宋宏图

（国网山西省电力公司晋中供电公司，山西 晋中 030600）

引言

根据《国家电网有限公司2020年暨十三五输电线路运行情况分析》，风偏故障在导致500 kV及以上线路故障停运的原因中占总数的24.3%，是仅次于外力破坏造成故障停运的最主要原因。根据山西晋中地区的30年一遇的风区分布图及飑线风分布图可知，榆次区、平遥县和灵石县为较大风速区及飑线区，途经该区域的输电线路风偏闪络概率大，亟需进行风偏故障治理。而目前广泛使用的重锤法、牵制法等方法存在治理效果有限、不便于带电作业等缺点。新型隔离拉索法存在不稳定、需现场加工等缺点，不便于推广使用。

1 风的种类及风偏故障机理

风产生于由太阳辐射热引起的空气流动，由于风速大小、风向、湿度及地域的不同，会产生许多类型的风。如阵风、台风、龙卷风、山谷风、季风、冰川风和飑线风等。其中，对架空输电线路造成危害的主要是台风、飑线风、龙卷风和地方性风等。

台风是由热带气旋不断加强形成的，主要发生在东南沿海。飑线风是由若干雷云单体排列形成的一条狭长雷暴雨带，水平长度大约几十到几百千米，宽度约为一到几千米，持续时间约几十分钟到十几小时。龙卷风是大气中最强的漩涡现象，是一种极强烈而威猛的旋风。地方性风则是由于特殊的地理位置、地形等影响而产生的带有地方性特征的风系，主要包括山谷风、布拉风和峡谷风等。

发生线路风偏闪络的直接原因是在大气环境中出现的各种不利气象条件，造成空气间隙减小，当间隙的电气强度不能承受系统运行电压时，就会发生击穿放电。在强风或飑线风的作用下，绝缘子串向杆塔方向倾斜，减小了导线与杆塔的空气间隙，当距离不能满足绝缘强度要求时，就会发生放电。由于强风时常伴有暴雨及冰雹，在强风作用下，暴雨会沿着风向形成定向性的间断型水线，当水线方向与放电途径方向相同时，导线与杆塔间隙的工频放电电压会进一步降低，增大了风偏闪络的概率[1]。

2 风偏校验

近几年来，由于运行线路的玻璃或瓷质绝缘子更换为复合绝缘子，复合绝缘子较玻璃或瓷质绝缘子轻，风偏角增大。因此，在使用前须做好风偏角和空气间隙的校核[2]。

绝缘子串的风偏角计算式如下：

式中：θ为悬垂绝缘子串风偏角；G1为悬垂绝缘子串自重，N；Lh为杆塔水平档距，m；Lv为杆塔垂直档距，m；W为导线自重力，N/m；P为导线风荷载，N/m；P1为悬垂绝缘子串风压，N；P1=9.81A1V2/16，V为计算时所用风速，m/s；A1为绝缘子串受风面积，m2，单盘径为255 mm的绝缘子每片取0.2 m2，大盘径及双盘径者取0.3 m2，金具零件受风面积取每串0.05 m2，双联绝缘子串的受风面积取单联的1.5～2.0倍。

式中：A为风速不均匀系数，当v≤10 m/s时，取1，当10 m/s＜v≤15 m/s时，取0.75，当v＞15 m/s时，取0.61；D为导线直径，mm；B为电线体型系数，当D＜17 mm时，取1.2，当D≥17 mm时，取1.1。

防风偏校验时应将基本风速折算到导线平均高度后再进行风偏验算。1 000 kV、±800 kV线路下导线平均高度取30 m，500 kV线路下导线平均高度取20 m，220 kV线路下导线平均高度取15m，由此分别推算下、中、上导线校验风速。1 000 kV风偏校验间隙，工频净空距离3 300 mm，瓶口弧垂（平地为450 mm、山地为800 mm）、杆塔厚度为300 mm。±800 kV校验间隙，工频净空距离为2 500 mm、瓶口弧垂（平地450为mm、山地为800 mm）、杆塔厚度为300 mm。500 kV风偏校验间隙，工频净空距离为1 300 mm，瓶口弧垂（平地为400mm、山地为600mm）、杆塔厚度为150mm。220 kV校验间隙，工频净空距离为550 mm、瓶口弧垂（平地为300mm、山地为500mm）、杆塔厚度为150mm。瓶口弧垂应加到悬垂绝缘子串长后绘制间隙圆，进行风偏校验。在发生风偏放电期间，气象资料给出的风速数据与反推出的风速数据有一定的出入，考虑到气象观测站一般均设在城郊结合部，且所测数据为距地10 m高度的风速数据，而导线，绝缘子的悬挂高度一般为20～30 m，根据设计规程，其风速应乘以对应的高度增加系数。

3 三角支撑防风偏装置研究

目前广泛使用的重锤法、牵制法等方法存在治理效果有限、不便于带电作业等缺点。现有隔离中相推荐使用垂直拉索，下相推荐使用斜拉索，一侧与绝缘子串铁塔端挂点材连接，一侧与铁塔塔身角钢主材连接。金具连接采用专用夹具+球头挂环+复合绝缘子（2支）+碗头挂板+U型挂环+钢绞线+花篮螺栓+专用夹具。拉索法存在不稳定、需现场加工等缺点，不便于推广使用。

输电线路三角支撑防风偏装置原理是在距杆塔有效风偏防范安全距离处安装一个绝缘阻挡限位装置，在大风等恶劣天气下利用该装置阻挡导线，避免导线距杆塔过近发生风偏故障。三角支撑防风偏方法在杆塔横担下层面处加装竖直悬垂绝缘串用以阻挡因大风作用而向内侧偏移，两绝缘子连接处加装碗头护套以防止弹簧销受压脱出，在塔身边侧加装两串悬垂绝缘串与塔身呈水平三角形，用以稳定支撑竖直悬垂绝缘子串。该装置由竖直限位串、三角支撑串和连接部分组成。其中，竖直绝缘子串采用两串悬垂绝缘子连接，需注意导线与绝缘子金具部分的距离，避免金具进入雷电过电压间隙圆。绝缘子与塔身、塔头连接采用自制金具，避免因在塔身打孔而降低塔身物理强度的不良后果，减少装置安装对输电杆塔本身的伤害[3-5]。

1）竖直限位串由自设计塔头连接金具、直角挂板、球头挂环、110 kV及220 kV复合悬式棒形绝缘子各1串组成。

2）三角支撑串由自设计塔身连接金具、双联碗头挂板和2串220 kV复合悬式棒形绝缘子组成。

3）连接部分由双联碗头挂板、联板、直角挂板、球头挂环、球头防脱罩和碗头防脱罩等组成。

以ZM塔为例，防风偏配件明细如表1所示。

表1 ZM塔防风偏配件明细

4 结语

目前该装置已在220 kV小东ⅠⅡ线、北东Ⅱ线和东顺线等线路，ZM1、LV塔、水泥杆及双回路塔等不同塔型共计80余基杆塔上得到应用，取得了很好的经济效益和社会效益。大风期后进行观察，防风偏故障效果显著。水平呈三角形，整体呈四面体稳定结构，可有效防止风偏故障，长期可靠性能优异。可利用退运复合绝缘子，实现废物利用，降低成本的同时又有助于环保。可带电安装，对设备电气性能无影响，无需退运重合闸，便于大规模推广应用。