高压架空输电线路台风灾害成因分析

摘要: 线路台风灾害的事实表明，开展高压输电线路的灾害防御研究，提高架空线路在强灾害下的安全性、保障电力供应是当前一个刻不容缓的任务和挑战。以输电线路风灾调查结果为切入点，分析高压输电线路风灾的成因，重点对其中常见的风偏闪络等事故的形成机理、原因作了剖析，对其他类型的风灾原因也作了简析。
关键词：高压架空输电线路；风灾事故统计；成因分析；
引言
高压输电线路大多处于野外运行，长期经受风、霜、雨、雪、雷电等恶劣条件的考验。随着全球变暖等不利环境因素的增加，这些自然条件变得更加恶劣，各类自然灾害发生的频率和统计值比以前有所提高。沿海地区的线路跳闸数据表明，台风灾害引起的线路故障已占到跳闸总数的约30%，研究分析线路风灾事故的原因并制定相应的防风措施对于电网的安全、稳定运行具有重要意义。
1国内外架空线路防风研究现状
1.1架空线路防台风的研究可从两个方面入手，首先，要深刻认识台风自身的活动规律，包括台风形成的机理、台风路径的预报、台风荷载的特点等方面。然后，根据这些研究成果，对高压架空线路采取有针对性的防台风措施，确保架空送电线路能够安全、可靠的运行。
1.2高压输电线路铁塔属于“高耸及长大建筑结构”的一种，难以逃脱台风带来的影响。为了把台风对输电线路造成的危害降到最低，国内外气象和相关专业人员为此展开了大量研究工作。
1.3国内外的研究结果表明风灾造成的电网事故在全球逐渐增多，我国东南沿海也常常遭受台风侵袭，给电网运行带来重大隐患。国内江苏、浙江等省的气象与电力部门已针对此类问题开展了共同研究，从风速修正、线路抗风设计等角度出发，通过大量调查和分析研究，提出了建立台风观测数据网络、提高线路设防标准等若干建议。但目前国内尚无统一的强风区域架空线路的设计标准，为此需进一步开展相关的研究工作，使我国架空送电线路的抗风设计原则及措施有据可依。
2风灾事故
我国地处亚欧大陆的东南部，太平洋西岸，属台风多发地区，尤其是东南沿海的广东、福建、浙江、海南、台湾等省区。

摘自：毕业论文怎么写www.udooo.com

历史资料统计1949～2010年间登陆我国的热带气旋共561场、台风203场。其中90%以上的热带气旋和台风于东南部的广东、台湾、海南、福建、浙江、广西六省登陆。1949～2010年间登陆各省热带气旋的次数统计显示，广东、海南、福建、浙江、台湾等省遭受8级以上热带气旋侵袭较多。
3主网事故类别及成因分析
严重的风灾事故成为电网安全运行的巨大威胁，尤其是主网线路肩负着联络不同区域电网的重任，提高主网的抗风能力对全网安全运行至关重要。论文将在主网风灾事故统计、风灾分类的基础上，剖析各类事故形成的原因，为研究抗风措施提供依据。

3.1主网事故分类及概述

调查发现，高压输电线路的风灾事故可分为以下几类：跳线（含跳线串）风偏闪络跳闸、悬垂串风偏闪络跳闸、断股、断线、掉串、倒塔等，其中以风偏闪络居多。以广东、海南两省2005-2010年主网线路风灾所致的各类事故统计为例，倒塔事故出现在110kV及以下线路中，220kV及以上线路未发生过杆塔倾、倒事故；主网线路中，110kV及220kV线路发生的跳闸事故比例较大，500kV线路的跳闸比例较低；主网线路事故以导线、跳线的风偏闪络和空气外飘物引起的跳闸为主，两者共占到事故总量的95%，其余5%为导线相间和对地线放电。
从历次典型台风的统计结果来看，台风还曾经引起主网线路绝缘子串掉串、电线断线或断股等事故，但发生次数极少。另外，广东、海南两省历史上均未出现500kV线路倾、倒塔事故，但出现过一次220kV线路倒塔事故，即9615号台风，该台风于1996年9月9日11时前后在吴川沿海地区登陆，造成湛江电厂出线段6km内的220kV湛坡线及湛尼线发生部分倒塔。根据事后气象部门提供的数据，9615号台风登陆时10min平均最大风速为33m/s，瞬时风速接近60m/s。
上述各类事故中，风偏闪络可以采取措施从线路设计、施工、运行等方面予以预防，使风偏跳闸率大幅下降；外飘物引起的跳闸则主要为外界偶然因素，需综合治理。

3.2风偏闪络形成的机理

3.21风偏闪络的发生是由于风荷载下的风偏角超过了设计允许值，造成带电部分（导线、线夹、均压环等）对塔头或塔身（横担、脚钉等）电气间隙不足，最终导致线路闪络跳闸。由于风荷载的连续性，重合闸时带电体仍处于风偏状态，电气间隙处于缩小的趋势，且第一次的闪络放电已使空气间隙中游离的导电离子增多,绝缘强度降低，重合闸所产生的系统操作过电压使带电体在风偏摆动时再次将空气间隙击穿，此次击穿在间隙可以比第一次大。
3.22台风荷载作用的特点，结合风偏闪络形成的机理，可以总结出台风的风偏闪络具有以下特点：
3.22.1台风来临时空气中夹杂的水汽、雨水所形成的水线也会缩小空气间隙，使闪络电压降低，从而更有利于风偏闪络的发生。
3.22.2台风工况下的塔头间隙有可能难以满足雷电过电压的要求。收资资料发现，台风来临之初时常伴随着雷电，杆塔设计考虑雷电过电压间隙时的风速为15m/s（最大风速为35m/s以上时），而实际工况对应的阵风风速可能超过15m/s。
3.22.3台风所产生的虹吸效应也加剧了风偏闪络。当台风作用于送电线路时，台风的旋转风及向上抽吸的虹吸效应将使导线承受强大的水平风向荷载和上拔风荷载，其中水平荷载和上拔荷载均会加剧风偏角。现有设计规范的内陆风计算模型并未考虑台风的这种动态作用效果，而是统一转换为静态计算，并考虑一定的修正系数。
3.22.4其他特点。局部微地形、微气象等不利条件的叠加也可能导致风速突增引起风偏闪络。另外，对于个别呼高较高的杆塔，如果在设计中未考虑风压高度变化也可能使风偏角超过设计值。

3.3导线相间及对地线放电

主网线路的导线相间及对地放电事故概率仅次于风偏闪络（排除漂浮物造成线路跳闸的偶然因素），该类事故的发生存在外因和内因。
外因主要为瞬时风和微地形的影响，瞬时风较大是由台风自身的特点；局部的微地形，如崖口、峡谷等，会产生微气象，发生风速突变的可能，而这些风速由于影响范围较小、难以被气象台站观测到，在线路设计中往往难以体现。

3.4绝缘子掉串

在主网线路的风灾事故统计中，掉串事故发生的概率大大低于风偏闪络，但掉串事故的抢修往往需要较长时间，影响严重。事实表明，悬垂绝缘子串比耐张绝缘子串更容易发生掉串事故。这一方面是由于悬垂串使用数量更多，另一方面是由于悬垂串尤其是V型串的容易发生卸荷，导致金具松脱。

3.5断股或断线

导地线断股或断线是主网风灾事故的又一种体现。断股是指导地线局部绞合的单元结构（一般为铝股）发生破坏，由于钢芯一般仍然完好，因此被发现之前断股的导地线可能仍然处于正常运行状态；断线则是导地线的钢芯和导体铝股完全破坏。雷击档中也会造成地线断股，这与台风的作用就没有关系了。
风灾事故调查结果显示，档距分布不均匀容易产生断线事故。电线疲劳损伤后容易断股，此时承力截面积减小，应力超过单丝抗拉极限后就会出现整体断线，发生事故。另外，局部的瞬时大风也会使导地线局部机械特性发生突变，导致局部应力过大发生断线。

3.6杆塔结构

台风造成的主网杆塔风灾事故主要是110kV和220kV铁塔倒塔和110kV水泥杆倒杆，其主要原因为：实际风速超过设计最大风速、台风不均匀性、微地形影响、铁塔构件选材、拉线缺失、施工及设备质量问题、次生灾害等。
4结论
本文以台风对主网线路造成的事故危害为基础，从各类风灾的原因入手，对各种不同类型风灾的机理、原因进行分析，为研究防风措施提供了依据。
参考文献：
1.朱宽军, 邸玉贤等，安装相间间隔棒的输电线防风偏设计有限元分析，高电压技术，2010，36（4），1038～1043.
2.张禹芳，我国500kV 输电线路风偏闪络分析，电网技术，2005，29（7）：65～73.

3.《110～750kV架空输电线路设计规范》GB50545-2010.

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