北京地区某220 kV线路风偏故障分析

聂鹏高，马立博，孙政樑，焦政国

（国网北京市电力公司检修分公司，北京 丰台 100073）

1 线路故障概况

2021年8月16 日20:45，国网北京检修分公司所管辖某220 kV线路发生跳闸故障，故障点位于杆塔18#附近。故录组网显示故障相别A相，重合成功，故障相别为A相，测距距信息港均为4.7 km。

登塔巡检后发现该220 kV线路一线（A相）导线有80 cm长麻点，无断股。塔身的脚钉和防坠落装置上有放电痕迹，线路可坚持运行。

2 故障初步分析

2.1 雷电状况和现场情况分析

故障时，线路所在地为雷电暴雨天气，并伴有大风。查询雷电监测系统，在故障时刻前后1 min内，线路1 km范围内共有20个落雷。离故障点最近的为13#～14#，距离故障点约2 km。故发生雷击故障的可能较小。

到达故障现场后发现，大量树木倒伏，判断故障发生时有极端大风天气。登塔检查后发现该220 kV线路上相（A相）导线上有80 cm长麻点，无断股。塔身的脚钉和防坠落装置上有放电痕迹。

分析故障前18#上相导线因极端大风的影响，整档导线向塔身上倾斜，在雷雨天气下引起空气间隙短接，造成导线对脚钉和防坠落装置放电。

2.2 故障录波分析

故障发生前，电压有效值约为132.96 kV，二次测量值为60.438 V，故障发生后A相相电压波形和零序电压波形发生突变，A相相电压有效值降低为35.92 kV，二次测量值为16.327 V，而零序电压的二次测量值升至88.418 V。

从查看故障录波发现，在故障发生前A相电流二次测量值为0.219 A，故障发生后A相相电流波形和零序电流波形发生突变，A相相电流的二次测量值升至6.11 A，零序电流的二次测量值升至5.762 A。

故障点附近A相正序电压大幅降低、零序电压升高，正序电流和零序电流大幅提高且幅值大小接近，结合对电压和电流的波形及有效值变化情况，可以判断出故障为不对称故障中的A相单相接地短路故障。

3 综合分析

3.1 风偏理论计算与分析

以该220 kV线路18号塔为例，进行风偏计算，分析输电线路风偏掉闸的原因，图1为杆塔构建示意图。

图1 杆塔构建示意图

查询资料得知：该直线塔的型号为SZ442，导线型号为JL/G1A-400/35，绝缘子型号为XWP-16，该绝缘子为单挂单串，绝缘子、导线和杆塔的参数如表1所示。

表1 绝缘子、导线及杆塔参数

3.2 导线比载计算

导线自重比载γ1计算：

式中：γ1为导线自重比载；W0为导线自重；g为重力加速度；S为导线截面积。

导线风比载γ4计算：

式中：γ4为导线风比载；V为风速，取28 m/s；D为导线外径，mm；a为风压不均匀系数；K为导线体型系数。

3.3 绝缘子风压计算

绝缘子水平风压Pj计算：

式中：A为绝缘子受风面积。

绝缘子风偏角φ计算：

式中：Gj为绝缘子自重；n为绝缘子串数；lh为水平档距；lv为垂直档距。

3.4 导线距脚钉的水平距离计算

在正常无风偏的情况下，经3D扫描仪和现场测量得知：该杆塔上相导线端挂点距离杆塔水平距离为2.88 m，如图2所示，绝缘子串和连接金具的总长度为3.21 m，如图3所示，子导线之间的水平距离为0.45 m，脚钉有效长度为175 mm。

图2 杆塔上相导线端挂点距离杆塔水平距离

图3 绝缘子串和连接金具的总长度

由此可以算出风偏下的导线距离脚钉的水平距离d：

风偏下的导线距离脚钉的水平距离d=0.39 m不满足国网规程标准中规定220 kV带电部分与杆塔构件的最小间隙0.55 m，此外，当日为雷雨天气，空气湿度较大，使得放电间隙增大，所以造成了导线对脚钉放电距离不足而导致的放电事故。

3.5 绝缘子风偏与风速、绝缘子串数的关系

根据公式（1）、公式（2）、公式（3）、公式（4），利用Matlab软件以风速V为自变量，绝缘子风偏角φ为因变量，在绝缘子串数分别为n=1和n=2的情况下，得到的算法仿真如图4所示。

图4 绝缘子风偏角与风速、绝缘子串数的关系

在一定绝缘子配置和导线配置的前提下，分析图6中绝缘子风偏角和风速、绝缘子串数的关系可以得出：

由于风速V增大，导线和绝缘子受风荷载也增大，绝缘子下端的横向力也增大，因而绝缘子串的风偏角φ也增大。

随着风速V的增大，绝缘子风偏角φ增大的趋势先增大后减小在风速V=25 m/s时，绝缘子风偏角增大的趋势最大，随后增大趋势递减。

相同风速的情况下，绝缘子串数的增加反而导致风偏角φ增大，这是由于绝缘子串自重力的增加小于绝缘子串受风荷载的增加，绝缘子风偏角φ故而增大。

4 结论与建议

通过上述分析，此次线路故障的原因主要有以下几点：

强风是导致此次掉闸事故的主要原因。当日该地区最大瞬时风力达到10级，风速相当于28 m/s，强大的风速导致一线A相瓷绝缘子及导线发生偏斜，故障发生时导线与脚钉净空距离为0.39 m，与GB 50545—2010《110 kV～750 kV架空输电线路设计规范》中0.55 m的标准接近，不满足安全距离，造成导线对脚钉放电。

暴雨降低空气间隙放电电压。事故发生时暴雨来得大，来的猛导致雨水形成定向性间断型水流，由于水流中不可避免含有污秽物，从而降低了空气间隙得放电电压。

可以采用在边相横担增加垂直挂架、安装防风偏拉索以及加装重锤等措施来避免风力过大造成导线对杆塔构件放电的事故。