220kV 架空输电线风偏故障分析技术报告

输配电线路2018-11-08 15:00:49

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01

故障基本情况

1.1
强故障概述



20167151948220kV****线**电厂212开关双套主保护掉,重合复掉,中元华电显示B相故障,测距为2.6KM10#-11#)。****站255开关双套主保护动作,测距23.4KM9#-10#)B相故障。经巡视发现220kV****线15#塔因强降雨和强风天气条件下导致导线对塔身安全距离不满足,造成线路故障。

2016年7月15日20时34分线路试送成功。

表1 故障基本情况


1.2
故障区段基本情况

220kV**Ⅱ线1997年7月25日投运,原名**I线;2008年10月12日由原河临II线72#断开,新建双回路5基接入万荣飞云站后改名为220kV****线。

220kV****线起始河津电厂212开关终至万荣变电站255开关,全长 26.1公里,穿越**河津市、运河高速公路、河津环城公路、汾河、侯西铁路、蒙华铁路等,线路全线地处平原,78基杆塔,导线为2×LGJ-240/30,地线左侧为GJ-50,全线18基耐张塔和39基直线塔21基砼杆,主绝缘配置直线为淄博产复合绝缘子,耐张双串18片四川产FC10P和15*XWP5-100+1*XP-10绝缘子,2009年9月全线耐张绝缘子喷刷RTV涂料,2012-2013年对全线直线杆塔线夹及防震锤附近导线加装了绝缘护套。

表2  故障区段基本情况

表3故障段参数表

从资料可以看出,该耐张段的高程普遍大多为385米左右,而直线只有15#为384米;14#为386.8米,从以上数据可以看出线路自小号向大号逐渐降低,成下山状态。15#塔处于次高处;综合塔型高差为-15.398米


1.3
故障时气象情况

2016年7月15日,**市发布大风、暴雨、雷电黄色预警,**市大部分地区为大到暴雨,平均风力6-8级,阵风8-10级伴随局部强降雨,可能引发泥石流灾害。

15日21时15分故障巡视人员到达**市西辛丰村附近时,当地暴雨已经停止、有3-5级微风,天气稍有雾气,线路附近路边发现有多处树木折断,彩钢棚刮飞和通讯线、电力线挂断的现象,根据当地居民反应的情况得知此处刚刚挂过龙卷风和下过大暴雨。田间雨水深度已经达到10公分以上高度。


表4 故障时段天气



02

故障巡视及处理

15日20时05分,运检室接到市调值班调度员的通知后,根据天气情况、测距信息和雷电定位信息安排巡视方案,共召集10人,分五组开展夜间线路故障巡视。

第一组、第二组4人巡视5#-10#(中间跨越铁路)重点跨越侯西铁路、通道内使用大型车辆堆煤、建筑施工、使用吊车**市环城路卸货、附近村庄塑料大棚的情况。

第三组、第四组4人巡10#-16#通道内建筑施工、使用吊车河津环城路卸货、附近村庄塑料大棚、通讯线电力线及附近村庄塑料大棚的情况。

第五组巡视16#-21#,重点为雷电定位系统反应落雷情况和21#接地检查。

各组21时45分到达巡视地段附近后,由于田地里积水较多,天气较黑,无法进行巡视。

16日早6时40分,安排4组重新对4#-16#进行故障巡视,同时安排检修人员对10#-16#进行登杆检查。

第一组、第二组巡视范围为220kV****线5#至10#采用地面巡视,巡视重点为雷击、绝缘子风偏和导线上放电情况,并测量线路地带的风速。

第三组、第四组巡视范围为220kV****线10#至16#进行登杆检查,重点为雷击情况、绝缘子风偏和导线上放电及杆塔上放电情况,并测量线路地带的风速。

7时 42分左右 发现15#塔的主材上有放电痕迹、导线悬垂线夹出口处有明显的放电痕迹、均压环上有明显的放电痕迹、导线的绝缘护套加在主材角铁上,根据情况初步分析此处为故障的放电点。

11时30分,登塔人员在横担处测量了10分钟风速,最大值为7.9米/秒。 



03

故障原因分析

3.1
天气原因

220kV****线15#所属地理位置为**市西辛丰村,地形属于平原,距当地村民讲以前未出现过这样的极端天气,比如冰雹、飓风、强暴雨等。


3.2
故障原因排查与初步分析

从现场看该段杆塔走向基本为西北-东南走向,线路东边500米处有较大的丘陵,西边为一片平原,距离黄河有5公里,根据气象资料7月15日发生强风从东面开始,沿丘陵下行加速,风瞬时可达到最大值。


3.3
线路地形分析

该段线路处于**市西辛丰村附近,电厂出线后4#塔转向后线路基本呈东北-西南处,220kV****线15#地势平坦,属于平原地带,该耐张段代表档距为290.53米。海拔高度在380~390米之间,无任何遮挡物,易于对流空气交汇上升和风速加大。通过对本次巡视现场风速实测数据和地形地貌分析,该段为特殊气候条件的风偏发生区。


3.4
风偏故障校核

根据故障杆塔结构参数对本次风偏故障进行校核,校核结果为, 28米/秒风速下风偏结果满足要求,经过反算(假设天气良好状态)造成线路故障的瞬时风速在32.98(m/s)到35.28 (m/s)之间

3.4.1、计算条件

线路位置:220kV****线15号杆塔上相。

1)杆塔相关参数塔型:SZ0-21   ( 直线 )当前杆塔档距:左侧档距343m,右侧档距276m 。线路高差情况:14号塔型SZ1-33,海拔386.8米,15号塔型SZ0-21海拔384米,16号塔型SDJB-18,海拔382.6米,15号左侧高差-15.398m,右侧高差1.352m 。该线路杆塔转角 0度。,防振锤重量5.6 Kg。

2)线路计算最大风速条件

该杆塔(设计)计算条件为:28m/s。

3)导线有关数据

该线路使用的导线型号为: LGJ-240 ,其有效计算截面为:275.96mm2 。导线采用分裂方式,分裂数为:2分裂 。导线的自重比载为:3.2772×10-2 N/m.mm2 。导线在该风速情况线的风压比载为:3.5167×10-2 N/m.mm2 

4)悬垂绝缘子串有关数据

该绝缘子串由单挂组成,其分别是:挂板、球头挂环、绝缘子、碗头挂板、分裂间距和悬垂线夹等…,其总合重为:11.83kg 。


3.4.2风偏计算

1)、绝缘子串风压计算  

公式:

式中:

 P -- 悬垂绝缘子串风压(N)

N -- 绝缘子片数(复合绝缘子折算为双裙绝缘子5片)。

A -- 绝缘子受风面积(m2

说明:在这里绝缘子统一取最大值0.04 。

V -- 风速(m/s)

风压计算(28M/秒):

P=9.8×(5+1) ×0.04×282/16 = 115.248(N) 


2)、导线荷载计算

水平档距公式:

L=(L1+L2)/2


式中:

L1 -- 左侧档距(m)

L2 -- 右侧档距(m)

220kV河万Ⅱ线15#杆塔的水平档距为:

L=(L1+L2)/2 = (343+276)/2 =309.5(m)


垂直档距公式:

式中:

LV -- 垂直档距(m)

L  -- 水平档距(m)

σ -- 计算气象条件下的导线应力(N/mm2)

g4 -- 计算气象条件下导线的比栽[N/(m.mm2]  

h1 -- 悬点高差(m)

h2 -- 悬点高差(m)

220kV河万Ⅱ线15号杆塔的垂直档距为

lv=L+σ×(h1/L1+h2/L2)/g4

= 309.5+91.875×(-15.398/343+1.352/276)/3.5167×10-2

= 205.015(m)


3)、风偏角计算

悬垂绝缘子的风偏角计算公式:

式中:

ψ --风偏角

P -- 悬垂绝缘子串风压(N)

L  -- 水平档距(m)

LV -- 垂直档距(m)

G -- 绝缘子串金具的总重(N)

A-- 导线截面(mm2

g4 -- 导线的风压比载(N/m.mm2)

g1 -- 导线的自重比载(N/m.mm2)

NJ -- 绝缘子单双挂

N -- 分裂导线数

Gz—重锤重量

GF—防振锤重量(4×5.6×9.8)

220kV河万Ⅱ线15号杆塔的风偏角为:


3.4.3  220kV****线15#上相绝缘子风偏验算结果:

经过查询图纸和作图得知220kV****线15号杆塔塔型为SZ0其最大允许摇摆角为:58.32度,按照正常状态下上相绝缘子风偏满足要求。


3.4.4风速反算:

工频电压下线路放电间隙550mm,经作图计算得知220kV****线15号杆塔上相绝缘子串最大允许摇摆角为:58.32度。

将风比载g4计算公式和绝缘子串风压计算公式

代入风偏角计算公式:

解得风速V= 32.98(m/s)

经过反算绝缘子串在最大允许摇摆角58.32度时的风速为32.98m/s。

根据故障巡视发现绝缘护套已悬挂于杆塔上,经作图计算此时绝缘子的风偏角为61.66度,反算此时风速为:

解得风速V=35.28(m/s)

经风速反算可得知,发生故障时瞬时风速在32.98(m/s)

到35.28 (m/s)之间,超过设计值28 (m/s)。


3.4.5、改造加重锤方案计算

220kV****线15号上相绝缘子串的最大允许摇摆角58.32度,考虑5度的安全裕度,绝缘子串改为双串,采取加重锤措施。

 解得GZ=926.42(N)

所加重锤质量为94.53,一片重锤为15公斤,94.53/15=6.3,因此需加重锤7片。


3.5
输电线路风偏掉闸原因

1)、风偏跳闸机理

输电线路杆塔矗立在野外,受各种自然条件的影响,气流沿着东边的丘陵一路前行向下进入220kV****线15#所在的地带后,由于强风到达该处后加速,加上瞬时暴雨导致空气绝缘程度降低,造成线路故障。


2)、风偏放电路径

线路发生风偏后,由于线夹和防震锤复检导线加装了绝缘护套致使线路受风面积增大(在计算中增加了2片绝缘子的受风面积)较多,致使导线及线夹紧贴塔身主材,由于降雨绝缘护套包裹不是很严密,绝缘护套中有雨水流过,导线通过缝隙对塔身主材螺栓放电,由于放电产生电弧将绝缘护套的连接件烧开,现场绝缘护套部分融化,导致绝缘护套脱落,脱落后一侧恰至铁塔主材与斜材之间,风速小后由于导线重力将护套扯开,导线开始回落,此时重合闸动作,线路重合时均压环对塔材放电,线路重合不成功;随后导线恢复至垂直状态,导线碗头遗留扯断的护套,烧毁后的护套遗留在塔身主材上。 

放电后,电流从塔身流过通过接地螺栓接地,现场杆塔接地未发现烧伤痕迹,说明此处接地良好,由于下大雨,地面10cm左右的雨水,电流全部泻入大地,地线线夹未发现烧伤,说明电流未从架空地线流走。

现场经测量220kV****线接地完全符合要求。


3.6
故障原因分析结论

 结论:综上所述,本次故障为****线15#塔所处区域发生短时间发生强风、暴雨、冰雹灾害,致使15#塔绝缘子在强风暴雨的特殊天气条件下发生风偏对铁塔构件放电。



04

暴露的问题

(一)专业管理有待提高,对微气象区认识不足,虽然在风偏验算中该塔摇摆角满足要求,加上后期加装绝缘护套后人为认为,其提高了绝缘程度,可有效防止风偏故障。对加装绝缘护套后所增加的受风面积,未重新进行风偏验算。

(二)由于该线路1997年投运以来,未发生过风偏故障,加装护套以来未进行风偏验算,同时该区域未发生过大的风害,造成了思想麻痹,是形成本次故障的一个主要原因。

(三)2013年加装的绝缘护套设计上线夹与导线护套相掺和只有5公分偏少;线夹施工工艺采用卡子连接,长时间运行卡子老化,无法满足防雨水渗漏的要求。



05

下步工作计算

(一)重视设计阶段图纸审查,对新建线路从接图伊始就要完成杆塔的摇摆角验算,严格执行省公司5度设防的要求,从源头上严把质量关。

(二)对发生故障的15号塔经过计算需要在导线部分增加94.53公斤重锤才能达到确保32.98米/秒风速下导线不发生风偏故障;计划对220kV****线SZ0、SZ1塔型12基、220kVYSII线SZ0、SZ1塔型8基绝缘子摇摆角进行逐基复核,对加装了绝缘护套的6条线路的杆塔重新进行风偏校核,不满足风偏校核的杆塔尽快采取加重锤或绝缘子下拉的实施。

(三)加强强风区线路资料收集,修改特殊区域台帐,将该线路1#-20#纳入风害区进行管理,定期测量风速、进行恶劣天气观察等,立即安排对该线路及其它强风区线路塔头部分螺栓紧固程度、连接金具变形进行全面检查,发现问题及时处理。

(四)立即安排对220kVYT线、ZX线、YTI II线、LXII线****线六条线路加装绝缘护套的杆塔进行全面的防老化检查,对结合处有缝隙和卡子老化的进行更换,确保真正起到防鸟害和防风偏作用。 

以上由运城供电分公司输电工区李红军老师提供分享,在这里小编表示非常感谢。

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