一起50050000 k Vk V V输电线路风偏故障的分析研究

2015-10-11饶斌斌李阳林徐陈华

江西电力 2015年3期

饶斌斌，胡京，李阳林，徐陈华

（1.国网江西省电力科学研究院，江西南昌 330096；2.国网江西省电力公司，江西南昌 330096）

0 引言

输电线路的风偏故障一直是影响线路安全运行的问题之一，与雷击等其它原因引起的故障相比，风偏故障的重合成功率很低，一旦发生风偏跳闸，造成线路停运的几率就很大。特别是500 kV及以上电压等级骨干线路，一旦发生风偏跳闸事故，将造成大面积停电，严重影响供电可靠性。

对输电线路风偏放电引起的故障进行调查分析，深究其原因，研究并制定相关防治措施，可以降低输电线路风偏放电故障率，提高输电线路的安全运行水平。

1 故障情况

2014年7月23日18：23，某500 kV线路A相故障，重合不成功。故障巡视发现该500 kV线路37号塔A相（边相）导线有明显烧伤痕迹，对应靠近A相导线的铁塔上曲臂主材、斜材均有明显放电烧伤痕迹。因台风过境，故障时段为大风天气，线路附近鸭棚、树木均出现不同程度的被大风吹倒的现象，结合导线、塔材上的放电位置及痕迹特点，初步判断为A相导线发生风偏故障导致A相接地短路跳闸。

图1 故障杆塔全景

图2 导线上放电斑点

图3 塔材上放电痕迹

2 故障杆塔基本情况

37号故障杆塔位于某县一个村庄内，伫立于一块水田中，海拔高度为12.1 m，周边地势较为平坦，线路走廊情况较好，周围多为低矮的小树，无高大繁密树竹。现场见图4。

图4 故障杆塔周边现场照片

2.1 杆塔本体情况

37号故障杆塔为ZB1V型铁塔，呼称高为33 m，导线采用4×LGJ-400/35型钢芯铝绞线，边相采用单联上扛式悬垂绝缘子串，绝缘子为28片盘形玻璃绝缘子（8片TU160/155/VLCG＋20片TU160/155/CG），绝缘子串重为219.65 kg，串长为4.96 m（28×0.155 m+0.620 m）。该杆塔按典型Ⅴ类气象区的设计，按照《110kV-750 kV架空输电线路设计规范》（GB 5054-2010），设计最大风速为27 m/s（离地高度10 m的风速）。故障塔塔头尺寸如图5所示。

图5 故障杆塔（ZB1V型）塔头尺寸

2.2 所处耐张段情况

37号塔所处的耐张段为34-41号塔，37号水平档距为440 m，垂直档距为426.52 m，耐张段代表档距为438.07 m。

3 故障杆塔风偏校验

3.1 风偏校验计算公式

在典型Ⅴ类气象区的设计气象条件下，利用matlab 37号塔的边相进行风偏校核计算。

1）绝缘子串的风偏角计算：

式（1）中：

Φ—悬垂绝缘子串风偏角，（°）；

PI—悬垂绝缘子串风压，N/mm2；

GI—悬垂绝缘子串重力，N；

P—相应于工频电压、操作过电压及雷电过电压风速下的导线风荷载，N/m；

W1—导线自重力，N/m；

LH—悬垂绝缘子串风偏角计算用杆塔水平档距，m；

LV—悬垂绝缘子串风偏角计算用杆塔垂直档距，m；

a—塔位高差系数；

T—相应于工频电压、操作过电压及雷电过电压。风速下的导线张力，N；

2）悬垂绝缘子串风压（PI）计算：

式（2）中：

V—设计采用的10 min平均风速，m/s；

AI—绝缘子串受风面积，m2。

3）导线及地线的水平风荷载标准值和基准风压标准值计算：

式（3）中：

WX—垂直于导线及地线方向的水平荷载标准值，kN；

3.2 风偏校验计算结果

各工况条件下该故障杆塔的环境参数设置见表1。

表1 故障杆塔的环境参数

根据2.2、2.3节杆塔参数和3.1节的公式通过matlab软件进行计算，得到各工况下绝缘子串的风偏参数如表2所示。

表2 绝缘子串的风偏参数

根据计算结果，各工况下故障杆塔A相悬垂绝缘子串风偏仿真如图6、7、8所示。

图6 工频工况下的A相风偏间隙圆

图7 操作过电压工况下的A相风偏间隙圆

图8 雷电过电压工况的的A相风偏间隙圆

根据图示，在工频工况、操作过电压工况和雷电过电压工况下，A相悬垂绝缘子串风偏间隙圆离塔材均没有和塔材相切或者相交，可见，故障杆塔A相导线对塔材防风偏设计满足《110 kV-750 kV架空输电线路设计规范》（GB 5054-2010）要求。

4 风偏故障时的运行工况分析

通过对故障杆塔的防风偏校验分析，可以得出故障时段的风速超出了设计最大风速，但是还不能确定是在何种工况下发生的风偏故障，因线路无检修操作，因此仅需考虑在工频电压或雷电过电压2种工况。

1）在工频电压工况下，根据《电力工程高压送电线路设计手册》，设置最小空气击穿间隙为1.2 m，并留有0.2 m的裕度。

通过计算，发生风偏故障的临界风偏角为49.2°，临界风速为28.9 m/s，通过查询故障时段的天气情况，受台风“麦德姆”影响，台风力等级最高为7级，风速17~20 m/s，未达到该临界风速。

图9 工频工况下的A相风偏故障临界点

2）在雷电过电压工况下，根据《电力工程高压送电线路设计手册》，最小空气击穿间隙设置为3.3 m，并留有0.2 m的裕度。

通过计算，当间隙圆与塔身刚好相切，即发生风偏故障的临界风偏角为22.3°，临界风速为14.3 m/s（离地高度10 m风速），故障时段风速为17~20 m/s，超出了雷击工况下的风偏临界风速。

图10 雷电过电压工况的A相风偏故障临界点

图11 故障时段的落雷情况（黄色标志为落雷）

通过查询雷电定位系统数据发现，在故障时段前后1 min内，故障杆塔37号塔附近落雷个数达13个，且雷电流幅值均超过该杆塔的绕击耐雷水平。结合故障时段天气情况。可以判断：37号塔的风偏故障是边相导线在超过14.3 m/s的风速下发生一定的风偏角，同时遭受雷电绕击的情况下，导线与塔身空气间隙被击穿导致线路放电跳闸。