（广东电网韶关供电局，广东韶关512026）

0 引言

在风荷载激励下，输电线路的导线、绝缘子串将产生风致振动，大幅度的风偏摆动减小电缆与杆塔、树木等之间的空气间隙，严重情况会产生放电现象，对输电线路安全运行造成较大风险[1-3]；另一方面导线、绝缘子的往复运动容易对绝缘子串、金具造成材料的疲劳破坏[4-7]。

因为风偏放电导致的跳闸，是风荷载较大，风偏致使最小空气间隙被超越的持续时间，通常远远大于重合闸操作时限，使得在重合闸操作时，导线与杆塔的间隙仍然小于空气间隙要求；同时，重合闸操作时，输电线路中出现操作过电压，远大于工频放电电压，导致影响更为严重的二次放电[8-12]。因此，针对性的分析绝缘子风偏特性的各个影响因素，对电力系统的安全运行和新建线路的防风偏设计具有重要的实际意义。

1 绝缘子串风偏角计算模型

在架空输电线路中，带电部分与杆塔构件之间必须保持足够的空气间隙值，需满足运行电压、操作过电压及雷电过电压工况下受不同风荷载的最小空气间隙。悬垂绝缘子串下端带电导线到杆塔构件最小空气间隙由风偏角来计算。依据静力平衡方程，计算风偏角的方法主要有弦多边形法、刚体直杆模型法[13-15]。对复合悬垂绝缘子串，可以用刚体直杆模型法来计算绝缘子风偏角，如图1所示。

图1 复合悬垂绝缘子串刚体直杆模型Fig.1 Rigid body straight rod model of composite suspension insulator string

由图1的悬垂绝缘子串静态受力模型可知，设绝缘子风偏角为ϕ，则，

式中，Fj是绝缘子串风载荷，N；Gd是导线垂直载荷，N；Gj是绝缘子串重力，N，lc是垂直档距，m；ϕ是悬垂绝缘子串风偏角，（°），Fd是垂直于导线的水平风载荷，N；ls是水平档距，m。

绝缘子串风载荷：

式中：n是绝缘子片数；sn是每片绝缘子受风面积，m2；v为导线上的风速，m/s；kz为高度变化系数；g为重力系数，N/kg。

垂直于导线方向的水平风载荷：

式中：ar是风压不均匀系数；d是导线直径，mm。

输电线路简化计算中，水平档距是用于计算水平荷载的档距、垂直档距是用于计算垂直荷载的档距，粗略的讲，水平档距大、垂直档距小的杆塔对应悬垂绝缘子串的水平荷载较大，垂直荷载较小，因此水平档距和垂直档距是影响悬垂绝缘子风偏角大小的重要因素。

2 绝缘子风偏特性影响因素分析

绝缘子风偏角的影响因素主要包括：导线基本参数、绝缘子基本参数、档距、以及外界风速等。在利用点式风速数据的计算中影响因素还包括：高度变化系数、风压不均匀系数、地形等因素的影响。

2.1 不同水平档距条件下风偏特性研究

为了充分研究不同水平档距下的风偏角的变化规律，控制除水平档距以外的其它参数不变，利用式（2）计算水平档距变化时风偏角的变化，如图2所示。

图2 不同水平档距条件下风偏角Fig.2 The wind deviation angle under different horizontal span

从图2可以看到，在其他条件一致的情况下，随着水平档距的增加，风偏角逐渐增大。

2.2 不同垂直档距条件下风偏特性研究

同样固定其他参量，调整垂直档距长度，计算风偏角的变化量，风速14m/s，如图3所示。

图3 不同垂直档距条件下风偏角Fig.3 The wind deflection angle under different vertical span

从图3可以看到，随着垂直档距的增加，风偏角呈快速减小趋势。输电线路在设计过程中，在平坦的地形（小垂直档距）环境中，通常为降低成本，采用较大跨度（大水平档距），风偏问题通常起决定性因素；在高低起伏较大的地形（小垂直档距）环境中，跨度小（水平档距小），垂直荷载通常起决定性。

2.3 不同风速条件下风偏特性研究

以某输电线路N12直线杆塔附近线路参数为例计算风速风向对绝缘子风偏特性的影响情况。N11-N13杆塔形成两档的耐张段，N12直线杆塔塔型为ZTA2164-45，呼高45 m，上相绝缘子串悬挂点距塔基高度45+8 m，塔基地面海拔68.58 m，周边地势较低点的海拔高度32.30 m，计算风荷载高度变化系数所用高度选用68.58+45+8-32.30 m，双联悬垂绝缘子串长度1 889-51 mm，重量35.75 kg，受风面积（1 889-51）×120×2 mm2。N12直线杆塔水平档距551 m，垂直档距379 m，线路的方向角为343.73°（正北方向角为0°，顺时针为正，与气象风向定义一致），导线采用LGJX-630/45，单位长度重量2.06 kg/m，外径33.6 mm，将参数带入式（1）～式（4），风速在0-70 m/s区间变化，风向角在0°-180°区间变化，计算其绝缘子风偏角绘图见图4。

图4 风速、风向与风偏角的关系Fig.4 The relationship between wind speed，wind direction and wind deflection angle

从图4至图5可以看到，当风向与线路方向一致时，风偏角为零；风向与线路方向垂直时，绝缘子风偏角最大；风向的影响区间较大，在垂直于线路约±60°区间内，在风速较大的情况下，绝缘子风偏角均较大；只有风向与线路夹角较小时，风偏角才较小。

图5 不同风向下风速与风偏角的关系Fig.5 The relationship between wind speed and winddeflection angle under different wind direction

2.4 风压不均匀系数对绝缘子风偏特性的影响

由上面计算模型，风压不均系数取不同的值时，风偏角变化如表1所示。

表1 不同风压不均匀系数下某一档距的风偏角Table 1 A span of the wind deflection angle at different pressure uniformity coefficient

中南电力设计院认为水平档距是影响风压不均匀系数的关键，建议α=0.5+60/ls，该取值得到了普遍的认可，风压不均匀系数随水平档距的增大而降低，取值见表2。

表2 不同水平档距的风压不均匀系数取值Table 2 Uneven air pressure coefficient value of different horizontal span

2.5 地形的影响

设计输电线路采用的风荷载，通常以该地区的气象台站多年观测统计得来，而气象站多设置在城区，输电线路多处在远离城市的区域，由气象站所观测到的风速历史数据需要进行修正。仍然以直线塔为例来分析不同地形对绝缘子风偏角的影响，图6所示为盆地谷地、平原以及及风口对悬垂绝缘子串风偏角的影响。

图6 地形对风偏角的影响（24 m/s）Fig.6 Influence of topography on wind deflection angle

从图6中可以看到，相同风速下盆地谷地绝缘子串风偏角最小，微地形风口处的绝缘子串风偏角最大，相对来说更易发生风偏闪络。研究发现坡度变化对绝缘子风偏的影响规律是，悬垂绝缘子串的风偏角随着坡度的增加而增大，但是增大到一定程度之后风偏角不再随坡度变化，这与建筑结构荷载规范中山坡修正系数不再随坡度变化的规定相符合。

2.6 绝缘子加重锤对风偏角的影响

复合绝缘子较瓷绝缘子更轻，由上面计算模型，计算出的风偏角更大，因此，在防风偏措施中，可在悬垂绝缘子串下方挂重锤，通过改变加装绝缘子重量。经过研究，不同重量的加重锤与风偏角之间的关系曲线如图7所示。

从图7可以看到随着增加重锤的重量，风偏角减小。说明悬垂绝缘子假装加重锤对抑制风偏有一定的效果。

3 结论

对刚体直杆模型计算风偏角的影响因素进行研究，可得出如下结论。

图7 不同加重锤条件下的风偏角Fig.7 The wind deflection angle of different weight hammer

1）在其他条件一致的情况下，风偏角是水平档距的增函数；是垂直档距的减函数，在水平档距大，垂直档距小的情形下，要更关注风偏的监测。

2）当风向与线路方向一致时，绝缘子串不产生风偏角；风向与线路方向垂直时，绝缘子风偏角最大；风向的主要影响区间在垂直于线路约±60°区间内，在风速一定的情况下，此区间悬垂绝缘子串风偏角较大。

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