陳清鶴，李超，陳荔青

（1.國網(wǎng)福州供電公司，福州350009；2.福州電力設(shè)計院有限公司，福州350007）

一起軟導(dǎo)線引下線風(fēng)偏放電事故的分析與改進措施

陳清鶴1，李超1，陳荔青2

（1.國網(wǎng)福州供電公司，福州350009；2.福州電力設(shè)計院有限公司，福州350007）

針對一起由臺風(fēng)引起的軟導(dǎo)線引下線風(fēng)偏放電事故，進行了大風(fēng)速條件下的風(fēng)偏位移計算。結(jié)合計算結(jié)果，對事故原因進行分析，并從降低引下線弧垂、減小高差等方面著手，提出了現(xiàn)場改進措施。

軟導(dǎo)線；風(fēng)偏計算；引下線弧垂；放電事故；原因分析；改進

福建省福州市地處我國東南沿海，為亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，每年的7—9月為臺風(fēng)多發(fā)季節(jié)。在福州沿海地區(qū)采用AIS（傳統(tǒng)敞開式配電裝置）的變電站中，最大設(shè)計風(fēng)速一般取35～37 m/s，正常情況下可以應(yīng)對11～12級臺風(fēng)的襲擊。但是，臺風(fēng)天氣中，部分地區(qū)局部最大瞬時風(fēng)速可能會超過37 m/s，若該風(fēng)速條件發(fā)生在變電站戶外AIS配電裝置區(qū)域，就有可能發(fā)生導(dǎo)線風(fēng)偏放電事故。2013年8月，臺風(fēng)“潭美”在福州沿海登陸，某220 kV變電站內(nèi)戶外110 kV配電裝置區(qū)在臺風(fēng)襲擊中發(fā)生了軟導(dǎo)線相間風(fēng)偏放電事故，導(dǎo)致1臺220 kV主變壓器跳閘。本文針對該起事故進行大風(fēng)條件下軟導(dǎo)線風(fēng)偏計算，對事故原因進行詳細分析，并提出提高配電裝置引下線抗風(fēng)能力的現(xiàn)場改進方案。

1 事故概況

該220 kV變電站110 kV配電裝置采用戶外軟母線改進半高型布置方式。相間放電發(fā)生在主變壓器110 kV進線間隔軟導(dǎo)線引下線位置，如圖1中畫圈部分所示。該引下線高差約10 m，在局部大風(fēng)作用下，A相及B相導(dǎo)線因風(fēng)偏后距離過小而發(fā)生放電。文獻[1]也介紹了類似的風(fēng)偏放電事故，與本次事故相同之處在于放電均發(fā)生在大高差引下線位置，不同之處在于文獻[1]中為導(dǎo)線對地（構(gòu)架橫梁）放電，且引下線未T接任何導(dǎo)線，而在本次事故中，引下線T接了1段導(dǎo)線至主變壓器間隔避雷器。

根據(jù)設(shè)計圖紙，本次風(fēng)偏放電事故中，該間隔相關(guān)設(shè)備及導(dǎo)線型號參數(shù)為：軟導(dǎo)線采用2× LGJX-300/25型鋼芯鋁絞線，外徑23.76 mm，分裂間距120 mm，單根導(dǎo)線自重1.058 kg/m。懸垂絕緣子串采用9×（XWP-70），串長約1.4 m，自身及配套金具重56 kg，受風(fēng)面積0.185 2 m2。導(dǎo)線相間距2 000 mm。

2 事故分析

2.1 引下線風(fēng)偏的分析計算

圖1 風(fēng)偏放電位置示意

圖2 簡化接線

根據(jù)文獻[2]的要求，戶外配電裝置使用軟導(dǎo)線時，應(yīng)校驗3種條件下的相間、相地最小安全凈距。這3種條件分別為：雷電過電壓和風(fēng)偏（取風(fēng)速15 m/s）條件、最大工作電壓，短路和風(fēng)偏（取風(fēng)速10 m/s）以及最大工作電壓和風(fēng)偏（取最大設(shè)計風(fēng)速）。

該220 kV變電站已安全運行約10年。結(jié)合本次事故發(fā)生的具體氣象及運行條件，本文重點分析和校驗最大工作電壓和風(fēng)偏（取最大設(shè)計風(fēng)速37 m/s）條件下的相間最小安全凈距。在這一條件下，110 kV中性點有效接地系統(tǒng)中，相間最小安全凈距要求為500 mm。

在進行引下線風(fēng)偏的計算分析時，圖1接線可以簡化成圖2中M，N，P，Q 4點間接線，M表示懸垂串末端掛點，N表示導(dǎo)線T接點，P表示主變壓器進線避雷器接線板，Q表示支柱絕緣子接線板。圖3為該引下線風(fēng)偏示意圖。圖2、圖3中，fY表示引下線弧垂，fX表示導(dǎo)線風(fēng)偏水平偏移。

文獻[3]提供了引下線風(fēng)偏校驗的計算公式，但是未提供帶T接導(dǎo)線的引下線風(fēng)偏計算公式。本文在文獻[3]所確立的原則和計算方法的基礎(chǔ)上，按不同相導(dǎo)線不同步搖擺的情況進行風(fēng)偏計算和校驗。計算公式如下：

懸垂絕緣子串風(fēng)偏角：

圖3 風(fēng)偏示意

懸垂絕緣子串風(fēng)偏水平位移：

MNQ段軟導(dǎo)線風(fēng)偏角：

MNQ段軟導(dǎo)線風(fēng)偏水平位移：

相間導(dǎo)線最大工作電壓、最大設(shè)計風(fēng)速和風(fēng)偏條件下相間距離近似為：

式（1）—（5）中：q1為單位長度導(dǎo)線自重，取2.116 kg/m；q4為導(dǎo)線風(fēng)壓，37 m/s風(fēng)速下為4.88 kg/m；Q1為懸垂絕緣子串自重，取56 kg；Q4為懸垂絕緣子串風(fēng)壓，37 m/s風(fēng)速下為10.46 kg/m；fY為引下線弧垂；l，l1，l2分別為導(dǎo)線全長（l=l1+l2）、MNQ段導(dǎo)線長度和PN段導(dǎo)線長度；γ，θ分別為M，Q間高差角和N，P間高差角；d為導(dǎo)線外徑，取0.023 67 m；c為導(dǎo)線分裂間距，取0.12 m；H1懸垂絕緣子串長度，取1.4 m；β為阻尼系數(shù)，取0.71。

由式（1）—（5）可計算出引下線在最大設(shè)計風(fēng)速37 m/s下的相間風(fēng)偏位移，計算結(jié)果見表1。

表1 引下線在最大設(shè)計風(fēng)速37 m/s下的相間風(fēng)偏計算

2.2 事故原因分析

由計算結(jié)果可知，按文獻[2]和文獻[4]中規(guī)定的標準氣象條件和事故組合方式，在37 m/s的最大設(shè)計風(fēng)速下，相間導(dǎo)線風(fēng)偏后水平距離為730 mm，符合規(guī)范要求。因此，該220 kV變電站安全運行10余年，未發(fā)生類似故障。

同時，在最大設(shè)計風(fēng)速條件下，相間導(dǎo)線風(fēng)偏后水平距離僅比最小相間安全凈距500 mm的要求留有230 mm的裕度，在臺風(fēng)氣象條件下，局部瞬間風(fēng)速如果超過37 m/s，相間導(dǎo)線風(fēng)偏后水平距離就可能過小，從而造成相間導(dǎo)線的放電。經(jīng)現(xiàn)場勘察，該220 kV變電站周邊地勢平坦開闊，在罕見強臺風(fēng)正面襲擊該地區(qū)的情況下，陣風(fēng)瞬時風(fēng)速很可能大大超過最大設(shè)計風(fēng)速。

因此，綜合上述計算結(jié)果，本次事故主要原因為超過最大設(shè)計風(fēng)速的陣風(fēng)發(fā)生在軟導(dǎo)線大高差引下線區(qū)域，造成相間導(dǎo)線風(fēng)偏后因水平距離不足而引起相間放電。

3 改進引下線抗風(fēng)能力的措施

文獻[1]中給出的提高引下線抗風(fēng)能力的措施是在引下線外側(cè)設(shè)置1組支柱絕緣子，用軟導(dǎo)線T接在引下線上，起到側(cè)向加強固定的作用。但是在本次事故中，該引下線已經(jīng)有主變壓器避雷器T接在引下線上，因此需要進一步分析影響導(dǎo)線風(fēng)偏的各種因素，提高抗風(fēng)能力。從風(fēng)偏計算過程分析，可以采用減小引下線弧垂fY，減小引下線高差角γ，增加T接段導(dǎo)線長度l2的方法來提高導(dǎo)線抗風(fēng)能力。結(jié)合現(xiàn)場情況，提出了加高支柱絕緣子高度的方案，以提高引下線抗風(fēng)能力。改造方案如圖4所示。

圖4 改造方案示意

根據(jù)改造方案中的相關(guān)參數(shù)，風(fēng)偏計算結(jié)果如表2所示。

從計算過程及結(jié)果分析可知，通過減小引下線高差角和弧垂的方式，使得在最大設(shè)計風(fēng)速相同的條件下，風(fēng)偏后相間距離與最小安全凈距的裕度提高了150 mm。其中，弧垂的減小對提高安全裕度的作用最顯著。同時需要注意的是，在實際工程改造和施工中，要校核減小弧垂所引起的導(dǎo)線各端拉力的增值。在本文論述的情況中，根據(jù)文獻[3]中的計算方法可知，將最大弧垂從0.8m減小至0.7 m，支柱絕緣子側(cè)水平拉力和垂直荷載分別增加約8%和15%，若進一步減小最大弧垂至0.5 m，則支柱絕緣子側(cè)水平拉力和垂直荷載大幅增加約76%和70%，就可能對線夾尤其是銅鋁過渡線夾的焊接處等受力薄弱環(huán)節(jié)造成威脅。因此弧垂的減小應(yīng)控制在保證安全的范圍內(nèi)。

表2 引下線在最大設(shè)計風(fēng)速37 m/s下的相間風(fēng)偏計算（改造后）

4 結(jié)語

在最大設(shè)計風(fēng)速高于37 m/s的地區(qū)，應(yīng)按規(guī)范要求，特別注意校核軟導(dǎo)線相間、相地在各種工況下的安全距離，戶外軟母線AIS配電裝置應(yīng)盡量避免大高差引下線，并在設(shè)計階段注意在各端受力合理安全的前提下控制引下線弧垂，從而提高配電裝置的抗風(fēng)能力。本文所涉及的220 kV變電站事故間隔因受現(xiàn)場條件及搶修工期的限制，提出的解決方案只是提高了導(dǎo)線風(fēng)偏后的安全裕度。對新建變電站，建議經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后，在臺風(fēng)多發(fā)區(qū)域盡量采用全戶內(nèi)或半戶內(nèi)布置方式，從根本上解決導(dǎo)線風(fēng)偏引起的事故放電問題。

[1]徐寧，王尉.關(guān)于軟母線改進半高型配電裝置引下線抗風(fēng)能力的探討[J].江蘇電機工程，2006，25（6）∶46-51.

[2]GB 50060-2008 3～110 kV高壓配電裝置設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2009.

[3]水利電力部西北電力設(shè)計院.電力工程電氣設(shè)計手冊電氣一次部分[M].北京：中國電力出版社，2008.

[4]DL/T 5352-2006高壓配電裝置設(shè)計技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2007.

（本文編輯：徐晗）

GE攜手伯克利實驗室共同探索電動汽車儲能新方案

GE和伯克利國家實驗室的科學(xué)家有望找到下一代電動汽車電池的秘訣，該電池可讓汽車達到預(yù)期行駛里程，且物美價廉。

GE與伯克利實驗室正在研發(fā)一種比傳統(tǒng)基站儲能電池更加強大的水基液流電池。GE科學(xué)家們正在開發(fā)試驗的化學(xué)反應(yīng)機制將致力于讓液流電池從全新的電化學(xué)反應(yīng)中獲取能源，并且這一反應(yīng)都將在水池中安全進行。

GE全球研發(fā)中心水基液流電池項目負責(zé)人GrigoriiSoloveichik說：“我們對這一新技術(shù)感到非常興奮，它在價格和充電方面的優(yōu)勢對電動汽車領(lǐng)域可能產(chǎn)生深遠影響。我們研發(fā)的新型液流電池的價格僅為目前市場上汽車電池的四分之一，但行車里程卻是它們的3倍。美國能源部希望1塊電池能保證汽車行駛約386 km，我們認為可以超越這個數(shù)字?！?/p>

以周末為例，估計在美國當(dāng)天會有3410萬司機開車出行，每輛車行駛里程將達80 km甚至更多。如果電池能支持汽車行駛386 km，那么人們只需充1塊電池就能整個周末開車出行，既節(jié)省家庭開支又減少廢氣排放。

伯克利實驗室科學(xué)家Adam Weber說：“我們已經(jīng)在開發(fā)大功率傳統(tǒng)液流電池方面取得重大成就，把這一專門技術(shù)植入高能量密度液流電池的可行性相當(dāng)大?！?/p>

新型液流電池除了在價格和行駛里程上具有顯著優(yōu)勢外，還比目前汽車上使用的電池更加安全，更容易融入汽車設(shè)計中去。

新型液流電池采用無機活性材料水溶液，能夠同時轉(zhuǎn)移多個電子，因而具備高能量密度。而用于電池放電和充電的電化學(xué)池與儲能箱相分離，使得電池具備更高的安全性能。

來源：新華網(wǎng)

Analysis on A Windage Yaw Discharge Accident of Flexible Conductor Down Lead and the Improvement

CHEN Qinghe1，LI Chao1，CHEN Liqing2
（1.State Grid Fuzhou Power Supply Company，F(xiàn)uzhou 350009，China；2.Fuzhou Electric Power Design Institute Co.，Ltd.，F(xiàn)uzhou 350007，China）

Aiming at one windage yaw discharge accident of flexible conductor down lead caused by typhoon, the paper calculates windage yaw displacement in high wind speed condition.In combination with calculation results，this paper analyzes accident causes and presents the field improvement in terms of reducing down lead sag and height difference and so forth.

flexible conductor；windage yaw calculation；down lead sag；discharge accident；cause analysis；improvement

TM752+.5

：B

：1007-1881（2014）08-0065-03

2014-05-26

陳清鶴（1982-），男，福建三明人，碩士，工程師，主要從事變電站電氣設(shè)計工作。