计裕度增加太多，会大大提高设备建设成本，需要综合考虑安全、效能和成本等因素，达到架空输电线路设计的最优化。
目前所发生的架空输电线路风偏故障，与极端气象条件具有直接的关系，特别是在大风伴有降雨时，更易导致风偏闪络故障的发生。这是由于落在导线上的雨水会随风向形成定向的间断型水线，一旦其与放电闪络路径处于相同方向，将导致空气间隙的放电电压下降，从引发风偏故障[5]。另外处在风口及风道位置等微气象区的杆塔，由其承受的风力较为集中，也极易发生风偏故障。