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        超高壓輸電線路風(fēng)偏故障分析與防風(fēng)偏措施探討

        2014-01-01 00:00:00韓宏亮
        山東工業(yè)技術(shù) 2014年3期

        【摘 要】由于風(fēng)偏閃絡(luò)頻繁發(fā)生,呈居高不下態(tài)勢(shì)。為建設(shè)更加堅(jiān)強(qiáng)的電網(wǎng),超高壓輸電線路風(fēng)偏故障分析與防風(fēng)偏措施研究迫在眉睫。

        【關(guān)鍵詞】風(fēng)偏;故障;防風(fēng)偏;措施

        0 引言

        隨著電網(wǎng)建設(shè)速度的加快,電網(wǎng)的增大,超高壓500kV交流、500kV直流輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)次數(shù)多、涉及面廣。導(dǎo)線風(fēng)偏是威脅架空輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素之一,常常造成線路跳閘、導(dǎo)線電弧燒傷、斷股、斷線等。風(fēng)偏往往發(fā)生在大風(fēng)天氣和山區(qū)微地形氣候區(qū),在設(shè)計(jì)過(guò)程中,對(duì)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件了解不透,就會(huì)造成桿塔頭部尺寸不滿足設(shè)計(jì)規(guī)程要求。由于風(fēng)偏閃絡(luò)頻繁發(fā)生,呈居高不下態(tài)勢(shì)。為建設(shè)更加堅(jiān)強(qiáng)的電網(wǎng),超高壓輸電線路風(fēng)偏故障分析與防風(fēng)偏措施研究迫在眉睫。

        1 風(fēng)偏故障分析

        當(dāng)輸電線路處于強(qiáng)風(fēng)環(huán)境下,特別是在某些微地形區(qū),易于產(chǎn)生颮線風(fēng),此時(shí)強(qiáng)風(fēng)使得絕緣子串向桿塔方向傾斜,減小了導(dǎo)線和桿塔之間的空氣間隙距離,當(dāng)該距離不能滿足放電的最低電壓要求時(shí)便會(huì)發(fā)生閃絡(luò)。

        從全國(guó)來(lái)看,近年來(lái)頻繁發(fā)生500kV輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)的原因,災(zāi)害性氣象條件是重要的外部條件。在湖北,龍卷風(fēng)將大樹(shù)攔腰折斷,將小樹(shù)連根拔起;在河南發(fā)生的飚線風(fēng),所到之處破壞嚴(yán)重,最然發(fā)生的面不寬,一般在200m左右,但風(fēng)力一般在10~12級(jí)左右,中心最低風(fēng)速可達(dá)24.5m/s,最高可達(dá)32.7m/s以上,同時(shí)夾雜雷電暴雨,因此極易造成風(fēng)偏閃絡(luò)。由于風(fēng)偏放電發(fā)生時(shí)伴有雷雨、冰雹等天氣,空氣潮濕,使其絕緣強(qiáng)度降低。而且在強(qiáng)風(fēng)作用下,雨水會(huì)沿著風(fēng)向形成定向的間斷型水線,如果水線的方向與放電閃絡(luò)路徑相同,有可能使空氣間隙的放電電壓大為降低。因此線路發(fā)生風(fēng)偏放電時(shí)一是導(dǎo)線風(fēng)偏角很大,超過(guò)設(shè)計(jì)值,二是雨水降低了放電間隙的放電電壓。此外,局部微氣象,風(fēng)口、山地形成風(fēng)道使風(fēng)力集中,也是造成風(fēng)偏閃絡(luò)的原因。

        從輸電線路發(fā)生風(fēng)偏閃絡(luò)的內(nèi)部因素分析,發(fā)生閃絡(luò)的大部分桿塔,其水平檔距一般都在300~400m左右,塔頭尺寸相對(duì)較小,龍卷風(fēng)、飚線風(fēng)很容易使該桿塔導(dǎo)線絕緣子串出較大的風(fēng)偏,從而發(fā)生閃絡(luò)。而隨著導(dǎo)線懸掛高度的提高,風(fēng)速隨著高度增加,對(duì)導(dǎo)線的影響將會(huì)更加明顯。

        從輸電線路設(shè)計(jì)的氣象條件分析,《110kV-750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50545-2010)中規(guī)定,確定最大風(fēng)速時(shí),應(yīng)按當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)站10min時(shí)距平均的最大風(fēng)速為樣本,并采用極值I型分布概率模型,500kV輸電線路統(tǒng)計(jì)離地面20米高最大風(fēng)速選取。上述取值與瞬時(shí)最大風(fēng)速有很大的差異,而瞬時(shí)最大風(fēng)速就會(huì)大打折扣。此外,我國(guó)的各級(jí)氣象臺(tái)站,一般都在城郊附近,很難記錄到飚線風(fēng)、龍卷風(fēng)的風(fēng)速。因此,設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)規(guī)程,依據(jù)各氣象臺(tái)站的觀測(cè)資料確定最大設(shè)計(jì)風(fēng)速,明顯偏小。

        2 風(fēng)偏故障的特點(diǎn)

        強(qiáng)風(fēng)(或龍卷風(fēng)、飚線風(fēng))是導(dǎo)致風(fēng)偏放電的主要原因。根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀蟛块T證明,多次風(fēng)偏故障時(shí)放電發(fā)生的區(qū)域均出現(xiàn)了少有的強(qiáng)風(fēng),在現(xiàn)場(chǎng)查詢中也發(fā)現(xiàn)附近有大樹(shù)被吹到或連根拔起的現(xiàn)象。強(qiáng)風(fēng)的發(fā)生具有以下特點(diǎn):

        在強(qiáng)風(fēng)作用下,導(dǎo)線沿風(fēng)向會(huì)出現(xiàn)一定的位移和偏轉(zhuǎn)。另外,在間隙減小,空間場(chǎng)強(qiáng)增大時(shí),在導(dǎo)線金具的尖端和塔身的尖端上會(huì)出現(xiàn)局部高場(chǎng)強(qiáng),使放電更容易在這些位置發(fā)生,從現(xiàn)場(chǎng)放電痕跡可觀察到,一部分放電出現(xiàn)在腳釘、導(dǎo)線金具和角鋼邊緣尖端上。強(qiáng)風(fēng)導(dǎo)致輸電線路間隙距離減小、空氣絕緣強(qiáng)度下降,從而發(fā)生風(fēng)偏放點(diǎn)。

        3 防風(fēng)偏的主要措施

        經(jīng)過(guò)分析,發(fā)生風(fēng)偏放電最本質(zhì)的原因是由于在外界各種不利條件下造成輸電線路上導(dǎo)線-桿塔或?qū)Ь€-導(dǎo)線之間的空氣間隙距離減小,當(dāng)此間隙距離的電氣強(qiáng)度不能耐受系統(tǒng)最高運(yùn)行電壓時(shí)便會(huì)發(fā)生擊穿放電。

        從輸電線路發(fā)生的跳閘事故可以看出,除了設(shè)計(jì)風(fēng)速、設(shè)計(jì)裕度不足和施工安裝工藝不良等因素外,桿塔塔頭尺寸過(guò)小,也是不容忽視的主要原因。

        3.1 加裝重錘

        目前,對(duì)于跳線串,加裝重錘防風(fēng)偏是非常有效的方法。但是加裝重錘的效果有限,因此,加裝重錘不是從根本上解決懸垂串風(fēng)偏閃絡(luò)問(wèn)題的主要措施。

        3.2 加裝防風(fēng)拉線

        現(xiàn)運(yùn)行線路大風(fēng)區(qū)大多采用加裝防風(fēng)拉線,對(duì)線路產(chǎn)生風(fēng)偏可以起到很好的抑制作用。防風(fēng)拉線制作與安裝要求如下:

        ①直線桿塔(邊相引流)防風(fēng)拉線直接在懸垂線夾處加裝延長(zhǎng)掛板連接,中相引流可采取在跳線托架通過(guò)金具連接。

        ②中相引流防風(fēng)拉線可直接固定在下橫擔(dān);直線桿塔(邊相引流)條件允許時(shí)應(yīng)在本體安裝支架進(jìn)行固定(包括在鐵塔增設(shè)固定支架等方式),當(dāng)需落地固定時(shí),應(yīng)同步完善拉線防盜、接地裝置。

        安裝防風(fēng)拉線由于風(fēng)偏轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活,長(zhǎng)時(shí)間的受力,線路金具易受到疲勞破壞。因此,加裝防風(fēng)拉線對(duì)線路運(yùn)行存在安全隱患。

        3.3 防止V串復(fù)合絕緣子掉串

        電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中,為了節(jié)約線路走廊,減少房屋拆遷及通道清理補(bǔ)償費(fèi)用,,降低輸電線路的造價(jià),V串復(fù)合絕緣子在500kV輸電線路中已廣泛應(yīng)用,尤其對(duì)于緊湊型線路意義重大。由于局部地區(qū)大風(fēng)、強(qiáng)對(duì)流極端天氣頻發(fā),處于“微地形、微氣候”區(qū)域的輸電桿塔易發(fā)生設(shè)備受損,V串復(fù)合絕緣子掉串即是典型事故之一。V串復(fù)合絕緣子掉串也易引起風(fēng)偏故障,因此防止V串復(fù)合絕緣子掉串,也是防風(fēng)的優(yōu)化措施之一。

        3.4 優(yōu)化絕緣子型式,采用防風(fēng)偏絕緣子

        新一代的防風(fēng)偏絕緣子其優(yōu)點(diǎn)是絕緣子風(fēng)偏擺動(dòng)幅度小,增大了導(dǎo)線—桿塔的電氣間隙;此外安裝可靠,同時(shí),充分考慮了與桿塔連接的金具,有利于后續(xù)工程技改。

        通過(guò)比較防風(fēng)偏絕緣子的偏移值與常規(guī)復(fù)合絕緣子的偏移值,防風(fēng)偏絕緣子的偏移值要小很多。投資方面防風(fēng)偏絕緣子優(yōu)于瓷絕緣子和玻璃絕緣子,僅于普通復(fù)合絕緣子;防風(fēng)性能方面:在不加重錘、防風(fēng)拉線等防風(fēng)措施的情況下,中相及外角側(cè)的普通復(fù)合絕緣子串不能滿足要求,其他型號(hào)絕緣子均能滿足要求,即使在40m/s情況下,防風(fēng)偏絕緣子也能滿足要求。輸電線路中,對(duì)于絕緣子的應(yīng)用要求,當(dāng)不能滿足風(fēng)偏角要求的絕緣子串采取加裝重錘或防風(fēng)拉線的措施。

        3.5 輸電線路風(fēng)偏校核的主要方法——間隙圓法

        間隙圓法,即直接在設(shè)計(jì)圖紙上做圖,確定每基桿塔的最大允許風(fēng)偏角,然后根據(jù)最大風(fēng)偏角來(lái)校核各種氣象條件下的風(fēng)偏。這種方法適合于手工校核,需要校核人員查閱大量圖紙資料,獲取相關(guān)數(shù)據(jù),然后作圖分析,勞動(dòng)強(qiáng)度大,效率不高。

        為了提高工作效率,從風(fēng)偏角計(jì)算和風(fēng)偏校核兩個(gè)方面入手,設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)模型,將計(jì)算器手工計(jì)算,作間隙圓等工作通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型,編寫計(jì)算機(jī)程序,實(shí)現(xiàn)了輸電線路風(fēng)偏校核的電算化。

        4 結(jié)束語(yǔ)造成風(fēng)偏放電的原因可以分為外因和內(nèi)因兩方面。其外因是自然界發(fā)生的強(qiáng)風(fēng)和暴雨天氣;內(nèi)因是輸電線路抵御強(qiáng)風(fēng)能力不足。因此需要研究?jī)?nèi)外兩方面的影響因素,從設(shè)計(jì)參數(shù)、運(yùn)行維護(hù)、試驗(yàn)方法等方面分析存在的問(wèn)題,采取針對(duì)性的解決措施和方法,減少輸電線路風(fēng)偏放電的次數(shù),提高線路的安全運(yùn)行水平。

        除了采取相應(yīng)的具體措施防止風(fēng)偏故障以外,另外加強(qiáng)輸電線路的維護(hù)與檢修力度也可以減小風(fēng)偏事故的發(fā)生。

        [責(zé)任編輯:丁艷]

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