铁塔风偏计算方法研究及软件开发

2015-10-15方水平朱辉良

机电信息 2015年33期

郭琳方水平朱辉良

（1．广东电网公司惠州供电局，广东惠州516001；2．中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，广东广州510663）

1 风偏闪络的一般特点

风偏闪络的发生是由于风荷载下的风偏角超过了设计允许值，造成带电部分（导线、线夹、均压环等）对塔头或塔身（横担、脚钉等）电气间隙不足，最终导致线路闪络跳闸。由于风荷载的连续性，重合闸时带电体仍处于风偏状态，电气间隙处于缩小的趋势，且第一次的闪络放电已使空气间隙中游离的导电离子增多，绝缘强度降低，重合闸所产生的系统操作过电压使带电体在风偏摆动时再次将空气间隙击穿，此次击穿的间隙可以比第一次大。

2 风偏计算方法

风偏闪络是指输电线路带电导体对杆塔塔头或塔身放电。因此确定塔头尺寸时除满足导线线间距离和防雷要求外，主要需考虑导线风偏和电气间隙，电气间隙由输电线路电压等级确定，一般不变；而导线风偏主要由大风、导线和绝缘子串参数确定。

导线风偏角基本计算式如下：

式中，PD为导线风压（N）；PJ为绝缘子串风压（N）；GD为导线重量（N）；GJ为绝缘子串重量（N）。

风作用于电线上产生的横向风荷载，并非上述理论风压与电线受风面之积，还要考虑电线的体型系数、与风速大小有关的风压不均匀系数、与电压等级和风速大小有关的风载调正系数、与电线平均高度有关的风速高度变化系数以及杆塔水平档距等影响。为了便于分析计算，本计算式忽略风向与导线轴向间的夹角、与电压等级和风速大小有关的风载调正系数。

（1）导地线风压计算公式：

式中，Wx为垂直于导线及地线方向的水平风荷载标准值；α为风压不均匀系数；Wo为基准风压标准值；μz为基准高度为10 m的风压高度变化系数；μsc为导地线体型系数；βc为导地线风荷载调整系数；d为导地线的外径或覆冰时的计算外径；Lp为杆塔的水平档距；B为覆冰时风荷载增大系数；θ为风向与导地线方向之间的夹角。

（2）绝缘子串风压计算公式：

式中，Pr为绝缘子串风荷载标准值；Po为基准风压标准值；Wo为基准风压标准值；μz为风压高度变化系数；B为覆冰时风荷载增大系数；AI为绝缘子串承受风压面积计算值；V为基准高度为10 m的风速。

（3）软跳线风偏角计算公式：

计算原理：

如图1所示，假设绝缘子串（不含重锤）的重量及所受风压分别为Gm及Pr，力的作用点位于串的中点，重锤的重量和风压为Gc和Pc，导线的重量及风压为GV和PH，从受力平衡方程可得：

图1 跳线串风偏受力示意图

（4）悬垂串风偏角计算公式：

式中，φ为悬垂绝缘子风偏角；PI为悬垂绝缘子串风压；GI为悬垂绝缘子串重力；P为相应于工频电压、操作过电压、雷电过电压及带电作业风速下的导线风荷载；W1为导线自重力；lH为悬垂绝缘子串风偏角计算用杆塔水平档距；lv为悬垂绝缘子串风偏角计算用杆塔垂直档距；α为塔位高差系数；T为相应于工频电压、操作过电压及雷电过电压气象条件下的导线张力。

3 风偏计算软件的开发

在上述计算方法的基础上，开发了风偏计算软件，通过输入气象条件、导线结构参数和使用张力、风压不均匀系数和跳线计算长度等参数，可计算出耐张塔跳线串各种工况下的风偏角（图2）；通过输入气象条件、导线结构参数和使用张力、直线塔高度和直线塔实际使用条件等参数，可计算出直线塔悬垂串各种工况下的风偏角（图3）。通过与杆塔设计时的角度进行对比，可评估铁塔实际的抗风能力。