架空输电线路风害机理

1、风偏跳闸

风偏跳闸的本质原因是在外界各种不利的条件下,导线-杆塔空气间隙电气强度不足以承受系统运行电压所致。风偏跳闸的主要原因为:

2)局地强风是导致线路放电的直接原因。根据气象部门的 告和现场查询,发生风偏放电的区域一般均出现少有的强风,例如台风、龙卷风、飑线风、峡谷风等。在强风作用下,导线沿风向会出现一定位移和偏转。此外,在间隙减小,空间场强增大时,导线金具和杆塔构件的尖端上会出现局部高场强,更易造成局部放电。从现场观测到的放电痕迹来看,出现在脚钉、防振锤和角铁边缘尖端的放电点正说明了这一点。

3)暴雨导致空气间隙的击穿电压降低。由于强风常伴有暴雨,在强风的作用下,暴雨会沿风向形成定向性的间断型水线。如果水线的定向与闪络路径成同一方向,将使间隙的击穿电压降低。发生放电时导线风偏角会很大,空气间隙明显减小,且击穿电压较无雨、无冰雹时有一定程度的降低。

2、倒塔断线事故抢修方案

2.1 金具磨损和断裂原因分析

长期微风振动会造成金具疲劳损伤、甚至断裂。在金具附近输电线易产生破坏,主要有两方面原因:一方面,安装不当会导致输电线在防振金具部位出现较大的动弯应变,造成疲劳破坏事故;另一方面,金具安装使输电线各股之间挤压,甚至产生压痕。

在风频率及风速较高的区域,气流横线路作用时,悬垂串横向长时间摆动,造成金具频繁磨损。常年频繁横线路大风使“环-环”连接的U型环频繁摆动,接触部位磨损;频繁的风力造成间隔棒支撑线夹与间隔棒框架长期摩擦碰撞,造成铝合金间隔棒磨损。

2.2 绝缘子掉(断)串原因分析

V形串掉串故障多发生在球碗连接部位,在大风作用下,迎风一相导线的背风侧复合绝缘子受挤压,引起R销变形、球头受损,导致复合绝缘子下端球头与碗头挂板脱开,形成掉串故障。见下图。

图 V形串掉串

2.3 复合绝缘子伞裙破损原因分析

频繁的横线路大风是造成绝缘子伞裙疲劳破损的主要外界原因。受风速、频率影响,伞裙出现迎风偏折变形、周期摆动现象,根部与芯棒护套交接处产生周期性的应力集中,导致绝缘子局部硅橡胶材料应力疲劳,出现裂纹并最终发展成伞裙撕裂破损。

3、导线的断股和断线

3.1 微风振动造成断股和断线

在风的作用下,导线时刻处于振动状态,根据频率和振幅的不同,导线的振动大致可分为三种:高频微幅的微风振动、中频中幅的次档距振动和低频大振幅的舞动。三种振动中,导线微风振动发生最为频繁,同时也是造成输电线路损伤的主要原因。

微风振动是在低风速、无冰雪的条件下,发生的卡门涡振动。由于流体绕流过结构物的表面,在结构物的后方形成旋涡。此时,尾流中上面的气流向下挤,形成下涡,下面的气流又向上挤,形成上涡,二者交替出现,又交替从结构物上脱落,以略低于周围流体的速度向下游移动,在柱体后生成两列交替错开、旋向相反、间距保持不变、周期性脱落的旋涡,如下图所示。这便使结构物一受到个交变的周期激励力,从而,引起结构物的周期性振动。这种振动称为卡门涡振动,微风振动即属此类。

图 卡门旋涡照片

旋涡脱落所引起的结构振动,一般称为涡致振动,其振动频率等于旋涡脱落的主导频率。所以,微风振动实际上是一种受迫振动。

如果线路微风振动控制不当,将使输电线路极易发生诸如导线疲劳断股、金具磨损、杆塔构件损坏等故障,对线路安全带来较大的危害。国内外经验表明,架空线路在沿海、沙漠、跨河、跨海等地形条件下容易发生严重的微风振动,没有防振保护措施的导线在两周内就可能导致疲劳断股,不但增加输电线路的功率损耗,造成电力浪费,甚至造成导线断裂而引起断电事故,严重威胁架空线的运行安全。

对国内部分地区架空输电线路的风振危害情况的调查表明,架空线路比较普遍地存在断股现象。特别是大跨越架空输电线路,由于具有档距大、挂点高、张力高、导线截面大、水面平坦开阔等特点,风输入导线的振动能量大,振动更为严重,而且大跨越在输电线路中具有“咽喉”的重要地位,更是架空线路中抗风振的薄弱环节,具有易于风振、难以防振的特点,一直是微风振动防治的重点。

3.2 大风摆动造成断股和断线

导线应力分布不均,在受到顺线路大风的作用下整体摆动,长期疲劳断股。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。一般情况下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。导地线与金具在大风的作用下长期磨损也是造成断股的主要原因之一。

4、杆塔损害

杆塔倒塔与风力、杆塔设计强度、杆塔结构、地理位置等因素息息相关。风力过大即最大风速超过了杆塔设计的抗风标准是造成杆塔倒塌的主要原因。其表现可分为杆塔强度不够引发的折杆现象以及塔基薄弱引发整体倾倒现象。其中对于塔基薄弱的杆塔,抗倾覆能力不满足特大风力时,将会出现不同程度的上拔现象,是造成铁塔倾倒的重要原因之一。

此外,由于输电塔和导地线是一个耦联的系统,输电线受风的作用产生严重的振动,将会在导线内产生很大的动张力。动张力将对输电杆塔产生强大的拖曳作用,拖曳作用的大小与档距有直接关系。对于两边档距都比较大的输电塔而言,其所受的拖曳作用就更大,从而导致输电杆塔的破坏更严重。这也造成了档距大的塔与档距小的塔的倒塔特征不同。

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