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1、输电线路风偏放电与防治输电线路风偏放电与防治国网电力科学研究院国网电力科学研究院高电压技术研究所高电压技术研究所 邵瑰玮邵瑰玮1概述输电线路的风偏闪络一直是影响线路安全运行的因素之一，与雷击等其 他原因引起的跳闸相比，风偏跳闸的重合成功率较低，一旦发生风偏跳闸， 造成线路停运的几率较大。特别是500kV及以上电压等级线路，一旦发生风 偏闪络事故，将对系统造成很大影响，严重影响供电可靠性。对输电线路风偏闪络引起的故障及事故进行调查统计，分析其原因，研 究并制订相关防治措施，对于降低输电线路风偏闪络故障及事故率，提高输 电线路的安全运行水平是很有意义的。2第一节 输电线路风偏闪络调查统计一、199
2、92003年间输电线路的风偏闪络统计及特点经统计，国家电网公司系统19992003年间110（66）kV及以上输电线路 风偏跳闸情况如下：5年间共发生11（66）kV及以上输电线路风偏跳闸244次。其中，华北94次 ，占38.5%，西北66次，占27%，华东42次，占17.2%，华中25次，占10.2%，东 北17次，占7%。超过10次以上的省份有新疆、陕西、青海、江苏、2、天津、 山西、山东、内蒙9省市、自治区，以新疆为最多，达到了30次。从统计数据 可以看出，5年间输电线路风偏跳闸多发于北方和沿海风力大的地区。按电压等级分类，500kV输电线路发生33次，占13.5%；330kV输电线路发
3、 生8次，占3.3%；220kV输电线路发生139次，占57%；110kV输电线路发生64次 ，占26.2%。说明5年间风偏跳闸主要发生在110220kV线路，约占全部风偏跳 闸的83.2%。3第一节 输电线路风偏闪络调查统计按放电形式分析如表1-1所示。表1-1 19992003年110（66）kV及以上输电线路风偏跳闸按放电形式统计表4第一节 输电线路风偏闪络调查统计按照塔形分析如表1-2所示。表1-2 19992003年110（66）kV及以上输电线路风偏跳闸按塔形统计表5第一节 输电线路风偏闪络调查统计对塔身风偏闪络210次，按塔形分：转角（耐张）塔142次，占68.0%；直 线塔68
4、次，占32%。转角（耐张）塔，在输电线路中所占的比例是较低的，一 般为1/51/20，而统计数据表明风偏故障发生在耐张塔的比例远大于发生在 直线塔的比例，因此解决耐张他风偏问题是减少风偏事故的关键。按导线排列方式分析：三角排列121次，占49.6%；水平排列74次，占 30.3%；垂直排列49次，占20.1%。从数据统计看导线三角排列发生风偏故障的 几率较大，这类塔形常见的有“猫头形”直线塔和“干字形”耐张塔。6第一节 输电线路风偏闪络调查统计二、2004年500kV输电线路风偏闪络统计及特点2004年度全网220500kV输电线路因风偏引起跳闸114次，位居架空送电 线路跳闸的第三位，给系统
5、安全稳定运行带来较大影响，其中造成事故的有37 次。2004年27月，在仅半年的时间内，500kV交直流输电线路发生21次风偏 跳闸，且大多重合不成功。在21次风偏闪络中，按发生时段划分，分别为7月7 次、6月10次、5月2次、4月1次、3月1次；按交直流线路划分，分别为交流18 次、直流3次。2004年的风偏闪络与往年相比，具有以下特点：（1）时段集中，主要发生在57月之间，而往年发生时间较为分散和随 机 ；7第一节 输电线路风偏闪络调查统计（2）范围广泛。往年主要发生在北方地区和沿海地区，当年内陆地区发生 较多，涉及区域有河南、江苏、湖北、湖南、山东、山西、华北。（3）直线塔风偏闪络明显增
6、多，在21起风偏闪络事故中有19起发生于直线 塔，仅2起发生于耐张塔，而往年则较多是耐张塔的跳线串对杆塔放电。 （4）500kV主干线路风偏闪络突出，在19992003年前半年时间就已发生 21起。 三、2005年500kV输电线路风偏闪络统计2005年度，全网500kV输电线路共发生风偏跳闸7次，且全部造成线路非计 划停运，由风偏造成的事故率100%。全国66500kV输电线路共发生风偏跳闸 57次，造成事故的40次，事故率70.18%。这表明，一旦发生风偏闪络，造成线 路停运的几率就很大。8第二节 风偏闪络规律及特点一、输电线路风偏闪络多发生于恶劣气候条件下通过对历年来各地输电线路风偏闪络
7、故障及事故调查分析，结果表明，输 电线路风偏闪络发生区域均有强风出现，且大多数情况下还伴随着有大暴雨或 冰雹。造成这一现象的原因是：在某些微地形区，高空冷空气移动缓慢，与低 空高热空气在局部小范围内不断交汇，易于形成中小尺度局部强对流，导致强 风（颮线风）的形成。这种颮线风发生区域范围从几平方千米至十几平方千米 ，瞬时风速可达到30m/s以上，持续时间数十分钟以上，且常伴随有雷雨或冰 雹出现。这样，一方面，在强风作用下，导线向塔身出现一定的位移和偏转， 使得放电间隙减小，另一方面，降雨或冰雹降低了导线杆塔间隙的工频放 电电压，二者共同作用导致线路发生风偏闪络。值得注意的是，在强风的作用 下，暴
8、雨会沿着风向形成定向性的间断型水线，当水线方向与放电路径方向相 同时，导线杆塔空气间隙的工频闪络电压进一步降低，增加线路风偏闪络 概率。例如，2004年河南500kV嵩获二回线、获仓线、郑祥线以及2005年山西 220kV丹珏线等风偏闪络故障发生时都出现了颮线风、大雨和冰雹等恶劣天气 。 9第二节 风偏闪络规律及特点二、输电线路风偏闪络放电路径从放电路径来看，输电线路风偏闪络有三种放电形式： （1）导线对杆塔构件放电；（2）导地线线间放电；（3）导线对周边物体放电。它们的共同特点是：导线或导线侧金具烧伤痕迹明显。导线对杆塔构件放 电又可分为直线塔导线对杆塔构架放电和耐张塔跳线对杆塔构件放电两种
9、。其 中，前者导线上的放电点比较集中，后者导线上的放电点比较分散。分布长度 约有0.51m。不论是直线塔还是耐张塔导线对杆塔构架放电，在间隙圆对应 的杆塔构件上均有明显放电痕迹，且主放电点多在脚钉、角钢端部等突出位置 。导地线线间放电多发生在地形特殊且档距较大，但由于放电点距地面较高， 所以较难发现。导线对周边物体放电时，导线上放电痕迹可超过1m长， 对应 10第二节 风偏闪络规律及特点的周边物体上也会有明显的黑色烧焦状放电痕迹。1997年4月27日17时22分，山西神头二电厂至太原侯村500kV线路两侧高频 距离保护动作，掉A相，重合不成功，当日18时33分试送成功。事故发生时有 强风和大雨
10、，事后巡视检查线路，查出51号塔（ZB133型）右边导线（A相 ）分裂内侧下导线表面电弧烧伤约3m，对应塔臂大号侧外侧立材电弧烧伤约 有400mm。检查中海发现3868号塔地段多基铁塔右侧绝缘架空地线放电间隙 棒严重烧伤，38号耐张塔烧伤4片地线绝缘子。2004年7月3日20：38，500kV侯临线线路B相故障，两侧保护工作，开关 重合不成功。临汾侧保护测距为282.4km，录波器测距192km；侯村侧保护测 距分别为130.8、142.7km，录波器测距135.7km。雷电定位系统显示该线路走 廊内没有雷电活动。故障发生时当地气象站测得最大风速16.7m/s。有强降雨。 后经巡视发现，286
11、号耐张塔 （4400JG 2-27，右转37.4，距侯村站121km）左 边线（B相，外角）大号侧跳线对塔身放电。塔身主材加强板有两点放电痕11第二节 风偏闪络规律及特点迹，上端放电点为主放电痕迹，有烧熔现象。跳线有两点放电痕迹，不是很明 显。两条绝缘架空地线绝缘子间隙有放电痕迹，接地引下线及绝缘子上未发现 放电烧伤痕迹。三、风偏闪络故障发生时重合闸成功率低由于风偏闪络是在强风天气或微地形地区产生颮线风条件下发生的，这些 风的持续时间多超出重合闸动作时间段，使得重合闸动作时，放电间隙仍然保 持着较小的距离；同时，重合闸动作时，系统中将出现一定幅值的操作过电压 ，导致间隙再次放电，并且第二次放电
12、在放电间隙较大时就可能发生。因此， 输电线路发生风偏闪络故障时，重合闸成功率较低，严重影响供电可靠性。例 如2005年度，全网500kV输电线路发生风偏跳闸7次，全部造成线路非计划停运 ；66500kV输电线路共发生风偏跳闸57次，事故率70.18%。12第三节 风偏闪络原因分析针对近年来频繁发生的风偏闪络事故，国内相关领域专家对其原因进行了 深入的研究和分析，认为造成风偏闪络的额原因可以分为外因和内因两方面。外因自然界发生的强风和暴雨天气。内因输电线路抵御强风能力不足。因此需要研究内外两方面的影响因素，从设计参数、运行维护、试验方法 等方面分析存在的问题，采取针对性的解决措施和方法，减少输电
13、线路风偏闪 络的次数，提高线路的安全运行水平。一、恶劣气象条件引起输电线路风偏闪络 发生风偏闪络的本质原因是由于在外界各种不利条件下造成输电线路的空 气间隙距离减小，当此间隙距离的电气强度不能耐受系统运行电压时便会发生 击穿放电。当输电线路处于强风环境下，也别是在某些微地形区，易于产生颮 线风，此时强风使得绝缘子串向杆塔方向倾斜，减小了导线和杆塔之间的空气 间隙距离，当该距离不能满足绝缘强度要求时便会发生放电。 13第三节 风偏闪络原因分析2005年7月29日受降雨大风等恶劣天气的影响，500kV孝邵线19：12发生C 相跳闸，重合不成功，20：00强送成功。经巡视发现在459号铁塔C相上曲臂
14、距 横担3.133.7m区域外侧角铁及外角四分裂外下侧导线上发生了明显的闪络痕 迹。线路跳闸发生时，459号铁塔所处于的汝南县和孝镇正逢强对流天气，风 向为西北风，狂风大作，暴雨如注。汝南县气象局观测点测得最大风速为 26m/s，经分析事故发生的主要原因为导线在强风作用下，向塔身侧风偏过大 ，对塔身放电，造成线路跳闸，由于大风的持续性，自动重合闸不能成功。DL/T50921999110kV500kV架空送电线路设计技术规程中规定 ，对于海拔5001000m的500kV线路，工频电压下的最小空气间隙不得小于 1.3m；对于海拔500m以下的线路，工频电压下的最小空气间隙不得小于1.2m 。200
15、4年500kV嵩获二回线、货仓线、郑祥线风偏跳闸事故均发生于海拔500m 以下线路。通过对发生风偏闪络的杆塔构架上余留的电弧烧痕进行分析，可以 反推出发生风偏闪络时的间隙距离分别为0.981.15m，均不满足规程要求。 虽然电弧烧痕点在强风的作用下存在一定的分散性，但仍然可以断定：2004年14第三节 风偏闪络原因分析500kV输电线路的多次风偏跳闸主要是由大风引起导线杆塔空气间隙 距离减小造成的。目前，国内外输电线路风偏设计均是以纯空气间隙的电气绝缘强度数据作 为技术依据，而没有考虑导线杆塔空气间隙之间存在的异物（雨滴、冰雹 、沙尘等）对间隙电气强度降低的影响。尤其值得注意的是，自然气候条件
16、下 ，多是强风伴随着大雨。当风向是沿着导线杆塔方向时，一方面间隙距离 减小了，另一方面雨水在强风的作用下，可能沿着放电路径方向成线状分布， 使得导线杆塔空气间隙的工频耐受电压进一步降低，历年来对风偏闪络故 障和事故的统计分析也说明了这点。因此，伴随着强风而来的降雨、冰雹、扬 沙等也是造成输电线路风偏闪络的原因之一。15第三节 风偏闪络原因分析二、设计参数选择不当会增加输电线路风偏闪络概率在线路风偏角设计中，如果选取的风偏角计算参数不合适，使得线路风偏 角安全裕度偏小，则当线路处于强风环境下，特别是在易于产生颮线风的某些 微地形区，线路发生风偏跳闸的概率就会大大增加。2004年7月3号，山西省全 省范围内出现了强降雨和大风天气，最大风速达到31m/s，受气候影响发生 10kV及以上线路跳闸115条次，其中500KV线路2条次，220kV线路10条次， 110kV线路1条次，35kV线路14条次，10kV线路88条次。这表明，合理选择风偏角设计参数是保证输电线路最小
