500 kV输电线路风偏特性的有限元分析

黄 刚

（山西省电力公司检修分公司， 山西 太原 030032）

引言

随着科学技术应用的不断深入，人们对于输电线路中导线、绝缘子等材料的研究逐步深入，在一定程度上原有输电线路随着外界风的改变而随之发生改变，我国输电线路环节因风偏等问题造成的影响也愈发明显，由此，输电线路中风偏的问题愈发受到人们的关注。

1 输电线路风偏特性对实际输电线路运行造成的影响及其研究现状

1.1 输电线路风偏特性对实际输电线路运行造成的影响

截止目前，我国针对输电线路风偏的研究主要表现在两个方面，首先是针对塔头绝缘子部分的研究，另一部分则是针对相同输电线路在不同状态下摇摆问题的研究。就塔头绝缘子来说，绝缘子下端的带电导体在实际的外界风吹影响下与实际塔杆之间的距离会逐渐减少，并在超越一部分极限后产生放电，进而影响输电线路的正常运行；而另一方面，就相间导线之间在不同风速等外界因素影响状态下的荷载问题来说，由于荷载作用的时间不同，这就在一定程度上造成了实际相间距离的减少，从而容易使其产生风偏闪络，同时风力过大也在很大程度上造成输电线路中器材的损毁，进而对电路后续的正常安全运行埋下隐患。由此，针对输电线路中偏风特性的有限元分析逐渐成为了我国电力施工人员研究的重点[1]。

1.2 输电线路风偏特性的研究现状

截至目前，我国针对输电线路风偏问题的研究已经经历了数年的时间，虽然已经针对相间导线之间的风偏问题和绝缘子问题进行了相应的研究，但是在实际的应用环节仍旧缺乏关于上述两项对实际输电线路之间造成影响的考量，由此，下文针对有限元软件ANSYS进行“导线-绝缘子”模型的建立，从而能够针对不同档距之间、档数等因素的改变对实际500 kV输电线路风偏问题进行研究。

2 四分裂输电线路中“输电线路-绝缘子”耦合模型的建设

根据上述研究，本文针对实际输电线路风偏特性的有限元分析进行相关模型的建立[2]。

2.1 “输电线路-绝缘子”耦合模型的建设

根据对实际输电线路的研究可以发现，在实际的建设环节，输电线路大多呈现悬链线的状态出现在人们视野范围之内，所以，针对这一状态的有限元模型建立环节首先要保证导线在制模环节不会受到外界应力的影响，并在找到实际的形态后给其模型施加重力影响，进而从根本上达到预设的形态。下面将以LGJ-240/30型输电线为例，配合XP-16型号的绝缘子进行有关模式性建设，其示意图如图1所示。

图1“输电线路-绝缘子”耦合模型的建设示意图

根据我国既定的输电线路标准，在实际的施工环节，当海拔小于1 000 m的区域，实际电压、相同间隙的操作距离一个不少于2.5～4.5 m之间，并保持工频的电压情况在0.9～2.2 kV之间；与此同时，针对输电线路中带电部分与杆塔组件之间的实际最小间隙也应不小于1.45～2.7 m之间，从而保证实际的工频电压间隙能够控制在0.55～1.35 m之间。

2.2 风荷载模型的建设

根据实际的风荷载模式的建设环节，实际的应用过程中应根据输电线路中风偏闪络等问题的实际情况进行有关风荷载模型的选择。通常情况下，设计中一般应用稳定的风荷载模型，将原本动态的风荷载情况转变为静态的进行输电线路的叠加，这种模式虽然能够针对实际的荷载情况进行计算，但是在准确度等问题上仍旧存在一定的偏差，由此，随着科学技术研究的深入，本文将应用一种较为新型的阵风模型进行后续有关输电线路风偏特性的有限元分析[3]。

3 不同风速对输电线路风偏特性的有限元分析

根据实验目标，本文针对500 kV输电线路分别进行了多档和单档的输电线路有限元模型分析，从而研究输电线路在实际稳态风和阵风两种状态下的荷载情况：在稳定风和阵风两种风速作用下，不同档数输电线路相间距离与悬垂点之间的距离分析。

根据过去的研究，本文根据不同档输电线路中不同档距、两种状态下的风对于输电线线路所距中间点的最小距离情况进行研究，其研究结果如下表1所示。

表1 不同档位下输电线路在不同风速下中点最小距离与实际悬点塔身之间的距离情况 m

注意：其中最小距离是指在实际的运行环节中间点与实际输电线路之间的最小距离，而悬点则是指输电线路中悬垂区域与塔杆本身的距离。

根据上述研究可以发现，在实际的应用环节，风速相对稳定的稳态风状态下，其输电线路的最小间隙情况都符合相应的标准，可以认为这一输电线路设计能够在稳定风的影响下正常运行；而针对阵风来说，从单档输电线路开始，输电线路的间隙情况会随着档距的增加而逐渐缩小，在档距控制在300 m之内的状态时，其风偏间隙情况符合国家标准。与此同时，根据研究可以发现，针对输电线路重悬垂状态的绝缘子往往会和导线发生耦合作用，从而扩大风速对于导线实际运行的影响。例如，在稳风状态下，单档的输电线路距离电线之间的最小距离也相对更小，使其对于阵风影响状态下的输电模型影响也相对较小，从而为后续的输电线路风偏的预防提供一定的理论支持。

4 结语

随着我国居民生产用电量的增加，实际输电线路中电荷的负载也随之增加，我国针对配电网路电压输送的等级情况也相对提升，我国输电线路网络逐渐朝着高电压、大跨越的方向发展。根据上述研究可以发现，在阵风状态下，输电线路与绝缘子之间的最小距离情况均小于稳定风状态下的最小间距，由此说明在实际的风偏研究过程中应用阵风的研究是必要的；与此同时，根据上述结论可以认为，在风速和档距都增加的状态下，输电线路之间的最小距离也会随之减少，从而为其后续的安全应用埋下隐患。因此，在实际的设计环节，应该针对这一问题进行综合性的输电线路悬垂与杆塔之间最小距离的核算，从而提升实际输电线路施工环节的安全性[4]。

[1]赵鑫.输电线路绝缘子风偏与非同期摇摆分析[D].武汉：华中科技大学，2016.

[2]王建.输电线路气象灾害风险分析与预警方法研究[D].重庆：重庆大学，2016.

[3]古祥科.基于绝缘子—导线耦合模型的输电线路风偏特性研究[D].北京：华北电力大学,2016.

[4]杨悦.脉动风载下的输电线路风偏计算研究[D].杭州：浙江大学，2015.