一起软导线引下线风偏放电事故的分析与改进措施

陈清鹤，李超，陈荔青

（1.国网福州供电公司，福州350009；2.福州电力设计院有限公司，福州350007）

一起软导线引下线风偏放电事故的分析与改进措施

陈清鹤1，李超1，陈荔青2

（1.国网福州供电公司，福州350009；2.福州电力设计院有限公司，福州350007）

针对一起由台风引起的软导线引下线风偏放电事故，进行了大风速条件下的风偏位移计算。结合计算结果，对事故原因进行分析，并从降低引下线弧垂、减小高差等方面着手，提出了现场改进措施。

软导线；风偏计算；引下线弧垂；放电事故；原因分析；改进

福建省福州市地处我国东南沿海，为亚热带海洋性季风气候，每年的7—9月为台风多发季节。在福州沿海地区采用AIS（传统敞开式配电装置）的变电站中，最大设计风速一般取35～37 m/s，正常情况下可以应对11～12级台风的袭击。但是，台风天气中，部分地区局部最大瞬时风速可能会超过37 m/s，若该风速条件发生在变电站户外AIS配电装置区域，就有可能发生导线风偏放电事故。2013年8月，台风“潭美”在福州沿海登陆，某220 kV变电站内户外110 kV配电装置区在台风袭击中发生了软导线相间风偏放电事故，导致1台220 kV主变压器跳闸。本文针对该起事故进行大风条件下软导线风偏计算，对事故原因进行详细分析，并提出提高配电装置引下线抗风能力的现场改进方案。

1 事故概况

该220 kV变电站110 kV配电装置采用户外软母线改进半高型布置方式。相间放电发生在主变压器110 kV进线间隔软导线引下线位置，如图1中画圈部分所示。该引下线高差约10 m，在局部大风作用下，A相及B相导线因风偏后距离过小而发生放电。文献[1]也介绍了类似的风偏放电事故，与本次事故相同之处在于放电均发生在大高差引下线位置，不同之处在于文献[1]中为导线对地（构架横梁）放电，且引下线未T接任何导线，而在本次事故中，引下线T接了1段导线至主变压器间隔避雷器。

根据设计图纸，本次风偏放电事故中，该间隔相关设备及导线型号参数为：软导线采用2× LGJX-300/25型钢芯铝绞线，外径23.76 mm，分裂间距120 mm，单根导线自重1.058 kg/m。悬垂绝缘子串采用9×（XWP-70），串长约1.4 m，自身及配套金具重56 kg，受风面积0.185 2 m2。导线相间距2 000 mm。

2 事故分析

2.1 引下线风偏的分析计算

图1 风偏放电位置示意

图2 简化接线

根据文献[2]的要求，户外配电装置使用软导线时，应校验3种条件下的相间、相地最小安全净距。这3种条件分别为：雷电过电压和风偏（取风速15 m/s）条件、最大工作电压，短路和风偏（取风速10 m/s）以及最大工作电压和风偏（取最大设计风速）。

该220 kV变电站已安全运行约10年。结合本次事故发生的具体气象及运行条件，本文重点分析和校验最大工作电压和风偏（取最大设计风速37 m/s）条件下的相间最小安全净距。在这一条件下，110 kV中性点有效接地系统中，相间最小安全净距要求为500 mm。

在进行引下线风偏的计算分析时，图1接线可以简化成图2中M，N，P，Q 4点间接线，M表示悬垂串末端挂点，N表示导线T接点，P表示主变压器进线避雷器接线板，Q表示支柱绝缘子接线板。图3为该引下线风偏示意图。图2、图3中，fY表示引下线弧垂，fX表示导线风偏水平偏移。

文献[3]提供了引下线风偏校验的计算公式，但是未提供带T接导线的引下线风偏计算公式。本文在文献[3]所确立的原则和计算方法的基础上，按不同相导线不同步摇摆的情况进行风偏计算和校验。计算公式如下：

悬垂绝缘子串风偏角：

图3 风偏示意

悬垂绝缘子串风偏水平位移：

MNQ段软导线风偏角：

MNQ段软导线风偏水平位移：

相间导线最大工作电压、最大设计风速和风偏条件下相间距离近似为：

式（1）—（5）中：q1为单位长度导线自重，取2.116 kg/m；q4为导线风压，37 m/s风速下为4.88 kg/m；Q1为悬垂绝缘子串自重，取56 kg；Q4为悬垂绝缘子串风压，37 m/s风速下为10.46 kg/m；fY为引下线弧垂；l，l1，l2分别为导线全长（l=l1+l2）、MNQ段导线长度和PN段导线长度；γ，θ分别为M，Q间高差角和N，P间高差角；d为导线外径，取0.023 67 m；c为导线分裂间距，取0.12 m；H1悬垂绝缘子串长度，取1.4 m；β为阻尼系数，取0.71。

由式（1）—（5）可计算出引下线在最大设计风速37 m/s下的相间风偏位移，计算结果见表1。

表1 引下线在最大设计风速37 m/s下的相间风偏计算

2.2 事故原因分析

由计算结果可知，按文献[2]和文献[4]中规定的标准气象条件和事故组合方式，在37 m/s的最大设计风速下，相间导线风偏后水平距离为730 mm，符合规范要求。因此，该220 kV变电站安全运行10余年，未发生类似故障。

同时，在最大设计风速条件下，相间导线风偏后水平距离仅比最小相间安全净距500 mm的要求留有230 mm的裕度，在台风气象条件下，局部瞬间风速如果超过37 m/s，相间导线风偏后水平距离就可能过小，从而造成相间导线的放电。经现场勘察，该220 kV变电站周边地势平坦开阔，在罕见强台风正面袭击该地区的情况下，阵风瞬时风速很可能大大超过最大设计风速。

因此，综合上述计算结果，本次事故主要原因为超过最大设计风速的阵风发生在软导线大高差引下线区域，造成相间导线风偏后因水平距离不足而引起相间放电。

3 改进引下线抗风能力的措施

文献[1]中给出的提高引下线抗风能力的措施是在引下线外侧设置1组支柱绝缘子，用软导线T接在引下线上，起到侧向加强固定的作用。但是在本次事故中，该引下线已经有主变压器避雷器T接在引下线上，因此需要进一步分析影响导线风偏的各种因素，提高抗风能力。从风偏计算过程分析，可以采用减小引下线弧垂fY，减小引下线高差角γ，增加T接段导线长度l2的方法来提高导线抗风能力。结合现场情况，提出了加高支柱绝缘子高度的方案，以提高引下线抗风能力。改造方案如图4所示。

图4 改造方案示意

根据改造方案中的相关参数，风偏计算结果如表2所示。

从计算过程及结果分析可知，通过减小引下线高差角和弧垂的方式，使得在最大设计风速相同的条件下，风偏后相间距离与最小安全净距的裕度提高了150 mm。其中，弧垂的减小对提高安全裕度的作用最显著。同时需要注意的是，在实际工程改造和施工中，要校核减小弧垂所引起的导线各端拉力的增值。在本文论述的情况中，根据文献[3]中的计算方法可知，将最大弧垂从0.8m减小至0.7 m，支柱绝缘子侧水平拉力和垂直荷载分别增加约8%和15%，若进一步减小最大弧垂至0.5 m，则支柱绝缘子侧水平拉力和垂直荷载大幅增加约76%和70%，就可能对线夹尤其是铜铝过渡线夹的焊接处等受力薄弱环节造成威胁。因此弧垂的减小应控制在保证安全的范围内。

表2 引下线在最大设计风速37 m/s下的相间风偏计算（改造后）

4 结语

在最大设计风速高于37 m/s的地区，应按规范要求，特别注意校核软导线相间、相地在各种工况下的安全距离，户外软母线AIS配电装置应尽量避免大高差引下线，并在设计阶段注意在各端受力合理安全的前提下控制引下线弧垂，从而提高配电装置的抗风能力。本文所涉及的220 kV变电站事故间隔因受现场条件及抢修工期的限制，提出的解决方案只是提高了导线风偏后的安全裕度。对新建变电站，建议经技术经济比较后，在台风多发区域尽量采用全户内或半户内布置方式，从根本上解决导线风偏引起的事故放电问题。

[1]徐宁，王尉.关于软母线改进半高型配电装置引下线抗风能力的探讨[J].江苏电机工程，2006，25（6）∶46-51.

[2]GB 50060-2008 3～110 kV高压配电装置设计规范[S].北京：中国计划出版社，2009.

[3]水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册电气一次部分[M].北京：中国电力出版社，2008.

[4]DL/T 5352-2006高压配电装置设计技术规程[S].北京：中国电力出版社，2007.

（本文编辑：徐晗）

GE携手伯克利实验室共同探索电动汽车储能新方案

GE和伯克利国家实验室的科学家有望找到下一代电动汽车电池的秘诀，该电池可让汽车达到预期行驶里程，且物美价廉。

GE与伯克利实验室正在研发一种比传统基站储能电池更加强大的水基液流电池。GE科学家们正在开发试验的化学反应机制将致力于让液流电池从全新的电化学反应中获取能源，并且这一反应都将在水池中安全进行。

GE全球研发中心水基液流电池项目负责人GrigoriiSoloveichik说：“我们对这一新技术感到非常兴奋，它在价格和充电方面的优势对电动汽车领域可能产生深远影响。我们研发的新型液流电池的价格仅为目前市场上汽车电池的四分之一，但行车里程却是它们的3倍。美国能源部希望1块电池能保证汽车行驶约386 km，我们认为可以超越这个数字。”

以周末为例，估计在美国当天会有3410万司机开车出行，每辆车行驶里程将达80 km甚至更多。如果电池能支持汽车行驶386 km，那么人们只需充1块电池就能整个周末开车出行，既节省家庭开支又减少废气排放。

伯克利实验室科学家Adam Weber说：“我们已经在开发大功率传统液流电池方面取得重大成就，把这一专门技术植入高能量密度液流电池的可行性相当大。”

新型液流电池除了在价格和行驶里程上具有显著优势外，还比目前汽车上使用的电池更加安全，更容易融入汽车设计中去。

新型液流电池采用无机活性材料水溶液，能够同时转移多个电子，因而具备高能量密度。而用于电池放电和充电的电化学池与储能箱相分离，使得电池具备更高的安全性能。

来源：新华网

Analysis on A Windage Yaw Discharge Accident of Flexible Conductor Down Lead and the Improvement

CHEN Qinghe1，LI Chao1，CHEN Liqing2
（1.State Grid Fuzhou Power Supply Company，Fuzhou 350009，China；2.Fuzhou Electric Power Design Institute Co.，Ltd.，Fuzhou 350007，China）

Aiming at one windage yaw discharge accident of flexible conductor down lead caused by typhoon, the paper calculates windage yaw displacement in high wind speed condition.In combination with calculation results，this paper analyzes accident causes and presents the field improvement in terms of reducing down lead sag and height difference and so forth.

flexible conductor；windage yaw calculation；down lead sag；discharge accident；cause analysis；improvement

TM752+.5

：B

：1007-1881（2014）08-0065-03

2014-05-26

陈清鹤（1982-），男，福建三明人，硕士，工程师，主要从事变电站电气设计工作。