吳 睿，黃 健，葉 超

(中國能源建設集團安徽省電力設計院有限公司，安徽 合肥 230601)

一種用于輸電線路的防風偏柔性控制裝置

吳 睿，黃 健，葉 超

(中國能源建設集團安徽省電力設計院有限公司，安徽 合肥 230601)

本文介紹的防風偏柔性控制裝置是一種抑制架空輸電線路直線塔導線懸垂絕緣子串風偏，避免導致電氣間隙不夠而引起跳閘事故的控制裝置。通過對其構(gòu)件組成及工作原理的描述，可知該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、效果顯著、成本低廉的特點，是一種切實可行的線路防風偏措施。

輸電線路；風偏；柔性控制；颮線風。

近年來，隨著環(huán)境氣候的持續(xù)變化，極端局部強對流天氣在我省境內(nèi)時有出現(xiàn)，多次造成輸電線路風偏跳閘事故，對電網(wǎng)安全運行造成一定的影響。歷次風偏跳閘分析結(jié)果表明，線路大多是在局部颮線風作用下發(fā)生工頻閃絡。颮線風是一種在雷雨季節(jié)出現(xiàn)的天氣現(xiàn)象，其特點是范圍小，持續(xù)時間短，破壞力強，氣象臺站往往沒有直接觀測記錄，加之上述風偏跳閘的同時并未發(fā)生桿塔結(jié)構(gòu)破壞事故，故直接提高線路設計基本風速的支撐性依據(jù)不足。因此，如何解決已投運線路風偏跳閘問題是運行及設計單位面臨的課題。

1 常規(guī)防風偏措施

目前，國內(nèi)常用的輸電線路防風偏措施有以下幾種：加裝重錘、更換橫擔、更換桿塔，各種措施的優(yōu)缺點大致如下。

1.1 加裝重錘

在直線塔懸垂絕緣子串上加裝重錘是一種較為常用的防風偏治理措施，通過增加絕緣子串的重量，減小導線在大風情況下的偏移，該措施的優(yōu)點是簡單易行，施工方便，缺點是配重有限，抑制導線風偏的效果不是很好。例如，對于使用4分裂LJG－400/35導線的500kV線路，即使在改用雙聯(lián)懸垂串的情況下，最大配重也只能達到480kg(24片重錘)，大約僅相當于導線垂直荷載的16%，故效果有限。導線規(guī)格越大，分裂數(shù)越多，加裝重錘抑制風偏的效果越差。

對于220kV及以下電壓等級的線路而言，由于懸垂絕緣子串上沒有500kV線路上的懸垂聯(lián)板，加裝重錘只能通過加掛重錘座的方式，相當于增加了串長，從而減小了空氣間隙，對線路運行可能產(chǎn)生不利影響，因此，在220kV及以下線路上加裝重錘受到更多限制。

1.2 更換橫擔

對原有鐵塔進行導線橫擔加長改造也是一種治理風偏的措施，該措施的優(yōu)點是直接費用不高，效果也不錯，缺點是改造施工停電時間長，防雷保護角變大，抗斷線荷載能力降低等。

1.3 更換桿塔

將原線路“I”串鐵塔更換為三相“V”串鐵塔的方式應該說是最徹底有效的治理措施，但如大范圍進行更換，則費用太大，施工工期長，因此，只能局部使用。

我公司經(jīng)反復分析比較，創(chuàng)新提出在原線路上加裝“防風偏柔性控制裝置”的治理方案，該裝置無需改變桿塔結(jié)構(gòu)，可直接在導線水平排列的單回路導線絕緣子串下端加裝，是一種切實可行、防風偏效果好的治理方案。

2 組件構(gòu)成

防風偏柔性控制裝置由下拉絕緣子串、拉線和控制裝置等三部分組件構(gòu)成。

下拉絕緣子串采用復合絕緣子，上端通過U型掛環(huán)與懸垂串聯(lián)板連接，下端通過NUT型線夾與拉線連接。

拉線采用鍍鋅鋼絞線，上端由NUT型線夾與下拉絕緣子串連接，下端由NUT型線夾與拉棒連接。

控制裝置由底座、荷重塊、支撐架、護筒、橫撐等構(gòu)件組成，起到控制導線懸垂絕緣子串最大風偏角的作用，見圖1。底座和荷重塊均可采用混凝土預制，其中荷重塊底部距地保持一定距離，底座直接安放在平整的地面上。其余構(gòu)件均采用 及以上鋼材，并熱浸鍍鋅。

圖1 控制裝置組裝圖

3 工作原理

防風偏柔性控制裝置是通過合理設置拉線允許活動范圍、控制裝置總重，使得該裝置既能起到控制導線絕緣子串最大風偏角的作用，又能避免拉線系統(tǒng)產(chǎn)生的附加荷載過大，造成導線橫擔破壞。

無風時，由于拉棒下端荷重塊的作用，拉棒和上部的拉線等均垂直于地面。

有風時，風荷載作用于導線系統(tǒng)，拉線產(chǎn)生向上拉力，荷重塊向上運動，導線懸垂絕緣子串產(chǎn)生偏移。風荷載加大，偏移量隨之加大，當偏移量達到控制值時，制動板與護筒底部相碰，此時，底座的重量開始作用在拉線上，阻止絕緣子串繼續(xù)偏移。當風力減小或停止時，拉棒和拉線在荷重塊的重力作用下恢復原位。當風速超過某一數(shù)值時，導致拉力大于整個控制裝置的重力，控制裝置將發(fā)生位移，使得拉線系統(tǒng)附加荷載不再增大，以避免對鐵塔橫擔造成破壞。

3.1 制動板與護筒底端距離(“拉線允許活動范圍”)

如拉線與地面直接固定，則在風荷載作用下，由于導線絕緣子串無法產(chǎn)生偏移，導線系統(tǒng)和拉線系統(tǒng)均不能產(chǎn)生水平力來平衡水平風荷載，理論上講，絕緣子串和拉線受力將趨向無窮大。因此，在大風情況下，必須允許導線懸垂絕緣子串產(chǎn)生一定的風偏角α，見圖2，使得導線系統(tǒng)能夠產(chǎn)生水平力來平衡水平風荷載，不足部分再由拉線系統(tǒng)承擔。控制風偏角α取值過小，水平風荷載將主要由拉線系統(tǒng)來平衡，拉線系統(tǒng)產(chǎn)生的附加荷載很大，可能危及導線橫擔安全。

在裝置設計中，通過計算，合理確定拉線允許活動范圍，從而確定控制風偏角α。具體實現(xiàn)方法為在拉棒上設置制動板，制動板與護筒底端的距離即為拉線允許活動范圍，見圖1。

根據(jù)余弦定理，可計算出拉線允許活動范圍，即調(diào)節(jié)長度，計算公式如下：

式中：H為導線橫擔高度(m)；λ為懸垂絕緣子串長度 (m)；α為控制風偏角 (° )； ΔL為拉線允許活動范圍(m)。

例如，我省境內(nèi)500kV平肥5302線上所用拉線“V”型塔，其導線橫擔高度H為33.0 m，懸垂絕緣子串長度λ為5.0 m。通過作圖法可得出，其最大允許風偏角為41.0°，控制風偏角α應小于導線懸垂串最大允許風偏角，并留有一定裕度，如取為30°，通過計算，拉線允許活動范圍，即調(diào)節(jié)長度 為0.78 m。

圖2 靜止、大風狀態(tài)絕緣子串及拉線位置

3.2 控制裝置配重

控制裝置配重的原則：在大風作用下，既能最大限度地起到抑制導線懸垂絕緣子串風偏的作用，又能控制拉線系統(tǒng)附加荷載，保證不因附加荷載過大，危及導線橫擔結(jié)構(gòu)安全。

根據(jù)圖3作用力分解，可得出以下算式：

圖3 作用力分解圖

式中：F串為懸垂絕緣子串受力(N)；F拉線為拉線受力(N)；G導線為導線垂直荷重(N)；F大風為大風水平作用力(N)；α為控制風偏角 (° )；β為拉線偏角 (° )。

實際設計時，控制風偏角α為已知假定值，根據(jù)圖5可知，在橫擔高度H和懸垂絕緣子串長度λ確定的情況下，可求出拉線偏角β。F串不應超過橫擔結(jié)構(gòu)破壞強度，為另一假定控制值。G導線可根據(jù)具體線路導線參數(shù)和桿塔實際使用條件計算。因此，根據(jù)公式(2)可求出，F(xiàn)拉線和F大風，F(xiàn)拉線即為控制裝置的配重，根據(jù)F大風可反推出風速值，即控制裝置在達到該風速值時，將發(fā)生整體位移。

例如，500kV平肥5302線采用4分裂LGJQ－400輕型鋼芯鋁絞線，計算鐵塔橫擔高度H為33.0 m，懸垂絕緣子串長度λ為5.0 m，水平檔距為450 m，垂直檔距為500 m，當控制風偏角取30°時，拉線偏角β為4.98°，按導線橫擔荷載能力確定，F(xiàn)串取50000 N。經(jīng)計算，F(xiàn)拉線為15654 N，F(xiàn)大風為26364 N，即控制裝置總配重可取為1600 kg左右，當風速超過32.5 m/s(校核風壓不均勻系數(shù)取0.75)時，整個控制裝置將會被拉動；當風速達到55.4 m/s時，導線絕緣子串風偏角達到最大允許值41°，也就是說，該裝置理論抗風偏能力可達到55.4 m/s的水平。

4 適用范圍

該裝置是在我省單回500kV輸電線路中開發(fā)出來的一種新型防風偏控制裝置，通過一定的改進，同樣可以用于單回220kV線路中。但由于該裝置上端與導線懸垂絕緣子串相連接，下端置于地面，因此，不適用于導線垂直排列的雙回線路的中相和上相。

另外，由于該裝置放置于地面，線路運行人員需加強巡視，防止其遭外力破壞。

5 結(jié)論

本文提出了一種新型的線路防風偏柔性控制裝置，該裝置將配重設置在地面，因而能大幅度提高配重設計重量，使得其防風偏能力顯著提高；該裝置通過組合配重，巧妙地實現(xiàn)了抑制導線絕緣子串風偏和控制桿塔垂直荷載的完美結(jié)合；該裝置的主要配重(底座)只有在導線絕緣子串風偏角超過設定值時才對桿塔產(chǎn)生作用，在覆冰等垂直荷載較大的工況，并不額外增加桿塔垂直荷載，即利用合理的配重組合，可將荷載控制在原設計允許范圍內(nèi)，因此，增加該裝置并不影響桿塔結(jié)構(gòu)安全。

通過設置拉線組件的活動范圍、控制配重的總重等措施，使得該裝置既能起到控制導線絕緣子串最大風偏角的作用，又能避免拉線組件產(chǎn)生的附加荷載過大，造成導線橫擔損壞，是一種切實可行的線路防風偏措施。較常規(guī)的加裝重錘措施效果更為顯著，較直接更換橫擔或鐵塔的措施更為經(jīng)濟，且施工方便，停電時間短。

[1]張殿生.電力工程高壓送電線路設計手冊(第二版)[M].北京：中國電力出版社，2002.

[2]GB 50545—2010，110kV～750kV架空輸電線路設計規(guī)范[S].

A Flexible Control Device Preventing Wind for Transmission Line

WU Rui,HUANG Jian,YE Chao
(China Energy Engineering Group Anhui Electric Power Design Institute Co.,Ltd.,Hefei 230601,China)

This article described a flexible control equipment to restrain offset caused by gale. It is a device used for an overhead transmission line to suppress slant of hanging insulator strings on linear tower,and avoiding discharge accidents caused by insufficient clearance. By describing its member composition and working principle,we can see that the device has a simple structure and low cost,the effect is significant. It's a practical measure to restrain wind offset for transmission line.

transmission line; offset caused by gale; flexible control; squall wind.

TM75

A

1671-9913(2017)05-0049-04

2016-03-10

吳睿(1980- )，男，安徽人，高級工程師，從事電力線路設計工作。