趙亞寧，王欣偉

（國網(wǎng)山西省電力公司電力科學研究院，山西太原 030001）

0 引言

為防止山西電網(wǎng)輸電線路發(fā)生大面積風偏跳閘事故，保障電網(wǎng)的安全運行，有必要依據(jù)大風對架空輸電線路的影響研究風區(qū)分布，指導輸電線路的規(guī)劃、設計、施工、生產(chǎn)、運行和維護。結合山西省地形地貌、氣象條件等因素，對各供電公司運維的架空輸電線路風偏跳閘情況進行整理分析，為風偏分布研究提供可靠依據(jù)。

1 輸電線路風偏跳閘情況分析

山西省近10年來共發(fā)生220 kV及以上輸電線路數(shù)十次風閃，主干電網(wǎng)每年都有風閃跳閘或風閃事故發(fā)生，尤其是在連續(xù)惡劣的氣象條件下曾發(fā)生幾次連續(xù)多次的風閃跳閘。

統(tǒng)計表明，山西電網(wǎng)輸電線路常見風偏故障有以下幾種類型。

a）耐張塔跳線風偏。對于“干字型”鐵塔，風偏故障絕大多數(shù)發(fā)生在中相跳線串，原因是“干字型”鐵塔耐張中相跳線串，受線路橫向正面風壓時，絕緣子串對塔身風偏距離是安全的；順線路正面或斜側面方向受風壓時，跳線對塔身風偏距離就嚴重不足，易導致放電跳閘。

b）直線桿塔導線對塔身或橫擔放電。此種情況經(jīng)常發(fā)生在ZM1、LV1型鐵塔，原因是它們的空氣間隙較小，絕緣子在大風作用下風偏角大于30°時，空氣間隙不能滿足運行條件要求，引起線路跳閘，加上當時風速未變，所以重合成功的較少[1]。

c）導線對鄰近物體（樹木、邊坡、建筑物、鄰近桿塔）放電或是導地線間放電。由于處于大風區(qū)的輸電線路擋距較大，在受到正面方向大風的影響下，向外舞動，造成對通道內(nèi)其他物體放電，或是上下舞動造成導線、地線間放電。

2 山西地區(qū)風分布特征

地面風不僅受氣壓場分布的支配，而且在很大程度上受地形與地勢的影響，山隘和海峽能改變氣流運行的方向并使風力加大；而丘陵、山地因摩擦加大使風速減小；山頂和高原地區(qū)摩擦小風速加大。因此，風速和風向的時空分布較為復雜。

山西地區(qū)存在數(shù)量很多的風口區(qū)域，大同市區(qū)、朔州市區(qū)、平魯區(qū)、右玉縣、五臺縣、寧武縣、神池縣、石樓縣、中陽縣、古交市、平定縣、蒲縣，運城鹽湖區(qū)、晉城的東溝及陽城等地，都是山西的風口區(qū)域。

山西省是典型的季風氣候，冬夏受屬性不同的氣流控制，產(chǎn)生明顯的季節(jié)風，盛行風向交替變更。由于地形起伏不平，受局地小氣候影響，導致了年、季、月、日的風向紊亂，但從總體趨勢看，受季風影響，冬半年偏西、偏北風居多，夏半年偏東、偏南風居多。由于地勢起伏較大，低層氣流活動受到較大的阻力，各地的風速要比同緯度的河北平原偏小，出現(xiàn)靜風的機會較多，全省年平均風速為2～4 m/s。由于地形復雜，受地形影響形成多處局部微氣象區(qū)，氣象條件特殊，每年5月—7月是風偏故障的高發(fā)季節(jié)，應加以重視，劃分風偏等級時應充分結合當?shù)氐倪\行經(jīng)驗[2]。

3 風區(qū)分布分析

風區(qū)分布研究所選用的資料是山西省109個氣象站歷年最大風速資料。資料時間長度為建站始至2015年的近30年氣象數(shù)據(jù)。由于觀測時次、儀器的改變，測站環(huán)境變化或站址遷移等原因，使記錄的代表性和可比性受到影響。為使計算出來的最大風速具有科學性和合理性，統(tǒng)計所使用的資料必須屬于同一序列，因此在使用資料之前，首先對資料進行一致性訂正。

3.1 時次換算

對風區(qū)分布進行統(tǒng)計時，應采用10 min平均最大風速（自記風），自記風資料較短不能滿足統(tǒng)計計算要求的風速資料時，需要進行時次換算，要將2 min平均最大風速（定時風）換算為10 min平均最大風速，以達到分析要求。

山西省自記風速達到30年以上的站點共有59個，未達到30年以上的站點為50個。目前各氣象站均有自記風觀測，因此利用各氣象站自記風和相應時次的定時風觀測記錄，建立各氣象站定時風和自記風的轉換關系。轉換關系采用線性回歸，回歸方程為y=ax+b（其中：y為10 min自記風序列，x為 2 min定時風序列，a、b為回歸系數(shù)）。通過各自的回歸方程，建立各氣象站歷年10 min平均最大風速序列。

3.2 高度修訂

風速統(tǒng)計時需要離地高度為10 m處的風速，因此需將各氣象站的最大風速值訂正到離地10 m高處的最大風速值。換算公式為

其中，z為風速儀實際高度，m；vz為風速儀觀測風速，m/s；a為空曠平坦地區(qū)粗糙度指數(shù)，取0.16。

風速的年最大值采用極值I型的概率分布，其分布函數(shù)為

F（x）=exp｛-exp[-α（x-u）]｝

其中，u為分布的位置參數(shù)，即分布的眾值；α為分布的尺度參數(shù)。

當觀測期n→∞時，分布參數(shù)與均值μ和標準差σ的關系式為

當有限樣本的均值x和統(tǒng)計樣本均方差s作為μ和σ的近似估計時，取

其中，C1和C2由n年觀測期下的Zi確定，表1為實際觀測數(shù)量值。

表1 n個觀測值時參數(shù)C1和C2值

因此，重現(xiàn)期為T的最大風速確定為

由于基本風速取值時考慮《110～750 kV架空輸電線路設計規(guī)范》中基本風速的要求，110 kV線路的基本設計風速不應小于23.5 m/s。因此，對山西基本風速不足23.5 m/s的區(qū)域，統(tǒng)一按23.5 m/s進行要求。

3.3 運行經(jīng)驗修正后的風區(qū)分布

結合多年風偏桿塔附近氣象臺站數(shù)據(jù)和運行經(jīng)驗，對故障桿塔區(qū)域進行調(diào)整，得到最終山西電網(wǎng)風區(qū)分布劃分。

北部主要風區(qū)：朔州右玉縣，兩側地勢較高，中間較低；大同市區(qū)，東側地勢平坦，西側地勢漸起；忻州神池縣和朔州市區(qū)，位于管岑山和蘆芽山交匯處；忻州繁峙縣與五臺縣，位于五臺山；忻州岢嵐縣。

中部主要風區(qū)：太原古交市，位于汾河水庫下游，兩側山勢較高；陽泉平定縣，東部海拔較低，西面臨山，地勢起伏較大；呂梁交口縣，位于呂梁山中，海拔高度在2 000 m左右；呂梁中陽縣北部，北部、東部、南部被呂梁山包圍，西部地勢漸漸走低。

南部主要風區(qū)：臨汾蒲縣，東、北部為呂梁山，南部為火焰山，西部地勢漸趨平緩；晉城陽城縣，沁河流經(jīng)此處，海拔高度0～1 000 m，地勢起伏較大；運城市東部，位于中天山南麓；晉城市。

山西電網(wǎng)風區(qū)分布（30年一遇）：風速23.5 m/s區(qū)域占83.436%，風速25 m/s區(qū)域占11.703%，風速27 m/s區(qū)域占 3.34%，風速 29 m/s區(qū)域占0.930%，風速31 m/s區(qū)域占0.543%，風速33 m/s區(qū)域占0.049%。

山西電網(wǎng)風區(qū)分布（50年一遇）：風速23.5 m/s區(qū)域占70.731%，風速25 m/s區(qū)域占19.287%，風速27 m/s區(qū)域占 6.962%，風速 29 m/s區(qū)域占2.041%，風速31 m/s區(qū)域占0.912%，風速33 m/s區(qū)域占0.068%。

山西電網(wǎng)風區(qū)分布（100年一遇）：風速23.5 m/s區(qū)域占38.469%，風速25 m/s區(qū)域占32.730%，風速27 m/s區(qū)域占 21.861%，風速 29 m/s區(qū)域占4.211%，風速31 m/s區(qū)域占2.003%，風速33 m/s區(qū)域占0.726%。

4 輸電線路防風偏措施

根據(jù)山西電網(wǎng)風區(qū)分布，輸電線路運維單位可以采取多種措施提前預防，提升輸電線路防風偏的本質(zhì)安全水平。

4.1 一般原則

a）輸電線路新建和改擴建時，其絕緣配置的改造和調(diào)整，應依據(jù)所在地的風區(qū)分布進行適當選擇；尤其對局地微氣象區(qū)、強風（風速大于30 m/s）區(qū)等特殊區(qū)域處的新建線路，要細致調(diào)查設計；對微氣象區(qū)特征明顯，颮線風頻發(fā)地帶，應考慮最不利的氣象條件組合，設計時留有適當?shù)脑６萚3]。

b）對特殊區(qū)域輸電線路應按風區(qū)分布設計所要求的絕緣子配置進行調(diào)整，受各種條件限制不能調(diào)整的應有明確的防風偏措施，可采取縮小擋距或增加絕緣小橫擔的方式。

c）線路走向和路徑應合理選擇，盡量避免擋距大、高差大、臨擋擋距相差懸殊等情況；通過山嶺地帶沿背風坡走線時，應采取相應防風偏措施；山區(qū)線路設計應差異化選擇，考慮常規(guī)線路和緊湊型線路相結合，不宜單獨選用緊湊型線路設計，避免給今后運行留下隱患。

4.2 技術措施

a）平行線路設計時，相鄰線路應開展風偏校核，并不得小于導線的最大弧垂；同塔多回路如果采用差絕緣配置，上風側應為絕緣子串相對較短的一側；耐張桿塔跳線串采用復合絕緣子配置時，應綜合考慮線路的防風偏性能。

b）線路設計時，應避免在面向導線側的桿塔上安裝腳釘（即使腳釘方向平行于導線），同時在懸垂線夾附近導線上也應盡量避免安裝其他突出物（如防震錘）。

c）易產(chǎn)生強風的微地形或特殊氣象區(qū)，不應用易發(fā)生風偏的“貓頭型”塔（導線三角排列）和各塔型的1系列塔。

d）跳線設計中要有嚴格的控制條件，施工時在滿足設計條件下盡量縮短耐張塔引流線長度，繞跳線采用硬跳線或增加跳線串絕緣子并加掛懸重錘。

4.3 運行線路防范措施 [4]

a）運維中應重視微地形區(qū)、微氣象區(qū)域，為便于掌握實際氣象條件，在典型風口、頻繁發(fā)生風偏的區(qū)域可安裝風速、風向等在線監(jiān)測裝置進行相應記錄。對強風多發(fā)地帶，直線塔的三相導線均應采用V型串懸掛，對直線塔懸垂絕緣子串加裝重錘，對大于10°的耐張塔外角應掛裝跳線串，必要時可加掛重錘。

b）運維單位負責對輸電線路所有桿塔進行風偏校驗，涉及復雜線段、桿塔應請設計部門協(xié)助校驗，編制風偏校驗報告，對不滿足要求的提出防風偏改造措施及落實時間，經(jīng)有關部門審查后盡快實施。

c）惡劣天氣、大負荷期間應安排特巡，對線路兩側特別是擋距中央、弛度最低點與附近異物（懸崖、山坡、樹木、建筑物等）的距離進行測量，按最高氣溫情況下的最大弧垂及最大風偏進行計算，不滿足運行要求的，要及時采取措施。

d）開展強風后輸電線路連接金具隱性缺陷檢查，對發(fā)生變形、裂紋的，及時進行更換。防污閃改造更換復合絕緣子時，應先進行風偏校驗，不滿足要求的應采取加裝重錘等防風偏措施。

5 結束語

綜上所述，山西電網(wǎng)的風區(qū)分布適用于山西電網(wǎng)110～1 000 kV輸電設備的新建、擴建、改建，110 kV以下輸電設備也可參照執(zhí)行。

隨著大環(huán)境和局部氣象的變化，輸電線路所處風區(qū)環(huán)境也相應變化，應注重輸電線路風偏有關資料的收集、分析，及時更新完善風區(qū)分布，進行相應的局部調(diào)整和修訂工作，確保風區(qū)與實際運行情況保持一致。