刍议沿海220 kV架空线路风偏故障原因的分析及如何防治

曾凡臣

【摘要】风偏故障是威胁架空输电线路安全稳定运行的重要因素之一，常常造成线路跳闸、导线电弧烧伤、断股、断线等。本文以沿海某电厂两回220kV线路为研究对象，通过对线路跳闸事件进行统计，总结了故障的主要特点和规律，从环境外因和线路内因两方面进行分析，并提出了针对性的防治措施；最后结合线路技改经验对线路设计、运行提出了建议。

【关键词】220kV线路风偏原因分析；防治措施

架空输电线路分布点多面广，受自然灾害影响较大，尤其是广东沿海地区的线路，该区域属于低纬度亚热带季风区，台风活动剧烈，加之由于经济发展导致土地资源紧张，大部分线路路径都选择在山地丘陵地带，更易受气象及环境影响发生风偏跳闸。

本文以地处广东东部沿海的某核电厂的2回220 kV辅助厂外电源线路（220kV坪核线和湾岭线）为例，对沿海地区220kV架空线路的风偏跳闸原因进行研究。

一、220 kV架空输电线路设计的要点

杆塔是输电线路结构中的支撑者，其主要的作用就是支撑架空输电线路的地线与导线，并且还应该保证其符合电磁场与绝缘安全限制条件的要求。杆塔种类的不同，其运输时间与费用、建设造价、施工工期、占地面积、运行安全等方面都具有很大的区别，其在整个线路的施工中占有非常大的比重，因此，在进行杆塔的设计时，不但应该重视杆塔的基础选型与施工，还应该根据施工现场的具体气象状况与地质情况进行选择。杆塔的初步设计应该按照相关摘 要：随着经济的快速发展，人类对电能的需求也在逐渐的增大。输电线路是整个电力系统中的重要组成部分，其作用是通过自身的运行，将电能输送至各个用电单位，将复杂的电力系统用输电线路网络的形式连接起来，因此其设计的合理性直接关系整个电路系统的安全性与可靠性。

二、风偏故障原因分析

（一）风偏是近年来导致线路非计划停运的主要原因之一。风偏是指在强风的作用下，导线或跳线与地电位体之间、或其他相导线之间的空气间隙小于大气击穿电压，从而造成的事件。通过220 kV线路的风偏跳闸分析，主要有以下几方面影响因素：

（1）台风：运行经验表明，局地强风是造成风偏跳闸的直接原因。

（2）地形：大部分线路走廊处于微气象区的线路（山谷交汇处、具有狭管效应的漏斗形谷底、风口），特殊地形也导致杆塔所处位置的平均及瞬时风力大大增加。在强风作用下，导线沿风向会出现一定的位移和偏转。

（3）暴雨：由于强风常伴有暴雨，在强风的作用下，暴雨会沿风向形成定向性的间断型水线。

（4）线路设计

线路设计时对恶劣气象和微气象区的影响估计不足，耐张塔设计中跳线设计不合理，跳线绝缘子串为不稳定结构，也是造成风偏跳闸的主要原因之一。经统计，发生风偏跳闸的杆塔塔型均为GJ型耐张塔，故障模式为中相跳线的在大风时对塔身放电。

三、风偏故障防治措施及应用

影响直线杆塔风偏的主要因素中，导线应力、线路的档距、弧垂点与故障杆塔距离、悬垂串重量等均有着密切的关系。在超设计风速和不规则的导线舞动作用，绝缘子极易带动导线摆动，当对塔头空气距离小于最小放电间隙时时，都可能形成导线风偏。值得注意的是，在计算校验风偏中，由于使用了合成绝缘子，其重量的减小和串长的增加对垂直档距高海拨地区均是不利的，在计算允许摇摆角满足要求的情况下，容易发生风偏。

（一）防风偏技改措施

（1）硬跳线

针对220 kV线路风偏故障原因，防治的关键在于限制耐张塔跳线的摆幅，避免跳线对塔身放电。根据这一原则，采用了耐张塔中相加装硬跳线的改造方案。

硬跳线就是在跳线的中部增加一根角钢支架，由于角钢支架具有一定的刚度，与软跳线相比基本消除了跳线驰度，可以更好地改善耐张塔跳线的空气间隙，以限制跳线的摆幅，避免对塔身或横担放电，增强耐张塔抵御风偏闪络的能力。

由于全线耐张塔均采用GJ 型塔，中相跳线采用"绕跳"方式，由于受塔头尺寸限制，只能采用单点悬挂跳线托架，使跳线远离塔身。该方式稳定性较差，遇到斜向风力时，跳线支架易形成不规则的振动和扭摆，或施工安装中跳线尺寸有偏差均会影响跳线风偏时对于塔身的电气间隙，造成裕度减小。设计时将跳线绝缘子串单点联结的方式改装为双点联结方式，可以有效防止跳线支架不规则的振动和扭摆。

（2）安装重锤

在绝缘子下端安装40 kg重锤，通过增加绝缘子的重量限制绝缘子的摆幅，达到防止风偏闪络的目的。

（3）防风偏绝缘子

220 kV 防风偏硬跳线复合绝缘子是采用有机高分子聚合绝缘材料制造的新型绝缘子，将传统产品的安装方式由"铰链式"改为"悬臂式"，由摆动变为硬支撑，使跳线串由"动"改为"静"。因此有效地限制了跳线的摆动，从而保证了跳线对塔身的电气间隙，起到良好的防风偏效果。此方案需要根据垂直固定式跳线复合绝缘子串的受力情况，对铁塔跳线挂架强度进行复核，铁塔结构不用更改，但需防止极端大风情况下绝缘子折断受损等故障。

（二）综合性防风偏治理措施

（1）合理规划设计，改进设计方法

对新建线路，应结合已有的运行经验。对微气候、微气象区特征明显，台风频发地带，线路的设计应考虑到最不利的气象条件组合，适度提高风偏放电的设防水平。设计时应留有适当的裕度，以减少线路投运后遇到恶劣天气时出现跳闸的可能性。合理选择在各种气象条件下，改进设计手段和方法。在选择线路走径时，应尽可能避免横穿风口、沿海平行走向，提高强风地带的绝缘配置和机械强度。对局部微气象、微地形地区提高风速、杆塔、金具、绝缘子等的设计安全系数，加大电气距离。

（2）收集运行资料，提高防风能力

加强对微气候区的观测和记录，积累运行资料，应加强线路所经区域的气象资料收集。特别是台风的数据收集，包括发生时段、频率、风速、区域等，并加强导线风偏的观测和记录。对于已运行的线路可以进行局部改造，抑制风偏。

（3）开展科研试验，抑制风偏事故

应开展有暴雨和强风定向作用下空气间隙的工频放电试验， 得出数据及曲线，为今后的风偏设计提供合理的技术依据和参数。应研究输电线路塔上气象参数及导线风偏的在线监测系统，为确定输电线路杆塔上最大瞬时风速、风压不均匀系数、强风下的导线运动轨迹等提供直接的技术依据。对设计中气象条件的选定，各种不利气象条件的组合，风偏计算中的参数设定等应进一步探讨和研究。

四、结束语

本文分析了沿海220 kV架空线路风偏故障原因，通过加装硬跳线、重锤绝缘子串和防风偏绝缘子降低耐张塔跳线风偏跳闸率。结合技改经验，对沿海220 kV架空线路设计和运行有以下建议：

（1）设计方面：对微气象区特征明显的地带，应考虑到最不利的气象条件组合，适度提高风偏放电的设计裕度；在耐张塔跳线设计时，进一步结合杆塔的地形特点，开展差异化设计和校核。

（2）运行方面：应加强线路所经区域（包括微气候区）的气象资料数据（包括发生时段、频率、风速、区域等）收集，并加强导线风偏的观测，积累运行资料。

五、参考文献

[1]110-500kV架空送电线路设计技術规范 （DI/T-5092）[M].中国电力出版社，1999.

[2]架空送电线路杆塔结构设计技术规定（DL/T 5154-2002）[M].中国电力出版社，2002.