（廣東電網(wǎng)韶關供電局，廣東韶關512026）

0 引言

在風荷載激勵下，輸電線路的導線、絕緣子串將產(chǎn)生風致振動，大幅度的風偏擺動減小電纜與桿塔、樹木等之間的空氣間隙，嚴重情況會產(chǎn)生放電現(xiàn)象，對輸電線路安全運行造成較大風險[1-3]；另一方面導線、絕緣子的往復運動容易對絕緣子串、金具造成材料的疲勞破壞[4-7]。

因為風偏放電導致的跳閘，是風荷載較大，風偏致使最小空氣間隙被超越的持續(xù)時間，通常遠遠大于重合閘操作時限，使得在重合閘操作時，導線與桿塔的間隙仍然小于空氣間隙要求；同時，重合閘操作時，輸電線路中出現(xiàn)操作過電壓，遠大于工頻放電電壓，導致影響更為嚴重的二次放電[8-12]。因此，針對性的分析絕緣子風偏特性的各個影響因素，對電力系統(tǒng)的安全運行和新建線路的防風偏設計具有重要的實際意義。

1 絕緣子串風偏角計算模型

在架空輸電線路中，帶電部分與桿塔構件之間必須保持足夠的空氣間隙值，需滿足運行電壓、操作過電壓及雷電過電壓工況下受不同風荷載的最小空氣間隙。懸垂絕緣子串下端帶電導線到桿塔構件最小空氣間隙由風偏角來計算。依據(jù)靜力平衡方程，計算風偏角的方法主要有弦多邊形法、剛體直桿模型法[13-15]。對復合懸垂絕緣子串，可以用剛體直桿模型法來計算絕緣子風偏角，如圖1所示。

圖1 復合懸垂絕緣子串剛體直桿模型Fig.1 Rigid body straight rod model of composite suspension insulator string

由圖1的懸垂絕緣子串靜態(tài)受力模型可知，設絕緣子風偏角為?，則，

式中，F(xiàn)j是絕緣子串風載荷，N；Gd是導線垂直載荷，N；Gj是絕緣子串重力，N，lc是垂直檔距，m；?是懸垂絕緣子串風偏角，（°），F(xiàn)d是垂直于導線的水平風載荷，N；ls是水平檔距，m。

絕緣子串風載荷：

式中：n是絕緣子片數(shù)；sn是每片絕緣子受風面積，m2；v為導線上的風速，m/s；kz為高度變化系數(shù)；g為重力系數(shù)，N/kg。

垂直于導線方向的水平風載荷：

式中：ar是風壓不均勻系數(shù)；d是導線直徑，mm。

輸電線路簡化計算中，水平檔距是用于計算水平荷載的檔距、垂直檔距是用于計算垂直荷載的檔距，粗略的講，水平檔距大、垂直檔距小的桿塔對應懸垂絕緣子串的水平荷載較大，垂直荷載較小，因此水平檔距和垂直檔距是影響懸垂絕緣子風偏角大小的重要因素。

2 絕緣子風偏特性影響因素分析

絕緣子風偏角的影響因素主要包括：導線基本參數(shù)、絕緣子基本參數(shù)、檔距、以及外界風速等。在利用點式風速數(shù)據(jù)的計算中影響因素還包括：高度變化系數(shù)、風壓不均勻系數(shù)、地形等因素的影響。

2.1 不同水平檔距條件下風偏特性研究

為了充分研究不同水平檔距下的風偏角的變化規(guī)律，控制除水平檔距以外的其它參數(shù)不變，利用式（2）計算水平檔距變化時風偏角的變化，如圖2所示。

圖2 不同水平檔距條件下風偏角Fig.2 The wind deviation angle under different horizontal span

從圖2可以看到，在其他條件一致的情況下，隨著水平檔距的增加，風偏角逐漸增大。

2.2 不同垂直檔距條件下風偏特性研究

同樣固定其他參量，調(diào)整垂直檔距長度，計算風偏角的變化量，風速14m/s，如圖3所示。

圖3 不同垂直檔距條件下風偏角Fig.3 The wind deflection angle under different vertical span

從圖3可以看到，隨著垂直檔距的增加，風偏角呈快速減小趨勢。輸電線路在設計過程中，在平坦的地形（小垂直檔距）環(huán)境中，通常為降低成本，采用較大跨度（大水平檔距），風偏問題通常起決定性因素；在高低起伏較大的地形（小垂直檔距）環(huán)境中，跨度?。ㄋ綑n距?。?，垂直荷載通常起決定性。

2.3 不同風速條件下風偏特性研究

以某輸電線路N12直線桿塔附近線路參數(shù)為例計算風速風向對絕緣子風偏特性的影響情況。N11-N13桿塔形成兩檔的耐張段，N12直線桿塔塔型為ZTA2164-45，呼高45 m，上相絕緣子串懸掛點距塔基高度45+8 m，塔基地面海拔68.58 m，周邊地勢較低點的海拔高度32.30 m，計算風荷載高度變化系數(shù)所用高度選用68.58+45+8-32.30 m，雙聯(lián)懸垂絕緣子串長度1 889-51 mm，重量35.75 kg，受風面積（1 889-51）×120×2 mm2。N12直線桿塔水平檔距551 m，垂直檔距379 m，線路的方向角為343.73°（正北方向角為0°，順時針為正，與氣象風向定義一致），導線采用LGJX-630/45，單位長度重量2.06 kg/m，外徑33.6 mm，將參數(shù)帶入式（1）～式（4），風速在0-70 m/s區(qū)間變化，風向角在0°-180°區(qū)間變化，計算其絕緣子風偏角繪圖見圖4。

圖4 風速、風向與風偏角的關系Fig.4 The relationship between wind speed，wind direction and wind deflection angle

從圖4至圖5可以看到，當風向與線路方向一致時，風偏角為零；風向與線路方向垂直時，絕緣子風偏角最大；風向的影響區(qū)間較大，在垂直于線路約±60°區(qū)間內(nèi)，在風速較大的情況下，絕緣子風偏角均較大；只有風向與線路夾角較小時，風偏角才較小。

圖5 不同風向下風速與風偏角的關系Fig.5 The relationship between wind speed and winddeflection angle under different wind direction

2.4 風壓不均勻系數(shù)對絕緣子風偏特性的影響

由上面計算模型，風壓不均系數(shù)取不同的值時，風偏角變化如表1所示。

表1 不同風壓不均勻系數(shù)下某一檔距的風偏角Table 1 A span of the wind deflection angle at different pressure uniformity coefficient

中南電力設計院認為水平檔距是影響風壓不均勻系數(shù)的關鍵，建議α=0.5+60/ls，該取值得到了普遍的認可，風壓不均勻系數(shù)隨水平檔距的增大而降低，取值見表2。

表2 不同水平檔距的風壓不均勻系數(shù)取值Table 2 Uneven air pressure coefficient value of different horizontal span

2.5 地形的影響

設計輸電線路采用的風荷載，通常以該地區(qū)的氣象臺站多年觀測統(tǒng)計得來，而氣象站多設置在城區(qū)，輸電線路多處在遠離城市的區(qū)域，由氣象站所觀測到的風速歷史數(shù)據(jù)需要進行修正。仍然以直線塔為例來分析不同地形對絕緣子風偏角的影響，圖6所示為盆地谷地、平原以及及風口對懸垂絕緣子串風偏角的影響。

圖6 地形對風偏角的影響（24 m/s）Fig.6 Influence of topography on wind deflection angle

從圖6中可以看到，相同風速下盆地谷地絕緣子串風偏角最小，微地形風口處的絕緣子串風偏角最大，相對來說更易發(fā)生風偏閃絡。研究發(fā)現(xiàn)坡度變化對絕緣子風偏的影響規(guī)律是，懸垂絕緣子串的風偏角隨著坡度的增加而增大，但是增大到一定程度之后風偏角不再隨坡度變化，這與建筑結構荷載規(guī)范中山坡修正系數(shù)不再隨坡度變化的規(guī)定相符合。

2.6 絕緣子加重錘對風偏角的影響

復合絕緣子較瓷絕緣子更輕，由上面計算模型，計算出的風偏角更大，因此，在防風偏措施中，可在懸垂絕緣子串下方掛重錘，通過改變加裝絕緣子重量。經(jīng)過研究，不同重量的加重錘與風偏角之間的關系曲線如圖7所示。

從圖7可以看到隨著增加重錘的重量，風偏角減小。說明懸垂絕緣子假裝加重錘對抑制風偏有一定的效果。

3 結論

對剛體直桿模型計算風偏角的影響因素進行研究，可得出如下結論。

圖7 不同加重錘條件下的風偏角Fig.7 The wind deflection angle of different weight hammer

1）在其他條件一致的情況下，風偏角是水平檔距的增函數(shù)；是垂直檔距的減函數(shù)，在水平檔距大，垂直檔距小的情形下，要更關注風偏的監(jiān)測。

2）當風向與線路方向一致時，絕緣子串不產(chǎn)生風偏角；風向與線路方向垂直時，絕緣子風偏角最大；風向的主要影響區(qū)間在垂直于線路約±60°區(qū)間內(nèi)，在風速一定的情況下，此區(qū)間懸垂絕緣子串風偏角較大。

[1] 王聲學，吳廣寧，范建斌，等.500 kV輸電線路懸垂絕緣子串風偏閃絡的研究[J].電網(wǎng)技術，2008，32（9）：65-69.

WANG Shengxue，WU Guangyu，F(xiàn)AN Jianbin，et al.Study on Flashover of Suspension Insulator String Caused by Windage Yaw in 500kV Transmission Lines[J].Power System Technology，2008，32（9）:65-69.

[2] 孫保強，侯鐳，孟曉波，等.不同風速下導線風偏動力響應分析[J].高電壓技術，2010，36（11）：2808-2813.

SUN Baoqiang，HOU Lei，MENG Xiaobo，et al.Character?istics analysis of conductors diaplacement under different wind speed[J].High Voltage Engineering，2010，36（11）:2808-2813.

[3] 陶鈴宏，李濤，甘宏軍，等.跳線絕緣子在臺風中的風偏特征分析[J].電瓷避雷器，2017，4:157-159.

TAO Linghong，LI Tao，GAN Hongjun，et al.Analysis of the Windage Yaw Characteristics of the Jumper Insulators in Typhoon[J].Insulators and Surge Arresters，2017，4:157-159.

[4] 胡毅.500 kV輸電線路風偏跳閘的分析研究[J].高電壓技術，2004，30（8）：9-10.

HU Yi.Study on trip caused by windage yaw of 500 kV transmission line[J].High Voltage Engineering，2004，30（8）：9-10（in Chinese）.

[5] LONG Lihong，HU Yi，LI Jinglu，et al.Parameters for windcausedoverhead transmission line swing and fault[C].2006 IEEE Region Conference，2006.

[6] 王黎明，高亞云，盧明，等.特高壓輸電線路新型防舞技術計算[J].高電壓技術，2017，43（8）：2541-2550.

WANG Liming，GAO Yayun，LU Ming，et al.Calculation on a New Anti-galloping Technique for UHV Transmis?sion Lines[J].High Voltage Engineering，2017，43（8）:2541-2550.

[7] 楊曉輝，呂中賓，韓寶林，等.輸電桿塔聯(lián)接件的抗舞防松性能測試與分析[J].電力建設，2014，35（4）：44-49.

YANG Xiaohui，Lü Zhongbin，HAN Baolin，et al.Antigalloping and locking performance test and analysis of joint bolts in transmission tower[J].Electric Power Con?struction，2014，35（4）:44-49.

[8] HU J，YAN B，ZHOU S，et al.Parameter study on gallop?ing of iced bundled conductors[C]∥2010 Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference.[S.l.]：[s.n.]，2010:1-4.

[9] 王少華，蔣興良，孫才新.覆冰導線舞動特性及其引起的導線動態(tài)張力[J]. 電工技術學報，2010，25（1）：159-166.

WANG Shaohua，JIANG Xingliang，SUN Caixin.Charac?teristics of icing conductor galloping and induced dynam?ic tensile force of the conductor[J].Transactions of China Electrotechnical Society，2010，25（1）:159-166.

[10]樓文娟，李天昊，呂中賓，等.多分裂子導線氣動力系數(shù)風洞試驗研究[J].空氣動力學報，2015，33（6）：787-792.

LOU Wenjuan，LI Tianhao，LV Zhongbing，et al.Wind tun?nel test on aerodynamic coefficience of multi-bunled subconductors[J].Acta Aerodynamica Sinica，2015，33（6）:787-792.

[11]張振泉，張東，李曉光等.一起750 kv輸電線路風偏跳閘原因分析及改造措施研究[J].電瓷避雷器，2017，02（276）:168-173.

ZHANG Zhenquan，ZHANG Dong，LI Xiaoguang，Analy?sis and Transformation Measures of 750 kV Transmission Line Wind Biased Tripped[J].Insulators and Surge Arrest?ers，2017，02（276）:168-173.

[12]馬鋼，謝金華，110 kV/220 kV大風區(qū)防風偏復合絕緣子[J].電瓷避雷器，2012，247（3）:15-18.

MA Gang，XIE Jinhua，The Windage Pretection Com?postise Insulator in 110 KV and 220 KV Strong Wind Area[J]，Insulators and Surge Arresters，2012，247（3）:15-18.

[13]龍力宏，胡毅，李景祿等，輸電線路風偏放電的影響因素研究[J].高電壓技術，2006，32（4）:19-21.

LONG Lihong，HU Yi，LI Jinglu1，HU Tao，Study on Wind?age Yaw Discharge of Transmission Line[J]，High Voltage Engineering，2006，32（4）:19-21.

[14]李軍闊.高壓輸電導線微動疲勞研究[M].華北電力大學，2013.

LI Junkuo，Research on Fretting Fatigue of High-Volt?age Transmission line[M]，North China Electric Power Uni?versity，2013.

[15]孟遂民，孔偉，架空輸電線路設計[M]，北京：中國電力出版社，2007:187-189.

MENG Suimin，KONG Wei，Overhead transmissi-on line design[M]，China Electric Power Press，2007:187-189.