摘要：高压输电线路绝缘子的风偏是导致线路跳闸的重要因素，在该过程中，伴随的放电冲击、电弧烧伤缆线、断股甚至断线等问题可形成较严重的风偏事故，带来较大的经济损失。风偏发生的情形多在大风期间，然而不同的风类型作用下，由于其气流特性的差异，引起的风偏特征可能有所不同，风偏的大小不仅相关于风速的大小，且与气流作用均匀性等有关。此外跳线绝缘子的风偏力学特征与悬垂绝缘子有所区别，获取现场线路具体条件下各种绝缘子的风偏变化情况对线路运维有实际意义。
关键词：跳线绝缘子；台风；风偏特征
目前对风偏信息的获知主要可分类为以下几种方式。由测量风速直接计算风偏在技术上较为简单，但计算参数存在一些人工指定的经验值，使得误差不确定。由视频图像提取风偏在理论上较优，然而视频采集受到光照、噪声等条件的影响可产生失真，在背景较杂时，风偏提取算法也可能失效。相比较而言，传感器的测量是获得风偏的最直接方式，可运用原理上直接对姿态响应的技术来实现对空间角度的检测。本文运用的光纤光栅倾角传感是较为成熟的技术，将其结合自动控制及无线数据传输技术用于绝缘子风偏监测，具有环境适应性强、维护简单、可靠性高等优点。
一、测量条件
1.1传感系统
本测量使用的传感系统为基于光纤光栅的倾角传感，结合光学数据采集、光电转换、数据计算、无线传输的整套控制软硬件，并包含数据接收服务器的完整系统。传感单元在绝缘子上的安装形式见图1，包含两个相同的一维倾角器，传感方向分别为线路顺线和横线方向，分别测量该串玻璃绝缘子的倾斜角与风偏角。绝缘子上传感器测量的数据通过光纤传输到安装在杆塔横担上的控制微电脑，在此进行处理转换成角度信息，由网络发送至数据服务器进行展示。
试验线路电压等级为110kV，测量系统安装杆塔离海岸约20km，小号端档跨越高速公路，大号端档下为农田，塔高较大且地形开阔，容易形成风偏现象。杆塔见图2，传感器安装在耐张转角塔的绕引跳线绝缘子上，测量到的是跳线风偏。其二维竖向测量方向分别沿转角角度中线方向，及其垂直方向，分别称为风偏角与倾斜角。
1.3台风概况
本次测量数据取自2016年10月台风“莎莉嘉”登陆期间，台风强度为强热带风暴，中心最大风力14级。台风眼路径从监测杆塔附近经过，理论上该杆塔具备受风极大并形成强风偏的条件。
二、数据分析
2.1风偏演化
传感器测量的跳线风偏角与倾斜角变化见图3。图中可见风偏角的较大变化幅度出现在凌晨4时至8时，在其他时段（如18时至24时），有零星的明显波动出现。倾斜角有类似的趋势，且在局部形成较大的极值，最大波动幅度约为12°。考虑跳线的张力几乎为零，同一串绝缘子的主要倾斜与其主要受力方向有关，沿顺线方向的波动更大表明此次风向主要沿顺线方向，与气象局记录的西北主导风向相符合。此外两角度均有一个非零的本底，与绝缘子串本身机械受力平衡形成的固有倾斜有关。从图中可见该本底有一个长时间的渐变，幅度达到5°，其趋势且与台风前后两次极大风速的趋势一致，应与该时段的稳恒风向形成的近静态平衡有关。
与分布式风速监测系统现场测量的左右档平均风速相比较，风偏角与倾斜角的波动幅度趋势与风速趋势类似。本次台风期间，在本塔形成的最大风力为19m/s，根据风速计算的风偏角最大为30°，实测幅度不及理论的一半，整体属于较小的范围，与玻璃绝缘子自身防风偏的特性有关。整个时段内出现大值的概率很小，显示为突变型，除了受风速均匀性影响外，还可能与杆塔对附近气流的干扰有关。计算的风偏角为某风速作用的理想情形下引起的可能的最大风偏，本例中，风偏角或倾斜角出现极大值的时刻与风速极大的时刻并不对应，二者无很强的关联性。
2.2空气间隙
根据风偏角和倾斜角的同步监测数据可计算出该串绝缘子在对应偏斜角度下的空气间隙，见图4。在本例中，绝缘子为LXP-70型玻璃8片串，组装长度按1.45m使用，跳线为无张力状态且有一定的弧垂，因此以绝缘子最下端为最小空气间隙的考虑起点。另外，从图2杆塔结构上可见，塔体离跳线较远，离跳线最近的为悬挂跳线绝缘子的横担，为简化计算，将其近似为横担导体平面，计算绝缘子下端在特定偏斜角度下与横担的距离。
根据计算结果，在本次台风中，该绝缘子串的空气间隙变化幅度整体较小，空气间隙最多只降低到1.39m，远大于本地理论上容许的最小空气间隙。由于监测绝缘子串位于本线路几串绝缘子的最底端，其它几相的绝缘子在高度、风速、均匀性条件上有略大的风偏可能性及稍小的空气间隙，但是仍应远高于50%概率放电的空气间隙值。因此，本线路在此杆塔由于风偏闪络的理论可能性极小，与事实符合。
结语
通过点式风偏测量系统探测了在台风期间的某耐张杆塔绕引跳线玻璃绝缘子串的偏斜情况，数据表明，风偏与倾斜角在台风风速较强的时段有出现较大值的机会，但总体风偏角度不大，极值的出现具有突然性，且与测量的平均风速无明显关联。在台风过程中，其风偏与倾斜存在一个可能是台风风向带来的较稳定的偏移量。根据绝缘子的风偏与倾斜角计算得到的空气间隙值较小，本次台风中不存在闪络的理论风险。
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论文作者:胡等友
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/4/1
标签：绝缘子论文; 偏角论文; 风速论文; 跳线论文; 倾斜角论文; 杆塔论文; 测量论文; 《电力设备》2018年第29期论文;