摘要：输电线路风荷载是影响安全运行的重要因素，而在线监测系统是应对风灾害较好的方法之一。文中从风偏机理、风偏闪络的发生条件、风偏角典型计算方法等方面分析了输电线路风偏故障。提出一种基于ZigBee技术的输电线路风荷载在线监测系统，并介绍了系统的组成和相应功能。通过该系统采集的现场数据与风偏角典型计算方法得到的结果有较好的吻合。目前，该系统直接应用于贵州电网公司六盘水输电线路试验基地，可以有效地指导输电线路风荷载的运行维护管理。
关键词：输电线路；风荷载；在线监测技术；风偏故障分析；
1超高压输电线路风偏闪络概述
近年来，因强风暴雨天气引起的输电线路风偏闪络事故显著增加，使电网安全及稳定运行面临巨大挑战。在输电线路中出现的风偏闪络事故往往会引发导线电弧烧伤、断股、断线及跳闸等故障，其后果不仅造成电能损失，而且由于在连续流动风影响下，线路发生风偏闪络故障后一般正常重合闸成功的机率较小，导致输电线路无法正常运行，风偏闪络事故常发生在大风、雷电和降雨气象条件下，同时给故障的排查增加了一定难度。因此，在大风工况气象条件下，对输电线路实时风偏情况进行监测特别重要。
虽然国内外学者对输电线路的风偏现象做了不同程度的研究，但是大多只针对风偏事故进行了简单分析，不够系统和深入。因此，输电线路风荷载响应在线监测设计的目的是设计一种基于ZigBee协议的高压架空输电线路在线监测系统，其在风偏计算公式的基础上准确计算得到风偏角，然后通过风偏角计算绝缘子串相应的偏移量，并且将其与采集角度传感器获取的实际数据进行分析对比，进一步校正风偏量，使得风偏预警信息更为准确。同时，通过微气象传感器采集微气象数据资料，实时掌控输电线路运行的整体情况，为输电线路设计、稳定运行及准确预警提供有效帮助。
2风偏闪络机理分析
因输电线路中导线通过绝缘子串连接在杆塔上，绝缘子串在风力影响下会产生不同程度的摆动，即一定程度上发生了角度偏移，缩小了输电线路导线及杆塔间空气间隙，当此间隙减小到某一值时，相应的电强度将无法承受系统工作电压的最大值。此时，会导致放电击穿现象的发生。一般直线塔风偏跳闸发生的概率高于耐张塔。当直线塔左右两侧档的长度增加时，悬垂绝缘子串更容易发生偏斜。这种偏斜由于会减小输电线路导线及悬垂线夹、防震锤、均压屏蔽环等金具带电部分与杆塔接地部分（包括杆塔脚钉、塔身、横担等）间的绝缘
间隙，增加了风偏闪络故障发生的可能性。另外雷击过程中，击中架空输电线路周边区域时，可能造成架空输电线路形成瞬时间的感应过电压，过大的感应过电压产生极大的电荷量，击穿绝缘子，造成绝缘子闪络故障。
因此，有必要考虑在线路改线过程中连接在直线塔上的悬垂绝缘子串的风向偏移，避免由于过度风偏造成的线路事故。通过对不同地区输电线路的风偏跳闸分析，可知线路风偏的产生和发展过程是非常复杂的。当线路发生风偏放电时，该地区往往有强风飑线天气出现，其为导线风偏输入了巨大能量。这种强风受到局部强对流的影响，发生在涵盖几平方千米到十几平方千米不等的区域，最大风速能达30m/s之上，维持时间数十分钟以上，其超过了线路重合闸装置动作整定时间，致使放电间隙距离依然较小，无法成功重合闸；风偏故障发生时 32 m 高度处实测风速为 33.3 m/s，按 B 类地貌换算到 10 m 高度处的基本风速为28 m/s，风向与导线有一定的夹角，为 75°~90°。由于风偏时刻风向角数据未予以测量，基于夹角可推算垂直于导线的基本风速分量为 27~28 m/s，非常接近设计基准风速 28 m/s。同时，当重合闸装置启动时，系统会产生一定的幅度过电压，导致气隙的二次放电，此时，空气间隙较大时会发生放电，因此，线路发生风偏闪络时成功重合闸难度较大。此外，这种强风发生时还伴有雷雨和冰雹，一方面，由于强风，导线偏移靠近塔身方向，缩短了二者间空气放电间隙；另一方面，由于降雨和冰雹的作用，使导线与杆塔之间的气隙放电电压降低，综合以上因素，导致增加了输电线路风偏闪络发生概率。
3导线风荷载取值讨论
风偏闪络临界风速与实测数据一致性较好，而采用刚性直棒法计算实测故障风速下的风偏角却远小于有限元计算结果，由此可认为刚性直棒法计算过程存在不安全因素。风偏角偏小的主要原因有2个：1）刚性直棒法没有考虑风速脉动引起的风偏脉动效应，低估了导线的风偏响应。2）工程设计时，风压不均匀系数的取值取决于设计基准风速值，无法考虑实际线路所处地形地貌和风场类型的影响，往往导致取值偏小。
事实上，台风或季节强风均属于大尺度风，平均风速在很大范围内基本一致，有实测数据表明风压不均匀系数α达到0.9以上。上述数据经监测主机处理、存储、信息打包后，通过数据传输系统GPRS网络和Internet网络被发送到数据分析系统，即监控终端，监控终端后台工作专家软件对各传感器系统进行信息接收及反馈工作，并且根据风偏量公式的计算，最后得到绝缘子串风偏角及绝缘子串偏移距离（绝缘子串顶端与最低绝缘子间水平距离），同时，通过安装在绝缘子串上的风偏角传感器采集得到的风偏角数据来计算风偏量，对风偏量进行计算，通过将这两个结果分析对比，对风偏能否发生做出精确判断，并且实现全天候实时监测，以便及时发现运行中输电线路异常情况并采取应对措施，避免风偏跳闸等事故发生。
4结论
本文设计风荷载响应在线监测取值可以准确地采集、传输和分析数据。具有较高的可靠性，并且应用于贵州地区，为日后的风荷载灾害预警提供了新的手段。在线监测采集的绝缘子风偏角与风偏角典型计算公式结果相差不超过15%，说明数据采集准确性较高。系统软硬件的合理设计以及系统设计的抗干扰方法，可以有效地提高整体系统的稳定性和可靠性。
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论文作者:武红恩
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第9期
论文发表时间:2019/10/16
标签：输电线论文; 偏角论文; 绝缘子论文; 线路论文; 导线论文; 路风论文; 在线论文; 《当代电力文化》2019年第9期论文;