新疆电力技术
２０１０年第２期 总第１０ ５期
关于几起输电线路风偏跳闸的原因分析
候 鹏 张建华
新疆电力公司（乌鲁木齐 伊犁电力有限责任公司（伊宁 ８３０００２） ８３５０００)
摘要：简述了２００９年４月１３～１６ 日新疆电力公司４次风偏 跳闸故障情况，分析了故障原因和放电机理，就引起输电线 路风偏的多方面原因进行了分析和探讨，依据分析的结果、 建议，提出了输电线路预防和抑制风偏的一些措施和策略。 关键词：输电线路；风偏；跳闸；放电间隙 ２００９年 ４月 １３～ １６日，大风和沙尘暴天气造成新疆电 力公司系统４条１１０～２２０千伏线路风偏跳闸１１次，对系统的 安全稳定运行造成严重影响，为调查分析跳闸原因并采取 防治措施，决定对所有重要电网联络线路风偏角进行校 核。组织召开了“输电线路风偏跳闸专题分析会”，分析 讨论了故障原因和整改工作要求 。为了准确分析跳闸原 因，查阅大量设计图纸及施工记录，对放电位置、烧伤点 等进行了测量比对，并结合保护动作和故障录波等资料进 行了认真分析研究。从调查分析的情况看，引起跳闸的原 因是明确的，均属于强风引起的导线风偏放电。同时对线 路杆塔进行全面校核风偏角工作，找出风偏距离相对吃紧 点并采取相应防范改造措施。鉴于此次风偏放电造成跳闸 线路多且时段集中、影响面广。因此，为增强１１０ｋＶ及以上 输电线路抵御大风的能力。需要从气象、设计、运行等多 方面进行分析研究，以便采取相应的预防及整改措施。 １ 风偏故障简介 １．１ ４月 １３日 ２３时 ２０分，吐鲁番地区 １１０ｋＶ托大线 Ｃ相故障 跳闸，重合成功。保护测距为距托克逊变８２．５７ｋｍ。经巡视 发现 １１０ｋＶ托大线小草湖白杨河支线（ Ｔ接于托大线） ２６号 直线塔 Ｃ相大号侧导线防振锤与对应塔身上有明显放电痕 迹，确认该处为故障点。根据走访、调查的资料情况看， 跳闸时当地的气象资料显示为大风、沙尘暴天气，而风向 正好就是横线路方向的西北风。 １．２ ４月 １６日 １４时 ３８分和 １６时 ０６分， ２２０ｋＶ苏鹿线 Ｃ相故障 连 续 两 次 跳 闸 ， 重 合 成 功 ， 保 护 测 距 分 别 为 ３５．９ｋｍ和 １７３．８ｋｍ。经巡视发现分别为１３９号杆Ｃ相导线（中相）对电 杆永久拉线风偏放电、１００号杆耐张塔中相引流对地线横担 风偏放电。 １．３ ４月 １６日 ２１时 ５３分和 ２２时 ０７分， ２２０ｋＶ库台一线 Ａ相故 障连续两次跳闸 ，重合成功，保护测距分别为 ２１３．８ｋｍ 和 ５４．３ｋｍ。经巡视发现均为４１９号耐张塔中相引流对耐张串接 地端金具放电。 １．４ ４月 １６日 ２２时 １９分到 ２２时 ３８分期间， ２２０ｋＶ察帆线 Ｂ相 故障连续六次跳闸，重合成功，经巡视发现均为３号耐张塔 中相引流对塔身主材风偏放电。
２ 故障特点及原因分析 ２．１ 故障特点 发生风偏跳闸的线路电压等级有１１０ｋＶ和 ２２０ｋＶ, 塔型 有耐 张塔、直线塔。耐张塔是跳线对杆塔构架放电，直线 塔是导线或线夹金具对塔身或拉线放电，并且几次故障具 有以下特点： （１）根据气象证明可知故障发生区域及时段内均有强风 出现，并伴有沙尘暴； （２）导线或线夹金具上均有明显的放电点； （３）故障时重合闸均能成功，故障为瞬间故障。 ２．２ 强风是导致风偏放电的主要原因 根据当地气象部门证明，上述４起风偏故障发生的区域 均出现了少有的强风，在现场查询中也发现附近有大树被 吹 倒 或 连 根 拔 起 的 现 象 。 例 如 ： ４月 １３日 吐 鲁 番 地 区 １１０ｋＶ托大线故障跳闸，跳闸当时，小草湖风电场实测５０米 高空风速５３米／秒，换算到２０ ４６．５米／秒。据气 米高度为 象部门反映，这种气候每年都有，主要表现为空气对流能 量大，风力强劲，具有以下特点： （１）具有局部微气候特征，范围均不大，常发生在局部 地区； （２）风力强劲，瞬时风速可达５０ｍ/ ｓ以上； （３）大多发生在４～５月间； （４）常伴有沙尘暴； 在强风作用下，导线沿风向会出现一定位移和偏转。在 间隙减小，空间场强增大时，导线金具的尖端和塔身的尖 端上会出现局部高场强，放电更容易在这些位置发生，从 现场放电痕迹可观察到，一部分放电出现在脚钉、导线金 具和角钢边缘尖端上。 ２．３ 沙尘暴使空气间隙的绝缘强度降低 由于风偏放电发生时伴有沙尘暴等天气，根据研究表明 沙尘对空气间隙击穿电压、绝缘子闪络电压与空气间隙在雷 电冲击电压和操作冲击电压作用下放电分散性及伏秒特性均 有影响，沙尘所引起间隙放电特性的变化主要是由于阴极表 面沉积沙尘引起。沙尘导致绝缘子的闪络电压明显减小，且 其闪络电压随沙粒所带电量的增加而减小，随风速的增加而 增大。因此认为线路发生风偏放电时一是导线风偏角很大， 超过设计值，二是沙尘降低了放电间隙的放电电压。 ２．４ 设计上存在不足 此次发生风偏跳闸的线路中，设计最大风速为 ３０ｍ/ ｓ, 对局部微气候区、强风区等特殊区域考虑不全，设计风偏 计算值不满足局部微气候条件；同时为了节约线路成本投
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资，在杆塔设计中塔头尺寸偏小，使得杆塔的风偏裕度偏 紧。并且线路运行后绝缘子串调爬、更换合成绝缘子等改 造工作后，杆塔原来的绝缘长度发生改变，造成因原设计风 偏距离裕度不够导致强风等恶劣气候条件下线路发生风偏跳 闸，耐张塔设计中引流线设计不合理，引流线过长或跳线绝 缘子串为不稳定结构，也是造成风偏跳闸的原因之一。 ３ 风偏计算 下面以２２０ｋＶ苏鹿线１３９号电杆风偏计算为例： （１）防振锤位置弧垂计算 任意点弧垂计算公式如下： 已知条件：ｇ６（０，３０）＝１２３．３６４×１０ ＭＰａ
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计算得： ＝２８１．７ 由此求得：ｋＶ≥２８１．７／３５０≥０．８ ４ 整改措施及建议 ４．１ 采取的措施 （１）强化输电线路防风偏设计 。针对中相引流安装重 锤不能有效防止风偏跳闸的情况，今后新建线路，中相 引流跳线绝缘子要优先采用防风型复合支柱绝缘子，不 能采用时要安装防风拉线。穿越强风区的线路 ，优先选 用 Ｖ 型串结构杆塔；不能采用时，按照多年最大瞬时风速 校核杆塔头部间隙，不满足正常运行电压空气间隙时要安装 防风拉线。 （２）认真校核在建线路的外绝缘间隙。鉴于存在沙尘暴 降低空气间隙闪络电压的问题，要求对在建及今后规划的 穿越达坂城、小草湖和百里风区的杆塔外绝缘间隙进一步 校核。 （３）加快完善运行线路防风措施。 对 ２２０千伏库台一 线、苏鹿线、察帆线、１１０千伏托大线白杨河支线重点区段 的同类杆塔类型加装防风拉线。 （４）做好电网防风偏运行监测工作。加强大风天气巡视 和气象观测等基础性工作，推广应用气象观测和导线风偏 在线监测系统，为计算绝缘子串及导线风偏、选取电气间 隙设计风速及风压不均匀系数提供依据。 ４．２ 今后的工作重点 ２００９年大风导致的１１０ｋＶ及以上电压等级线路风偏跳闸 明显增多，对系统的安全运行带来了严重影响。一方面是 属于恶劣气候条件导致的自然灾害，较难预防和完全抵 御。另一方面也反映出部分线路自身抵御强风的能力不 足，在今后需重点开展以下几方面的工作： （１）继续进行杆塔风偏角校核工作，对存在风偏问题的 杆塔采用加装重锤、倒Ｖ串等措施，及时整改，确保线路安 全稳定运行。 （２）加强对微气候区的观测和记录，积累运行资料，同 时加强线路沿线所经区域的气象资料收集，特别是强风（龙 卷风）的数据收集，并加强导线风偏的观测。 （３）设计部门要优化杆塔设计，适当增大塔头尺寸，并 对线路运行后的调爬、更换合成绝缘子等改造留有一定的 裕度。 参考文献 ［１］ 东北电力设计院．电力工程高压送电线路设备手册 ． 水利电力出版社．１９９１ ［２］ ＧＢＪ ２３３ ９０．１１０~ ５００ｋＶ架空电力线路施工及验收规范 ［３］ ＤＬ／ Ｔ５０９２- １９９９. １１０ｋＶ~ ５００ｋＶ架空送电线路设计技 术规程
＝３４５．２９Ｎ／ｍｍ
２
防振锤高度 ＝０．０３４＋０．０７５＝０．１１ｍ l 弧垂加防振锤高 Ｈ ＝０．０８＋０．１１≈０．２ｍ （２）导线防振锤与拉线放电所需要最小风速计算 在考虑０．０５ｍ裕度情况下，Ｚ１杆防振锤对拉线允许风偏 角Φ＝５２°５′１″ ｔｇ５２°５′１″＝１．２８３８ 由公式
、 －绝缘子串重量和其风荷载 、 －导线自重和风荷比载 、 －水平和垂直档距 分裂导线根数 ｎ － 将 Ｐｊ 与 Ｐ４都 与 风 速 的 平 方 成 正 比 的 条 件 以 及 υ ＝３０ｍ／ｓ时Ｐｊ＝３０９．０１５与Ｐ４＝１０．８１３的值带入公式：中可得：
导线与砼杆放电所需要最小风速： υ′＝２９．９５ｍ／ｓ 即当风速υ′＞２９．９５ｍ／ｓ 的情况下，导线防振锤与拉 线间的电气间隙小于规范要求值，将有可能发生闪络。 （３）Ｚ１杆允许ｋＶ值计算（投影） 当风速３０ｍ／ｓ时，考虑导线防振锤与拉线放电所需要的 电气间隙，即满足摇摆角Φ≤５２°５′１″（考虑０．０５ｍ裕度 ， ） 的情况下，设置杆塔水平档距３５０ｍ, 计算对应的垂直档距。
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关于几起输电线路风偏跳闸的原因分析
候 鹏 张建华
新疆电力公司（乌鲁木齐 伊犁电力有限责任公司（伊宁 ８３０００２） ８３５０００)
摘要：简述了２００９年４月１３～１６ 日新疆电力公司４次风偏 跳闸故障情况，分析了故障原因和放电机理，就引起输电线 路风偏的多方面原因进行了分析和探讨，依据分析的结果、 建议，提出了输电线路预防和抑制风偏的一些措施和策略。 关键词：输电线路；风偏；跳闸；放电间隙 ２００９年 ４月 １３～ １６日，大风和沙尘暴天气造成新疆电 力公司系统４条１１０～２２０千伏线路风偏跳闸１１次，对系统的 安全稳定运行造成严重影响，为调查分析跳闸原因并采取 防治措施，决定对所有重要电网联络线路风偏角进行校 核。组织召开了“输电线路风偏跳闸专题分析会”，分析 讨论了故障原因和整改工作要求 。为了准确分析跳闸原 因，查阅大量设计图纸及施工记录，对放电位置、烧伤点 等进行了测量比对，并结合保护动作和故障录波等资料进 行了认真分析研究。从调查分析的情况看，引起跳闸的原 因是明确的，均属于强风引起的导线风偏放电。同时对线 路杆塔进行全面校核风偏角工作，找出风偏距离相对吃紧 点并采取相应防范改造措施。鉴于此次风偏放电造成跳闸 线路多且时段集中、影响面广。因此，为增强１１０ｋＶ及以上 输电线路抵御大风的能力。需要从气象、设计、运行等多 方面进行分析研究，以便采取相应的预防及整改措施。 １ 风偏故障简介 １．１ ４月 １３日 ２３时 ２０分，吐鲁番地区 １１０ｋＶ托大线 Ｃ相故障 跳闸，重合成功。保护测距为距托克逊变８２．５７ｋｍ。经巡视 发现 １１０ｋＶ托大线小草湖白杨河支线（ Ｔ接于托大线） ２６号 直线塔 Ｃ相大号侧导线防振锤与对应塔身上有明显放电痕 迹，确认该处为故障点。根据走访、调查的资料情况看， 跳闸时当地的气象资料显示为大风、沙尘暴天气，而风向 正好就是横线路方向的西北风。 １．２ ４月 １６日 １４时 ３８分和 １６时 ０６分， ２２０ｋＶ苏鹿线 Ｃ相故障 连 续 两 次 跳 闸 ， 重 合 成 功 ， 保 护 测 距 分 别 为 ３５．９ｋｍ和 １７３．８ｋｍ。经巡视发现分别为１３９号杆Ｃ相导线（中相）对电 杆永久拉线风偏放电、１００号杆耐张塔中相引流对地线横担 风偏放电。 １．３ ４月 １６日 ２１时 ５３分和 ２２时 ０７分， ２２０ｋＶ库台一线 Ａ相故 障连续两次跳闸 ，重合成功，保护测距分别为 ２１３．８ｋｍ 和 ５４．３ｋｍ。经巡视发现均为４１９号耐张塔中相引流对耐张串接 地端金具放电。 １．４ ４月 １６日 ２２时 １９分到 ２２时 ３８分期间， ２２０ｋＶ察帆线 Ｂ相 故障连续六次跳闸，重合成功，经巡视发现均为３号耐张塔 中相引流对塔身主材风偏放电。
２ 故障特点及原因分析 ２．１ 故障特点 发生风偏跳闸的线路电压等级有１１０ｋＶ和 ２２０ｋＶ, 塔型 有耐 张塔、直线塔。耐张塔是跳线对杆塔构架放电，直线 塔是导线或线夹金具对塔身或拉线放电，并且几次故障具 有以下特点： （１）根据气象证明可知故障发生区域及时段内均有强风 出现，并伴有沙尘暴； （２）导线或线夹金具上均有明显的放电点； （３）故障时重合闸均能成功，故障为瞬间故障。 ２．２ 强风是导致风偏放电的主要原因 根据当地气象部门证明，上述４起风偏故障发生的区域 均出现了少有的强风，在现场查询中也发现附近有大树被 吹 倒 或 连 根 拔 起 的 现 象 。 例 如 ： ４月 １３日 吐 鲁 番 地 区 １１０ｋＶ托大线故障跳闸，跳闸当时，小草湖风电场实测５０米 高空风速５３米／秒，换算到２０ ４６．５米／秒。据气 米高度为 象部门反映，这种气候每年都有，主要表现为空气对流能 量大，风力强劲，具有以下特点： （１）具有局部微气候特征，范围均不大，常发生在局部 地区； （２）风力强劲，瞬时风速可达５０ｍ/ ｓ以上； （３）大多发生在４～５月间； （４）常伴有沙尘暴； 在强风作用下，导线沿风向会出现一定位移和偏转。在 间隙减小，空间场强增大时，导线金具的尖端和塔身的尖 端上会出现局部高场强，放电更容易在这些位置发生，从 现场放电痕迹可观察到，一部分放电出现在脚钉、导线金 具和角钢边缘尖端上。 ２．３ 沙尘暴使空气间隙的绝缘强度降低 由于风偏放电发生时伴有沙尘暴等天气，根据研究表明 沙尘对空气间隙击穿电压、绝缘子闪络电压与空气间隙在雷 电冲击电压和操作冲击电压作用下放电分散性及伏秒特性均 有影响，沙尘所引起间隙放电特性的变化主要是由于阴极表 面沉积沙尘引起。沙尘导致绝缘子的闪络电压明显减小，且 其闪络电压随沙粒所带电量的增加而减小，随风速的增加而 增大。因此认为线路发生风偏放电时一是导线风偏角很大， 超过设计值，二是沙尘降低了放电间隙的放电电压。 ２．４ 设计上存在不足 此次发生风偏跳闸的线路中，设计最大风速为 ３０ｍ/ ｓ, 对局部微气候区、强风区等特殊区域考虑不全，设计风偏 计算值不满足局部微气候条件；同时为了节约线路成本投
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资，在杆塔设计中塔头尺寸偏小，使得杆塔的风偏裕度偏 紧。并且线路运行后绝缘子串调爬、更换合成绝缘子等改 造工作后，杆塔原来的绝缘长度发生改变，造成因原设计风 偏距离裕度不够导致强风等恶劣气候条件下线路发生风偏跳 闸，耐张塔设计中引流线设计不合理，引流线过长或跳线绝 缘子串为不稳定结构，也是造成风偏跳闸的原因之一。 ３ 风偏计算 下面以２２０ｋＶ苏鹿线１３９号电杆风偏计算为例： （１）防振锤位置弧垂计算 任意点弧垂计算公式如下： 已知条件：ｇ６（０，３０）＝１２３．３６４×１０ ＭＰａ
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２０１０年第２期 总第１０ ５期
计算得： ＝２８１．７ 由此求得：ｋＶ≥２８１．７／３５０≥０．８ ４ 整改措施及建议 ４．１ 采取的措施 （１）强化输电线路防风偏设计 。针对中相引流安装重 锤不能有效防止风偏跳闸的情况，今后新建线路，中相 引流跳线绝缘子要优先采用防风型复合支柱绝缘子，不 能采用时要安装防风拉线。穿越强风区的线路 ，优先选 用 Ｖ 型串结构杆塔；不能采用时，按照多年最大瞬时风速 校核杆塔头部间隙，不满足正常运行电压空气间隙时要安装 防风拉线。 （２）认真校核在建线路的外绝缘间隙。鉴于存在沙尘暴 降低空气间隙闪络电压的问题，要求对在建及今后规划的 穿越达坂城、小草湖和百里风区的杆塔外绝缘间隙进一步 校核。 （３）加快完善运行线路防风措施。 对 ２２０千伏库台一 线、苏鹿线、察帆线、１１０千伏托大线白杨河支线重点区段 的同类杆塔类型加装防风拉线。 （４）做好电网防风偏运行监测工作。加强大风天气巡视 和气象观测等基础性工作，推广应用气象观测和导线风偏 在线监测系统，为计算绝缘子串及导线风偏、选取电气间 隙设计风速及风压不均匀系数提供依据。 ４．２ 今后的工作重点 ２００９年大风导致的１１０ｋＶ及以上电压等级线路风偏跳闸 明显增多，对系统的安全运行带来了严重影响。一方面是 属于恶劣气候条件导致的自然灾害，较难预防和完全抵 御。另一方面也反映出部分线路自身抵御强风的能力不 足，在今后需重点开展以下几方面的工作： （１）继续进行杆塔风偏角校核工作，对存在风偏问题的 杆塔采用加装重锤、倒Ｖ串等措施，及时整改，确保线路安 全稳定运行。 （２）加强对微气候区的观测和记录，积累运行资料，同 时加强线路沿线所经区域的气象资料收集，特别是强风（龙 卷风）的数据收集，并加强导线风偏的观测。 （３）设计部门要优化杆塔设计，适当增大塔头尺寸，并 对线路运行后的调爬、更换合成绝缘子等改造留有一定的 裕度。 参考文献 ［１］ 东北电力设计院．电力工程高压送电线路设备手册 ． 水利电力出版社．１９９１ ［２］ ＧＢＪ ２３３ ９０．１１０~ ５００ｋＶ架空电力线路施工及验收规范 ［３］ ＤＬ／ Ｔ５０９２- １９９９. １１０ｋＶ~ ５００ｋＶ架空送电线路设计技 术规程
＝３４５．２９Ｎ／ｍｍ
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防振锤高度 ＝０．０３４＋０．０７５＝０．１１ｍ l 弧垂加防振锤高 Ｈ ＝０．０８＋０．１１≈０．２ｍ （２）导线防振锤与拉线放电所需要最小风速计算 在考虑０．０５ｍ裕度情况下，Ｚ１杆防振锤对拉线允许风偏 角Φ＝５２°５′１″ ｔｇ５２°５′１″＝１．２８３８ 由公式
、 －绝缘子串重量和其风荷载 、 －导线自重和风荷比载 、 －水平和垂直档距 分裂导线根数 ｎ － 将 Ｐｊ 与 Ｐ４都 与 风 速 的 平 方 成 正 比 的 条 件 以 及 υ ＝３０ｍ／ｓ时Ｐｊ＝３０９．０１５与Ｐ４＝１０．８１３的值带入公式：中可得：
导线与砼杆放电所需要最小风速： υ′＝２９．９５ｍ／ｓ 即当风速υ′＞２９．９５ｍ／ｓ 的情况下，导线防振锤与拉 线间的电气间隙小于规范要求值，将有可能发生闪络。 （３）Ｚ１杆允许ｋＶ值计算（投影） 当风速３０ｍ／ｓ时，考虑导线防振锤与拉线放电所需要的 电气间隙，即满足摇摆角Φ≤５２°５′１″（考虑０．０５ｍ裕度 ， ） 的情况下，设置杆塔水平档距３５０ｍ, 计算对应的垂直档距。
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