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        鐵塔風(fēng)偏計算方法研究及軟件開發(fā)

        2015-10-15 09:15:06方水平朱輝良
        機(jī)電信息 2015年33期
        關(guān)鍵詞:風(fēng)偏跳線閃絡(luò)

        郭 琳 方水平 朱輝良

        (1.廣東電網(wǎng)公司惠州供電局,廣東 惠州516001;2.中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計研究院有限公司,廣東 廣州510663)

        1 風(fēng)偏閃絡(luò)的一般特點(diǎn)

        風(fēng)偏閃絡(luò)的發(fā)生是由于風(fēng)荷載下的風(fēng)偏角超過了設(shè)計允許值,造成帶電部分(導(dǎo)線、線夾、均壓環(huán)等)對塔頭或塔身(橫擔(dān)、腳釘?shù)龋╇姎忾g隙不足,最終導(dǎo)致線路閃絡(luò)跳閘。由于風(fēng)荷載的連續(xù)性,重合閘時帶電體仍處于風(fēng)偏狀態(tài),電氣間隙處于縮小的趨勢,且第一次的閃絡(luò)放電已使空氣間隙中游離的導(dǎo)電離子增多,絕緣強(qiáng)度降低,重合閘所產(chǎn)生的系統(tǒng)操作過電壓使帶電體在風(fēng)偏擺動時再次將空氣間隙擊穿,此次擊穿的間隙可以比第一次大。

        2 風(fēng)偏計算方法

        風(fēng)偏閃絡(luò)是指輸電線路帶電導(dǎo)體對桿塔塔頭或塔身放電。因此確定塔頭尺寸時除滿足導(dǎo)線線間距離和防雷要求外,主要需考慮導(dǎo)線風(fēng)偏和電氣間隙,電氣間隙由輸電線路電壓等級確定,一般不變;而導(dǎo)線風(fēng)偏主要由大風(fēng)、導(dǎo)線和絕緣子串參數(shù)確定。

        導(dǎo)線風(fēng)偏角基本計算式如下:

        式中,PD為導(dǎo)線風(fēng)壓(N);PJ為絕緣子串風(fēng)壓(N);GD為導(dǎo)線重量(N);GJ為絕緣子串重量(N)。

        風(fēng)作用于電線上產(chǎn)生的橫向風(fēng)荷載,并非上述理論風(fēng)壓與電線受風(fēng)面之積,還要考慮電線的體型系數(shù)、與風(fēng)速大小有關(guān)的風(fēng)壓不均勻系數(shù)、與電壓等級和風(fēng)速大小有關(guān)的風(fēng)載調(diào)正系數(shù)、與電線平均高度有關(guān)的風(fēng)速高度變化系數(shù)以及桿塔水平檔距等影響。為了便于分析計算,本計算式忽略風(fēng)向與導(dǎo)線軸向間的夾角、與電壓等級和風(fēng)速大小有關(guān)的風(fēng)載調(diào)正系數(shù)。

        (1)導(dǎo)地線風(fēng)壓計算公式:

        式中,Wx為垂直于導(dǎo)線及地線方向的水平風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值;α為風(fēng)壓不均勻系數(shù);Wo為基準(zhǔn)風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值;μz為基準(zhǔn)高度為10 m的風(fēng)壓高度變化系數(shù);μsc為導(dǎo)地線體型系數(shù);βc為導(dǎo)地線風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù);d為導(dǎo)地線的外徑或覆冰時的計算外徑;Lp為桿塔的水平檔距;B為覆冰時風(fēng)荷載增大系數(shù);θ為風(fēng)向與導(dǎo)地線方向之間的夾角。

        (2)絕緣子串風(fēng)壓計算公式:

        式中,Pr為絕緣子串風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值;Po為基準(zhǔn)風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值;Wo為基準(zhǔn)風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值;μz為風(fēng)壓高度變化系數(shù);B為覆冰時風(fēng)荷載增大系數(shù);AI為絕緣子串承受風(fēng)壓面積計算值;V為基準(zhǔn)高度為10 m的風(fēng)速。

        (3)軟跳線風(fēng)偏角計算公式:

        計算原理:

        如圖1所示,假設(shè)絕緣子串(不含重錘)的重量及所受風(fēng)壓分別為Gm及Pr,力的作用點(diǎn)位于串的中點(diǎn),重錘的重量和風(fēng)壓為Gc和Pc,導(dǎo)線的重量及風(fēng)壓為GV和PH,從受力平衡方程可得:

        圖1 跳線串風(fēng)偏受力示意圖

        (4)懸垂串風(fēng)偏角計算公式:

        式中,φ為懸垂絕緣子風(fēng)偏角;PI為懸垂絕緣子串風(fēng)壓;GI為懸垂絕緣子串重力;P為相應(yīng)于工頻電壓、操作過電壓、雷電過電壓及帶電作業(yè)風(fēng)速下的導(dǎo)線風(fēng)荷載;W1為導(dǎo)線自重力;lH為懸垂絕緣子串風(fēng)偏角計算用桿塔水平檔距;lv為懸垂絕緣子串風(fēng)偏角計算用桿塔垂直檔距;α為塔位高差系數(shù);T為相應(yīng)于工頻電壓、操作過電壓及雷電過電壓氣象條件下的導(dǎo)線張力。

        3 風(fēng)偏計算軟件的開發(fā)

        在上述計算方法的基礎(chǔ)上,開發(fā)了風(fēng)偏計算軟件,通過輸入氣象條件、導(dǎo)線結(jié)構(gòu)參數(shù)和使用張力、風(fēng)壓不均勻系數(shù)和跳線計算長度等參數(shù),可計算出耐張塔跳線串各種工況下的風(fēng)偏角(圖2);通過輸入氣象條件、導(dǎo)線結(jié)構(gòu)參數(shù)和使用張力、直線塔高度和直線塔實(shí)際使用條件等參數(shù),可計算出直線塔懸垂串各種工況下的風(fēng)偏角(圖3)。通過與桿塔設(shè)計時的角度進(jìn)行對比,可評估鐵塔實(shí)際的抗風(fēng)能力。

        圖2 跳線串風(fēng)偏計算實(shí)例

        圖3 懸垂串風(fēng)偏計算實(shí)例

        4 結(jié)語

        通過開發(fā)鐵塔風(fēng)偏計算軟件,評估鐵塔實(shí)際抗風(fēng)能力,可找出線路的薄弱環(huán)節(jié),從而為升級改造提供參考。

        [1]張殿生.電力工程高壓送電線路設(shè)計手冊[M].2版.北京:中國電力出版社,2003.

        [2]鄭佳艷.動態(tài)風(fēng)作用下懸垂絕緣子串風(fēng)偏計算研究[D].重慶:重慶大學(xué),2006.

        [3]肖東坡.500 k V輸電線路風(fēng)偏故障分析及對策[J].電網(wǎng)技術(shù),2009,33(5):99-102.

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