500kV输电线路风偏闪络思路探索

2014-12-11杜毅

中国科技纵横 2014年24期

关键词：风偏塔杆闪络

杜毅

(国网四川省电力公司检修公司,四川成都 610000)

500kV输电线路风偏闪络思路探索

杜毅

(国网四川省电力公司检修公司,四川成都 610000)

近年来,某个超高压输电公司发生了多次输电线路风偏闪络故障,为了查清楚故障的原因,文章对于500kV输电线路的风偏闪络进行了探索和分析,同时为类似故障的发生提供了相关的防范措施。

输电线路风偏闪络塔头尺寸垂直荷重闪络相

在线路的安全运行中,由于风偏放电造成的输电线路的安全问题时有发生,与雷击相比,其引起的跳闸情况,重合的成功率是很低的,风偏跳闸一旦发生,那么线路停运的几率就是很大的,特别是500kV的骨干线路,这样的事故一旦发生,就会引起大面积的停电,大大降低供电的可靠性。

1 对于风害故障的统计分析

某超高压输电公司,其输电线路西起广西的某县城,东至玉林市,其长度为500km左右,地理环境多为丘陵地区、石山区、森林地带、高海拔地区、大山区。所属地区是典型的亚热带气候,主要受季风气候的影响,夏季盛行偏南风、冬季盛行偏北风。在高山区,年平均风速不低于5.5m/s,年平均风功率密度在200W/m2以上。自这一线路投产以来,就引起了多次导线对铁塔塔身、树木的放电事故。由于这一500kV输电线路大多位于山区,山区的地形复杂,山坡跌宕起伏,海拔高度也是蜿蜒起伏。线路从这些复杂地形经过,往往由于山谷间形成的微型龙卷风,造成导线的卷起或丢甩,导线大幅度的摆动致使塔身的放电事故,所以风口汇集处,是避免风偏故障的有利地势。(1)风偏故障时,造成重合不成功的主要原因是持续较长的大风时间,大于重合闸装置整定的最大时间。由此可见,如果塔杆发生风偏事故,大部分跳闸都不能重合成功,这样就会造成严重线路送电问题,甚至会对电网的运行造成灾害性的破坏;(2)对于雷击闪络的杆塔类型分析,杆塔基数比例非常小的直线转角塔也会发生风偏事故,这种情况是非常罕见的,主要原因是导线在直线转角塔转角后,引起绝缘子串偏向塔身,减小导线对塔身的距离,这样风偏事故就很容易发生了;(3)对于闪络相的特征分析,几次事故都发生在塔杆的边相,那么,500kV输电线路的边相是最容易遭到风偏故障的,这主要是由于边相的绝缘子风偏角度摆动的太大引起的线路跳闸故障;(4)在多次风偏闪络故障中,有2次风偏闪络相为高山地形,塔杆的海拔高度均超过450m,对面就是大山谷,事故发生率高达60%多,尤其四周是丘陵地带的高山地带多为闪络相的地形。

图1 500kV马百线315号塔C相风偏闪络局部示意图

2 典型风偏跳闸及风偏计算方法的探索

2.1 典型风偏跳闸

在夏季的暴风雨天气,某500kV马百C相,突然发生瞬时的接地故障,重合闸没有成功,经过仔细检测后,发现了一处放电熔点,位于铁塔左侧面的前侧柱的同一水平线的小水平铁上,这一熔点在距离导线横担水平面上还有一处长32mm、宽10mm左右的放电烧伤痕迹。314号、315号、316号塔位于高山的顶部,315号与316号高度相差较大,且为负高差,具体见表1。

2.2 500kV输电线路风偏闪络的计算方法

目前,在我国输电线路的设计过程中,防止风偏闪络的标准和手段就是计算方法,主要从以下几点来讲:(1)风压力的计算方法,在这里只是表明风压力对于绝缘子和导线的作用,并未给出详尽的计算全过程。多年以来,很多单位都采用风偏摇摆角的计算方法,不涉及规程的约束力,此方法是由前苏联引进的,风压不均匀的原始系数选取0.75。我国在20世纪80年代末期做了修改,选取0.61,同时也对最小安全净距等相关参数进行了修改;(2)为了使工程上的应用更为简化,采用了一些数学物理方面的假设条件,比如标准设计风速定义为:10min、对地高20m、30年一遇的平均风速。由此可以看出,在10min以内,即使是30年一遇的大风也是不均匀的,因此定义时忽略了10min之内的瞬时风的作用,这种假设有点偏差;(3)有的资料虽然给出了风压力的计算公式,但没有对风压力的力学性质进行定义。在使用风压力计算摇摆角时,需要将风压力看作静态力,最大风偏摇摆角是在风压力与导线及绝缘子的自重,在静力下达到平衡时取得。那么就会有两个问题存在:风速变化不可能是在无风缓慢的状态下,所以在10min之内,风压力绝不可能是静态力;即便把风压力当做静态力使用,依据物理学的单摆原理,在摇摆过程中外力达到静力平衡状态时,但是摇摆过程其实并没有结束,此时摇摆角也没有达到最大值。因此这种假设考虑也不合理;(4)有的参考文献的资料显示,是风压力在大档距导线上不均匀作用及等效作用力减小的基础上得出计算公式的,因此“风压力不均匀系数”被引进了,现阶段对于直线塔该系数取值为0.61,这是将风压力打了很多折扣,这种假设也是不可取的,有些冒进;(5)近期有资料显示,将导线和绝缘子偏移投影后,再假设为刚体,进而得出计算方法,这种方法是将是将两者的连接点当做是可以旋转的接点,没有任何阻力的情况下,但是这种假设处理是过于保守的。

3 故障原因探索

根据大量有关的测量数据以及设计图纸等资料的显示,根据比例要求严格汇出计算图,如图1所示。

图1中,按照最短间隙路径放电绘图;图中距离单位均为mm,1455mm是由1230mm加上子导线间距的一半225mm所得,第二放电点位置也是由此得出的数据。绝缘子串上挂点与下子导线的总长为L:

由图1看出,第一次放电时,绝缘子串的摇摆角度为 α1=650,此时位置相对比较低;第二次放电时,绝缘子串的摇摆角为 α2=710,此时的位置比较高。当风速为30m/s时,可以经过计算得到摇摆角的度数为59°,此时,导线相当于塔杆的最小间隙为1566mm,符合设计的要求。风速过大是造成风偏故障的主要原因,线路设计的最大承受风速是30m/s。风偏故障中,塔杆所处的地理位置的类似特点为连续3基以上塔杆,中间那基塔杆的横担位置点位于相邻塔杆联线的下侧且处于迎风侧,大山谷或空旷地带。正是这种地形造成了风偏故障的发生,为防止类似故障的发生,预防措施推荐为:(1)增加垂直荷重或增大塔头尺寸,减少风偏,可以治理大风引起的工频空气间隙击穿。增加垂直荷重,即就是在绝缘子串的导线端,加上一定数量的重锤片以增加线路的垂直荷载,这是一种很容易的操作防风偏措施;增加塔高尺寸,这样需要长时间的停电,来对塔杆进行改造,短时是很难实现的;(2)在500kV输电线路的沿线,加强微气象区的调查以及对旋风的观测,大量积累相关气象经验,这样会为风害提供相应的依据和基础数据。(3)现行输电线路的设计规程为:500kV线路所承受的最大风速是距地面20m处的最大平均风速。所以,在确定最大基本风速之前,必须对风速的进行分析、统计、选用。(4)在新建线路时,对于设计单位对原始数据的收集工作要进一步细化,对于山区的局部地区要进行实地考察和分析,在线路的设计标准上要充分考虑局部地区气候的影响。在塔杆设计的过程中,要保留足够的裕度,减少在恶劣天气时,线路出现跳闸的可能性。