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输电线路风偏故障分析及应对措施

文档作者：武国亮１，宋述停１蔡炜２刘晓伟２田丁２文档来源：１．国网山西省电力公司２．国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，		点击数：	更新时间： 2024年07月01日
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上一篇：输电线路覆冰及防范措施

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２０１３ 年第６ 期
２０１３ Ｎｕｍｂｅｒ ６
水电与新能源
ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＡＮＤ ＮＥＷ ＥＮＥＲＧＹ
总第１１１ 期
Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．１１１
文章编号：１６７１ －３３５４（２０１３）０６ －００２８ －０４
收稿日期：２０１３ －０５ －０８ 作者简介：武国亮，男，工程师，从事输电线路运行管理工作。
输电线路风偏故障分析及应对措施
武国亮１，宋述停１，蔡　炜２，刘晓伟２，田　丁２
（１．国网山西省电力公司，山西太原　０３００００；
２．国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，湖北武汉　４３００７０）
摘要：通过对输电线路运行情况进行全面的调研分析，风偏故障是造成输电线路跳闸的一个主要因素。结合一些输电
线路跳闸统计情况，从风偏机理、天气、地理环境、线路本体设计等方面综合分析了风偏故障的成因，进一步分析了风偏
防治措施。在全面借鉴行业先进经验的基础上，依据风偏防治的原则和规范，给出了相应的风偏故障防范措施；并结合
相关的电网事故案例，对输电线路风偏防治的现行状况提出了进一步的整改措施，从设计、施工、运维方面提出风偏反措
建议。
关键词：输电线路；风偏故障；防治措施
中图分类号：ＴＭ７７３　　　文献标志码：Ａ
Analysis and Countermeasures of Windage Yaw Accident on Transmission Line
ＷＵ Ｇｕｏｌｉａｎｇ１ ， ＳＯＮＧ Ｓｈｕｔｉｎｇ１ ， ＣＡＩ Ｗｅｉ２ ， ＬＩＵ Ｘｉａｏｗｅｉ２ ， ＴＩＡＮ Ｄｉｎｇ２
（１．Ｓｔａｔｅ Ｇｒｉｄ Ｓｈａｎｘｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ ， Ｔａｉｙｕａｎ ０３００００， Ｃｈｉｎａ；
２．Ｗｕｈａｎ Ｎａｒｉ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．ｏｆ Ｓｔａｔｅ Ｇｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ， Ｗｕｈａｎ ４３００７０， Ｃｈｉｎａ）
Abstract： Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ ， ｗｉｎｄａｇｅ ｙａｗ ａｃｃｉｄｅｎｔ
ｉｓ ａ ｍａｊｏｒ ｆａｃｔｏｒ ｉｎ ｃａｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｌｉｎｅ ｔｒｉｐ ｆａｉｌｕｒｅ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ｄａｔａ ｏｆ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ ｔｒｉｐ -
ｐｉｎｇ， ｔｈｅ ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ｗｉｎｄａｇｅ ｙａｗ ａｃｃｉｄｅｎｔ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｅｒｍｓ ｏｆ ｗｉｎｄａｇｅ ｙａｗ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ， ｗｅａｔｈｅｒ， ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，
ｍａｉｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｎｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｗｉｎｄａｇｅ ｙａｗ ｐｒｅｃａｕｔｉｏｎｓ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ．Ｏｎ
ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｉｎｄｕｓｔｒｙ’ｓ ａｄｖａｎｃｅｄ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ｎｏｒｍｓ ｏｆ ｗｉｎｄａｇｅ ｙａｗ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ， ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ
ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．Ｔｈｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｒｅ ｒａｉｓｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ
ｄｅｓｉｇｎ， ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ， ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｂｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ ｓｏｍｅ ｇｒｉｄ ａｃｃｉｄｅｎｔ ｃａｓｅ ． Key words： ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅｓ； ｗｉｎｄａｇｅ ｙａｗ ａｃｃｉｄｅｎｔ； ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ
１　输电线路风偏故障统计
风偏故障类型有很多种，这里根据某省在２００７ ～
２０１１ 年输电线路跳闸的故障统计，主要分为雷击闪
络、覆冰闪络、风偏闪络、鸟害闪络、外力破坏５ 种故障
类型。据统计，该省２２０ ｋＶ 及以上输电线路总跳闸次
数为３００ 余次，其中线路因为风偏故障跳闸次数多达
３０ 次，约占线路总跳闸次数的１０％，其中２０１０ 年多达
２０ 次。图１ 是２０１０ 年该省２２０ ｋＶ 及以上线路跳闸故
障类型饼状图，可以看出风偏故障跳闸次数占到了全
年故障跳闸的２３％。下面详细介绍该省电网输电线
路风偏故障情况。
（１）风偏故障跳闸的发生主要集中在春夏两季。
据统计，２００７ ～２０１１ 年间该省２２０ ｋＶ 及以上线路风
偏故障在３ 月发生次数最多，约占风偏故障跳闸总次
数的６１％，６ 月发生的风偏故障跳闸约占２０％。图２
是该省风偏故障统计的月度分析饼状图。可见，风偏
故障的发生具有一定的季节性。
（２）风偏故障受地理因素影响较大。据统计，
２００７ ～２０１１ 年间该省２２０ ｋＶ 及以上线路风偏故障风
偏跳闸主要集中发生在山区、高海拔地区、峡谷区等地
形复杂区域，其中高海拔地区受２０１０ 年大风恶劣天气
影响最为严重，发生风偏跳闸次数约占其５ ａ 风偏跳
闸总数的８７％，说明地形复杂环境对线路风偏跳闸影
２８
武国亮，等：输电线路风偏故障分析及应对措施２０１３ 年１１ 月
图１　２０１０ 年某省２２０ ｋＶ 及以上线路跳闸故障类型饼状图
图２　２００７～２０１１ 年某省２２０ ｋＶ 及以上线路风偏故障月度分析图
响较大。
２　风偏故障原因分析
２．１　设计裕度小是内在原因
该省电网发生故障的部分输电线路是按照
枟１１０ ～５００ ｋＶ 架空送电线路设计技术规程枠（ＤＬ／Ｔ
５０９２ －１９９９）设计施工的，与现行的枟１１０ ～７５０ ｋＶ 架
空输电线路设计技术规程枠（ＧＢ ５０５４５ －２０１０）相比如
表１ 所示，该设计规程标准偏低、设计裕度小。
对于２２０、５００ ｋＶ 输电线路的重现期，新规程分别
将１５、３０ ａ 一遇提高到３０、５０ ａ 一遇，反映出原设计标
准偏低；旧规程对风速名称的定义是最大设计风速，而
新规程定义为基本风速，设计过程中根据实际高度折
算到相应高度的最大风速，与实际风速值更加接近，相
比旧规程风速值提高了约５％；新规程将风压不均匀
系数提高至０．７５，提高了１１％，也说明旧规程中的取
值偏小，对风速打的折扣过大，预留裕度不足［１ －２］ 。因
此，风偏故障的内在原因是旧规程设计的输电线路抵
抗强风能力不足。
表１　原规程与新规程部分内容比较表
项目旧规程新规程比较结果
２２０ ｋＶ 输电线路重现期／ａ １５ ３０ 新规程标准提高 ５００ ｋＶ 输电线路重现期／ａ ３０ ５０ 新规程标准提高 风速名称最大设计风速基本风速含义不同
风压不均匀系数（校验杆塔电气间隙时） ０．６１ ０．７５ 新规程标准提高 风压不均匀系数随水平档距变化取值 无 水平档距小于等于２００ ｍ 时取０．８ 新规程标准提高 ２２０ ｋＶ 风速取值离地面高度／ｍ １５ １０ ５００ ｋＶ 风速取值离地面高度／ｍ ２０ １０ ２．２　强风恶劣天气是主要原因
根据对风偏跳闸机理的分析，强风是造成风偏跳
闸的根本原因。当线路附近的气象站测得风速超过最
大设计风速，风攻角超过４５°时，风偏跳闸极易发
生［３］ 。其次，气象站一般建在城郊结合部位，且所测
仅为距地面１０ ｍ 高度的风速数据，此数据与线路处实
际风速存在一定的偏差。再次，由于飑线风的区域性
和阵发性，气象站附近往往不是风力最强劲的区域，而
且绝缘子和导线的悬挂高度一般在２０ ～３０ ｍ，远远高
于风速监测装置的高度，气象站测得的风速还应乘以
相应的高度系数（ ＞１），所以线路处实际风速一般比
气象站给出的数据大［４］ 。
除了强风对线路的影响之外，夏季大风时常伴有
冰雹及暴雨，暴雨受到强风作用，沿着风的方向形成定
向的间断型水线，如果水线流动的方向与闪络路径成
一致，就会导致空气间隙的放电电压降低［５］ 。而且，
强降水形成的水帘也会降低导线与杆塔间隙的放电电
压，特别是当水帘的方向与导线到杆塔最小距离的方
向接近时，更容易导致风偏故障。
该省电网风偏跳闸主要发生在初春和夏季，是因
为春季风速最大，夏季易发生强飑线风天气，风偏故障
的发生具有一定的季节性。
２．３　微地形环境的影响
风偏故障杆塔所处的地理位置也是风偏故障的重
要影响因素。部分属于特殊地形下的微气象区，根据
其地理特征可分为以下两类。
（１）位于峡谷交汇处、具有狭管效应的漏斗形谷
底附近，当气流经开阔地带流入狭窄地形构成的峡谷
时，由于空气质量无法大量堆积，加速流过峡谷，风速
增大，使风偏故障极易发生［６］ 。
２９
水电与新能源２０１３ 年第６ 期
（２）位于海拔较高（１ ９００ ｍ 以上）的山顶突出上
行风位置。这些杆塔附近的山体呈东西走势，地表没
有明显遮挡物，杆塔处在突出位置，受高山效应影响，
风力加速明显，瞬时大风使导线受到的横向风力增大［７］ 。
以上两类地理特征是典型的微地形、微气象区域，
多年来的输电线路运行经验表明，这类地区的风速明
显高于其他地区，受大风恶劣天气影响最为严重，风偏
故障跳闸次数最多。
２．４　线路本体设计的影响
根据对２００７ ～２０１１ 年该省电网输电线路风偏跳
闸数据统计的分析，发现线路本体设计对风偏跳闸影
响较大，包括以下２ 个方面。
２．４．１　紧凑型线路相间放电
近年来，紧凑型线路在电网５００ ｋＶ 主干网中投产
较多，其结构方式如图３ 所示。紧凑型线路将三相导
线置于同一塔窗内，三相导线间无接地构件，减小了线
路走廊宽度，缩小了导线相间距离，易造成线路的相间
距离不足放电跳闸［８］ 。
图３　紧凑型输电线路结构方式图
２．４．２　跳线松弛
导致跳线松弛的原因是耐张跳线的设计未建立在
精确的风偏计算模型上，参数计算存在误差。由于耐
张线夹至跳线横担间的悬链线部分跳线受沿线路方向
的强风影响，使跳线与杆塔构件空气间隙不足，导致放
电跳闸［９］ 。
另外，施工单位架设跳线时未严格按照设计图纸
要求，验收部门没有对耐张跳线的松弛度进行检验，给
线路安全、可靠运行埋下了隐患。如某省２２０ ｋＶ 输电
线路的某些“干”字形耐张塔，中线跳线采用双联双挂
方式固定，在强风作用下导致跳线松弛，对耐张串挂点
风偏放电，其结构方式如图４ 所示。
　　该类型２２０ ｋＶ“干”字型耐张塔跳线的连接结构
容易出现以下问题。
（１）当跳线驰度过大时，沿着线路方向的风容易
造成跳线向塔材发生偏移。
（２）跳线悬挂单点绞链结构在一侧风作用下易扭
转，导致受风侧跳线驰度增大，更容易对横担或塔体
放电。
（３）据绝缘子污秽防治的要求，运维过程中将线
路中原有的瓷质、玻璃等盘形绝缘子更换为复合绝缘
子。复合材料质地较轻，会导致风偏角增大。而复合
绝缘子串的串长较大，在风偏角相同的情况下导线与
杆塔构件距离减小［１０］ 。如果在复合绝缘子的改造中
相关的防风偏工作不到位，则容易发生风偏故障。
３　风偏故障类型分析
风偏故障类型有很多种，这里根据某省输电线路
在２００７ ～２０１１ 年风偏跳闸的故障类型统计显示，出现
的风偏故障主要分为以下几种类型。
（１）紧凑型线路相间短路。紧凑型线路相间距离
小，阵风作用下各相导线受风时间和各相导线松驰度
存在差异，造成摆动周期和相位不同，从而形成导线的
不同期摆动，易造成线路相间距离不足放电。
（２）导线对杆塔构件放电。直线杆塔两侧水平档
距内导线在风力作用下导致悬垂绝缘子串倾斜，当倾
斜到一定程度时，导线或金具等对杆塔及拉线的距离
不满足绝缘强度要求，导致空气间隙击穿引发输电线
路跳闸。
（３）跳线对杆塔构件放电。采用单点铰链式挂点
连接的耐张跳线，在风力作用下易向杆塔侧产生偏移，
对杆塔构件距离不满足绝缘强度要求，导致空气间隙
击穿引发输电线路跳闸。
（４）对相邻物件风偏放电。输电线在风力作用
下，向邻近线路、边坡、建筑物等相邻物体产生偏移，当
导线与相邻物体距离过小时产生空气间隙放电，引发
输电线路跳闸。这类跳闸易发生在地势起伏较大或周
边树木、建筑物较多的区域。
４　风偏故障防治
针对输电线路风偏故障的机理和特点，目前的风
偏防治措施主要从线路的设计结构、施工地点、运维管
理等方面着手。
（１）直线塔风偏角复核。按新的架空输电线路设
计技术规程，对２２０ ｋＶ 及以上输电线路直线杆塔进行
风偏验算，编写风偏校验报告，全面复核中相及边相绝
缘子串的风偏角，对风偏角大于设防标准的悬垂绝缘
子串，采用加装重锤、下拉固定等防风偏措施［１１］ 。
（２）跳线双挂点改造。对于２２０ ｋＶ“干”字形塔跳
线串，按照工艺要求，进行双挂点改造，控制跳线长度。
将跳线绝缘子串单挂点联结方式改为双挂点联结方
３０
武国亮，等：输电线路风偏故障分析及应对措施２０１３ 年１１ 月
图４　“干”字形耐张塔结构方式图
式，避免因侧向风引起的引流管转动。为了确保两串
绝缘子之间的有效距离，减少转动范围，应在原挂点处
增加１ 根角钢横担，并通过２ 根扁铁构成三角形进行
加固［１２］ 。
（３）绝缘子串布置方式改造。对直线杆塔的悬垂
绝缘子串进行Ｉ 串改Ｖ 串，避免大风时导线对塔材距
离过小，造成导线对塔身放电。加装重锤增加悬垂绝
缘子串的垂直荷载，也可有效减小横向风引起的绝缘
子串的摆动［１３］ 。
（４）导线对地距离及临近异物距离测量。对线路
档距中央和弛度最低点与临近异物的距离进行测量，
并按极端恶劣情况下的最大弧垂及最大风偏进行校
验，同时在恶劣天气、大负荷期间安排特殊巡查。
５　结　语
根据对该省电网事故案例的分析，得出引起输电
线路风偏故障的主要因素有２ 点。①气象及环境条
件。瞬时风速超过线路设计标准，微地形造成局部风
速超过线路设计标准，增加了故障发生的概率。②线
路本体设计。紧凑型相间距离过小、各类型塔的设计
裕度不足、“干”字形耐张塔跳线挂点设计缺陷、复合
绝缘子使用不当。
根据以上分析所得出的输电线路风偏跳闸主要特
征及影响因素，从设计、施工、运维方面提出如下风偏
反措建议。
（１）新建线路设计必须严格执行新规程，参数计
算要严格按照新规程进行，并在此基础上适当提高风
偏校验水平。
（２）充分掌握沿线微地形、微气象情况，尽量避开
此类区域，采取预防性措施，如增加杆塔强度、缩小档
距等。
（３）安装气象在线监测系统，掌握沿线实际气象
数据，为新建线路提供可靠依据。
（４）线路施工及运维时，严格按照相关规定，并对
线路进行适当地改造，增强输电线路对强风暴雨恶劣
天气的抵御能力，提高其风偏故障预防及治理能力。
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Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＴＥＮＣＯＮ ２００６．２００６ ＩＥＥＥ Ｒｅｇｉｏｎ １０ Ａｎｎｕａｌ
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， ２００６： １ －４
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