欧思源

（广东天联电力设计有限公司，广东 广州 510663）

0 引言

近年来，广东沿海地区连续受到多个强台风吹袭，其中粤西地区多次受到“威马逊”“彩虹”等超强台风的吹袭，发生了大面积的线路杆塔受损事故，造成了严重影响[1]。其中，沿海多条已建输电线路出现了风偏闪络事故，造成了大面积停电事故，严重影响电网的安全稳定运行。因此，针对已建输电线路的设计特点，结合现有气象条件下防风偏闪络要求，对现有输电线路进行防风性能分析，选择合理的防风偏改造措施是提高已建输电线路抗风偏闪络性能的有效方法，具有重要的现实意义。

1 已建输电线路风偏闪络原理分析

输电线路的风偏事故主要是指在大风天气下，导线与铁塔杆件、树木、建筑物之间的间隙距离小于放电距离而造成的线路跳闸事故。一般情况下，风偏事故的类型主要为直线塔悬垂绝缘子串对铁塔杆件放电、耐张塔跳线对塔身放电、导线对电力通道两侧地物放电。其中，在强风条件下，直线塔悬垂绝缘子串对铁塔杆件放电发生较多，主要原因在于现有气象条件已超出已有线路的原设计条件。

实际风速条件下，悬垂绝缘子串的风偏角大于直线塔的允许摇摆角时，则发生风偏闪络事故。因此，防风偏闪络性能改造时可采取相关措施，增大允许摇摆角或减小绝缘子串风偏角，如图1 所示。

图1 输电线路风偏角示意图

直线塔的允许摇摆角φm是指悬垂绝缘子串在满足带电部分与杆塔构件的最小间隙距离条件下悬垂绝缘子串的最大可摆动角度。对于已建输电线路，直线塔的塔头尺寸按原设计条件设计，组塔后无法改变。因此，已建输电线路直线塔的允许摇摆角受悬垂绝缘子串长度控制。当悬垂绝缘子串长度减小时，则直线塔悬垂绝缘子串的允许摇摆角增大；当悬垂绝缘子串长度增大时，则直线塔悬垂绝缘子串的允许摇摆角减小。

悬垂绝缘子串的风偏角φ表示悬垂绝缘子串风偏的大小，与绝缘子串重力GI、绝缘子串风压PI、导线风荷载P、导线自重力W1、水平档距、垂直档距等因素有关[2]，计算公式可表示为：

对于已建输电线路，直线塔的水平档距、垂直档距均是固定无法调整的。而绝缘子串风压主要受风速控制，调整意义不大[3]。因此，可通过调整绝缘子串重力、导线风荷载、自重力调整绝缘子串的风偏角。

2 防风偏改造措施

2.1 增加悬垂串串重

增加悬垂绝缘子串的重力是一种常用的防风偏改造措施。当悬垂绝缘子串的重力增大时，风偏角减小；反之，风偏角增大。通常情况下，运行单位通过增加悬重锤增加绝缘子串重力。但是，该方法增加了悬垂绝缘子串的长度，在大风作用下，带电体与塔身杆件的净空距离减小，即工频过电压工况下，导线对塔身的间隙距离减小，电气抗风性能并不理想。因此，可在不增加悬垂绝串长度的前提下，通过加装重锤式均压环来增加悬垂串串重，从而减小悬垂绝缘子串的风偏角，提高输电电路的电气抗风性能[4]。

2.2 缩短悬垂串长度

对于已建输电线路，在不重建的前提下，其铁塔形式、档距均无法改变。直线塔的塔头尺寸是固定的，可通过缩短悬垂绝缘子串的长度，增大悬垂绝缘子串的允许摇摆角，从而提高输电线路的抗风性能。近年来，许多运行单位强调绝缘子串的高绝缘配置，在调爬改造工程中盲目增加绝缘子串的长度而忽略允许摇摆角影响，导致已建输电线路抗风性能降低[5]。因此，在满足防污等级的条件下，可适当缩短悬垂绝缘子串的长度，提高输电线路的抗风性能。

2.3 减小导线线径

根据悬垂绝缘子串风偏角计算公式可知，风偏角的大小受导线风荷载影响。导线的风荷载表示风作用在导线上所产生的横向荷载，受导线的体型系数、风压不均匀系数、风速高度变化系数等因素影响。其中，导线的风荷载与导线的外径成正比关系。因此，在满足系统输送容量要求的情况下，通过提升导线运行温度，尽量压缩导线截面，从而减小导线外径，大幅度减小导线的风荷载，减小悬垂绝缘子串的风偏角，改善输电线路的电气抗风性能。一般情况下，已建输电线路可采用小截面的增容导线替换原导线，但需尽量使增容导线的弧垂与原导线弧垂保持一致。此外，该方案通常需更换全线导线，对于局部抗风性能薄弱的输电线路产生的费用较高，性价比较低。

3 已建输电线路抗风性能改造实例分析

广东地区某电厂220 kV 送出线路全长约20 km，全线共有43 基杆塔。该线路的设计风速为35 m/s，全线按照d 级污区进行绝缘配置。导线每相采用1×JL/LB20A-400/35 型铝包钢芯铝绞线。根据最新风区图，该线路所在地区的设计基本风速由原来10～35 m/s 大幅提高至39 m/s。按照原有杆塔的横担尺寸，通过分析该线路杆塔的电气耐风性能，本线路共有7 基直线塔的风偏角大于允许摇摆角，是该线路的抗风性能薄弱环节，需对其进行改造。

考虑本线路仅部分铁塔存在风偏闪络风险，若采用全线更换小线径的增容导线方式进行改造，施工周期长，费用较高，对电厂电能送出影响过大，因此在本次改造中不采用此方案。

本线路N17 塔的铁塔型式为直线猫头塔，水平档距为403 m，垂直档距为321 m。悬垂绝缘子串采用双挂点双联复合绝缘子串，绝缘子型号为FXBW-220/100-C，总串长为2 817 mm。根据塔头尺寸校验，N17塔的允许摇摆角为58°。在当前风速39 m/s条件下，悬垂绝缘子串的风偏角为62.02°，已大于允许摇摆角，存在风偏闪络风险。

为消除N17塔风偏闪络风险，现提出3个改造方案：

（1）方案1：每单联复合绝缘子下端安装1 只60 kg 的均压环式重锤，改造后绝缘子串重量增加120 kg；

（2）方案2：更换原设计的C 型绝缘子为B 型绝缘子，悬垂复合绝缘子串长度相比原设计减小150 mm；

（3）方案3：更换原设计的C 型绝缘子为B 型绝缘子，并在每单联复合绝缘子下端安装1 只60 kg 的均压环式重锤，改造后绝缘子串重量增加120 kg，绝缘子串长减小150 mm。

改造后的抗风性能分析如表1 所示。从表1 可见，采用方案1 时，绝缘子串串重增加120 kg，悬垂绝缘子串的摇摆角减小约5%，但在39 m/s 风速时摇摆角为58.89°，仍大于允许摇摆角，存在风偏闪络风险；采用方案2 时，悬垂绝缘子串长由2 817 mm 减小至2 667 mm，允许摇摆角由58°增大至62°，但在39 m/s风速时摇摆角为62.17°，仍大于允许摇摆角，存在风偏闪络风险；采用方案3 时，绝缘子串串重增加120 kg，串长由2 817 mm 减小至2 667 mm，允许摇摆角由58°增大至62°的同时，悬垂串摇摆角减小约5%，在39 m/s风速时摇摆角为59.03°，小于允许摇摆角，消除了风偏闪络风险，有效提高了线路的电气抗风性能。

4 结论

综上所述，本文通过相关研究分析可得到如下主要结论：

（1）输电线路存在风偏闪络的主要原因是实际风速大于现有输电线路直线塔塔头设计条件，即实际风偏角大于铁塔允许风偏角时，带电体对塔头杆件安全间隙不足，导致放电跳闸。

（2）增加悬垂串串重、缩短悬垂串串长、减小导线线径，均是改善已建输电线路电气抗风性能的有效措施。各措施改善电气抗风性能的控制因素均不一致，实际应用时需根据实际情况合理选择有效的改造方案。

（3）考虑到现有输电线路的设计条件和实际情况均不一致，在设计改造方案时应根据风偏闪络原理进行分析，寻找输电线路风偏闪络的控制因素，从而有针对性地提出改造方案，方能有效提高已建输电线路的电气抗风性能，保障电网的安全稳定运行。

表1 抗风性能分析表