沿海架空輸電線路風(fēng)偏跳閘分析及防治對策

引言

我國沿海地區(qū)受西太平洋深厚的大氣渦旋影響,臺風(fēng)多發(fā),沿海架空輸電線路極易遭受臺風(fēng)正面侵襲。近年來臺風(fēng)登陸我國沿海地區(qū)的最高瞬時風(fēng)速高達65m/S,強臺風(fēng)登陸時經(jīng)常會引起線路風(fēng)偏跳閘,廣東沿海地區(qū)甚至發(fā)生過臺風(fēng)倒塔、斷線事故,嚴重威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。因此,開展沿海架空輸電線路風(fēng)偏跳閘分析,研究經(jīng)濟、有效的防治措施并推廣應(yīng)用,對于提高輸電線路的供電可靠性和抵御自然災(zāi)害的能力具有重要意義。

1輸電線路風(fēng)偏跳閘原因

近年來國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究結(jié)果表明,輸電線路風(fēng)偏跳閘主要由外因和內(nèi)因兩方面造成。外因是指由于大自然的暴風(fēng)雨天氣,例如臺風(fēng)天氣,造成輸電線路的導(dǎo)線發(fā)生風(fēng)偏,與桿塔或建筑物等其他物體的電氣距離減小,當(dāng)電氣距離不滿足系統(tǒng)運行電壓或各種過電壓最小間隙距離要求時就會發(fā)生閃絡(luò)放電。內(nèi)因主要包括兩個方面:(1）線路設(shè)計缺陷,在設(shè)計階段因?qū)庀髼l件的評估不足,線路防風(fēng)設(shè)計強度偏小,導(dǎo)致輸電線路抵御強風(fēng)的能力不強:(2）施工過程中不按圖紙施工或者施工工藝不佳、質(zhì)量不合格,例如在耐張塔跳線安裝過程中,跳線弧垂預(yù)留過大,使跳線更容易發(fā)生風(fēng)偏跳閘。由于我國東南部沿海地區(qū)臺風(fēng)多發(fā),且近年來強臺風(fēng)襲擊更加頻繁、強度更大,大多數(shù)在運線路的防風(fēng)能力已不能滿足目前防風(fēng)技術(shù)規(guī)范要求,是沿海架空輸電線路風(fēng)偏跳閘的主要原因。

2輸電線路防風(fēng)偏校驗

防風(fēng)偏校驗分為耐張塔跳線串風(fēng)偏計算和直線塔懸垂串風(fēng)偏計算兩類,耐張塔跳線串及直線塔懸垂串的風(fēng)偏角θ計算原理如圖1所示。

計算公式:

式中,Gm為絕緣子串自重(N）:Gc為重錘自重(N）:Gv為導(dǎo)線自重(N）:PH為跳線風(fēng)荷載(N）:Pr為絕緣子串風(fēng)壓(N）。

耐張塔跳線串與直線塔懸垂串的風(fēng)偏計算原理基本相同,即都采用水平荷載與垂直荷載的比值求解。兩者區(qū)別如下:

(1）風(fēng)壓不均勻系數(shù)a取值不同。直線塔懸垂串的a按表1取值,而耐張塔跳線串的風(fēng)壓不均勻系數(shù)取值按照I、Ⅱ類風(fēng)區(qū)取1.4,其余風(fēng)區(qū)取1.0。

(2）耐張塔跳線串計算長度與直線塔懸垂串的水平檔距不同。在懸垂串風(fēng)偏計算中,導(dǎo)線長度應(yīng)根據(jù)實際情況取桿塔的水平檔距1H,跳線串風(fēng)偏計算時導(dǎo)線一般取跳線長度的1/2。同一電壓等級跳線長度大致相同,一般500kV跳線長約30m,220kV跳線長約15m,110kV跳線長約10m。由于耐張塔跳線兩端由引流板與耐張串連接,引流板已承擔(dān)一部分荷載,影響風(fēng)偏的導(dǎo)線長度約為跳線長度的1/2,即500kV跳線計算長度取15m,220kV取8m,110kV取5m。

(3）施工拉偏角影響。跳線安裝施工時由于受轉(zhuǎn)角大小、施工工藝等因素影響,跳線弧垂誤差較大,跳線張力也會產(chǎn)生一定拉偏角,這部分誤差在計算中暫無法考慮。

3輸電線路風(fēng)偏防治對策

3.11型懸垂串改V型串

對于沿海臺風(fēng)多發(fā)地區(qū),運行中的輸電線路直線塔I型懸垂絕緣子串(懸垂單串）,可改成V型串進行防風(fēng)偏改造。新建線路在設(shè)計選型時,直線桿塔可采用V型串或雙V串,懸垂絕緣子V型串能夠有效防止導(dǎo)線和絕緣子橫向擺動,降低直線塔風(fēng)偏跳閘的概率,同時又能有效防止絕緣子掉串造成線路附近人員的觸電事故。缺點是改造施工難度大、花費高,停電時間長:新建線路使用V型串對塔型、橫擔(dān)長度要求較高。

3.2加裝重錘

運行中的輸電線路防風(fēng)偏改造最簡易的方法是在直線塔懸垂串或耐張?zhí)€串上加裝重錘,增加絕緣子串的垂直荷載,利用重錘的垂直荷載來抵御水平風(fēng)荷載,具有一定的防風(fēng)偏效果。沿海新建線路的耐張塔跳線串通常使用加裝重錘的方法防止導(dǎo)線風(fēng)偏。不足之處是加裝重錘會增加桿塔的負荷,且重錘的防風(fēng)偏效果有限,未必能抵御較強臺風(fēng)的襲擊。

3.3加裝導(dǎo)線絕緣護套

加裝導(dǎo)線絕緣護套是指在導(dǎo)線上包裹一定厚度的絕緣材料,例如氟硅橡膠材料,在一定程度上可防止導(dǎo)線對檔中距離較近的建筑物、山坡等物體風(fēng)偏閃絡(luò)放電,對距離較近的線線交跨點同樣可以采用此方法。由于絕緣材料安裝后是否滿足絕緣要求、是否老化失效等較難檢測,因此該方法只能作為臨時應(yīng)急使用或作為附加措施使用。

3.4防風(fēng)偏拉線

在無人大風(fēng)區(qū),架空線路普遍采用加裝防風(fēng)偏拉線的方法抑制風(fēng)偏。通過在導(dǎo)線線夾處加裝平行掛板,連接絕緣子后用鋼絞線拉至地面,固定在地面的拉盤上就可起到在大風(fēng)時限制導(dǎo)線擺動,抑制風(fēng)偏的作用。此方法在沿海地區(qū)的水泥桿線路同樣適用,可在水泥桿身上加裝小型橫擔(dān)結(jié)構(gòu),把拉線固定在小型橫擔(dān)上,能有效防止人為破壞。缺點是改造成本較高,需為水泥桿量身定制小型橫擔(dān)。

3.5防風(fēng)偏絕緣拉索

防風(fēng)偏絕緣拉索是由絕緣棒體、絕緣索、連接金具串聯(lián)而成。根據(jù)不同塔形,防風(fēng)偏絕緣拉索組件可制作成柔性和剛性兩種,區(qū)別在于組件主要材料是剛性的環(huán)氧樹脂玻璃纖維材料,還是具有柔性的高強度承力錦綸材料。絕緣拉索可帶電作業(yè)安裝在塔身上,當(dāng)導(dǎo)線風(fēng)偏向塔身擺動時,會被絕緣拉索阻擋,從而保證導(dǎo)線和塔身之間滿足電氣安全距離。該方法的明顯優(yōu)點是可帶電安裝,不足之處是改造成本較高。

3.6防風(fēng)偏剛性跳線

防風(fēng)偏剛性跳線方法主要應(yīng)用于耐張塔的跳線上。對于35kv、11okv線路,剛性跳線的簡易加工方法是利用C型線夾將跳線與一段鍍鋅角鋼固定,利用角鋼的重量和剛性可有效防止跳線擺動,缺點是鍍鋅角鋼兩端與導(dǎo)線在長期擺動磨擦作用下,鍍鋅角鋼端部可能會將導(dǎo)線磨損甚至磨斷。另一種較為流行使用的剛性跳線是通過間隔棒將導(dǎo)線與支撐管組件固定在一起,支撐管組件由長管、重錘組成,多用于220kv及以上線路。據(jù)調(diào)查,沿海地區(qū)安裝防風(fēng)偏剛性跳線的桿塔很少發(fā)生過風(fēng)偏跳閘,應(yīng)用效果良好。

3.7防風(fēng)偏絕緣子

防風(fēng)偏絕緣子是對普通復(fù)合絕緣子橫擔(dān)端的碗頭結(jié)構(gòu)進行改造,將普通復(fù)合絕緣子的碗頭改成連接板,用螺栓將連接板與橫擔(dān)角鋼牢牢上緊,從而限制復(fù)合絕緣子串風(fēng)偏。采用防風(fēng)偏絕緣子可以有效防止懸垂絕緣子串的風(fēng)偏,減少導(dǎo)線風(fēng)偏閃絡(luò),在110kv輸電線路上有一定的應(yīng)用。由于沿海地區(qū)風(fēng)速較高、臺風(fēng)多發(fā),防風(fēng)偏絕緣子直接固定在橫擔(dān)上,絕緣子在多次受風(fēng)力扭曲彈性形變后,絕緣子芯棒、連接螺栓和橫擔(dān)角鋼可能會導(dǎo)致疲勞損傷、變形,從而引發(fā)絕緣子掉串事故,因此該方法沒有得到廣泛的推廣應(yīng)用。

3.8加裝支撐絕緣子

加裝支撐絕緣子方法主要是在桿塔上加裝固定支撐絕緣子,在導(dǎo)線風(fēng)偏時,通過固定的支撐絕緣子承受風(fēng)偏壓力,避免導(dǎo)線風(fēng)偏接近塔身,使導(dǎo)線與塔身保持安全距離。加裝支撐絕緣子的扭矩較大,易導(dǎo)致塔材彎曲,故很少應(yīng)用于在運架空輸電線路的防風(fēng)偏改造。

4結(jié)語

沿海地區(qū)在頻繁遭受臺風(fēng)侵襲的情況下,運行線路可優(yōu)先考慮加裝重錘、1型懸垂串改V型串、加裝防風(fēng)偏拉線等方法進行防風(fēng)偏改造:若線路停電困難,可采用帶電作業(yè)安裝防風(fēng)偏絕緣拉索的方法進行改造。對于新建線路,在設(shè)計選型階段應(yīng)充分考慮防風(fēng)偏措施,采用耐張塔懸垂串加掛重錘、防風(fēng)偏剛性跳線的方式。目前,沿海地區(qū)防風(fēng)偏措施在不斷加強和改善,線路風(fēng)偏跳閘率不斷降低,電網(wǎng)供電可靠性顯著提高,但是線路風(fēng)偏跳閘事故仍時有發(fā)生,因此線路運維單位應(yīng)持續(xù)深入開展防風(fēng)偏研究,進一步提高防風(fēng)偏技術(shù)和電網(wǎng)防災(zāi)能力。