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风对架空输电线路的影响及危害来源:河南汇德电气 时间:2020/1/8 11:47:00

对于架空输电线路,风是第一安全影响因素。而且,一旦由于风灾导致输电线路故障的发生,则很难在短时间内得到解决,会导致故障所造成的损失不断的扩大。下面我们就说说常见的风对架空输电线路的影响及危害。

风偏故障

风偏是指输电线受风力的作用偏离其垂直位置的现象。其容易造成运行线路导线相间放电,导线对杆塔(塔身、横担)、边坡、树木、凸出的岩石或其它物体放电,进而导致的线路跳闸的故障。一旦发生风偏跳闸,其重合成功率较低,造成线路停运的几率比较大。

风偏故障产生的原因主要有两个方面的原因:

(1)恶劣的气象条件是造成风偏闪络事故的诱因,即发生风偏闪络的本质原因。当输电线路处于强风等恶劣环境下,此时强风使得绝缘子串向杆塔方向倾斜,减小了导线与杆塔间的空气间隙距离,有时导线一杆塔空气间隙之间存在异物(雨滴、冰雹、沙尘等)降低了空气间隙的电气强度,当该距离不能满足绝缘强度要求时便发生放电。

(2)设计参数选择不当是造成风偏事故的根源。线路防风偏设计的主要参数是风偏角,合理选择风偏角设计参数是保证输电线路最小空气间隙满足规程要求的前提,在易于产生强风的某些微地形区,设计参数选择不当,一旦形成某些强对流天气,就会发生风偏故障。

大风故障

大风故障,即大风影响输电线路的常安全运行。通常由大风造成的故障有两类:(1)风力超过杆塔的机械强度而发生的杆塔倾斜或歪倒所引起的事故。(2)风力过大使导线承受过大风压,产生导线摆动以及在空气紊流作用下导致的导线 同期摆动,从而引起导线之间相互碰撞而造成相间短路、闪络放电以至引起停电事故。

产生大风故障的原因主要有:(1)设计方面。基准设计风速考虑不太合理,设计裕度不足,设计风荷载时未考虑阵风的动力效应等。(2)施工方面。遗留的缺陷未及时处理:如基础未夯实,拉线夹角不符合要求等。(3)客观因素。客观气象恶劣,风速超过了设计值。(4)运行维护方面。线路缺陷未及时发现或处理等。如塔材被盗未及时发现,基础埋深不足,卡盘外露等。

杆塔结构疲劳及破坏

在风的长期作用下,输电杆塔会产生振动,长期的风致振动引起杆塔结构疲劳,最终导致杆塔结构破坏,引发倒塔事故。同时,恶劣气候或者极端天气会造成输电杆塔结构和构件的内力超过许用值,引起材料屈服,最终引发倒塔事故。

针对我国近些年来高压输电线路频发的事故,国内的研究者做过很多研究。从目前的研究结果来看,我国近些年风致事故的主要原因有:(1)客观上讲,全球气候变化是一个主要原因。由于人类的不合理开发和利用自然资源,使得全球的气候发生了变化,灾害性以及极端天气呈现出越来越频繁的趋势。(2)输电塔一线体系是一种十分复杂的空间耦联体系,这种耦合效应使得输电塔的动力特性和风振响应的评估十分困难、复杂,而我国架空送电线路杆塔结构设计技术规定把输电杆塔和输电线分开考虑进行计算,输电塔的设计仅把输电线作为荷载考虑,没有考虑到塔线耦合的相互影响。而输电塔一线耦联体系的风振实际测试数据以及试验数据的相对缺乏,使其抗风研究尚处于初期,无论是灾害荷载的作用机理,还是结构体系分析方法、结构设计理论、动力学控制等均存在很多缺陷。 (3)高压输电杆塔抗风设计标准相对国外设计标准较低。我国对大跨越输电杆塔抗风设计的重现期为50年一遇的大风,而对于普通的高压输电杆塔采用的是30年作为重现周期。而在国际通用线路设计标准IEC 60826中,对于设计风速的重现周期最小都是50年,美国输电线路结构荷载导则(1991,ASCE)对大风设计风速的重现期分别取50,l00,200,400年一遇。

微风振动

微风振动是在风速不大的情况下产生的垂直平面内的高频低辐的振动现象。当架空导线受到风速为0.5~8m/s稳定的横向均匀风力作用时,在导线的背面将产生上下交替变化的气流旋涡(又称卡门旋涡),该涡流的依次出现和脱离使导线在垂直平面内 I起激烈振动。当这个交变的激励频率与导线的固有频率相等时,导线将在垂直平面上发生谐振,形成有规律的一上一下波浪状的往复运动,即微风振动。

微风振动是一种高频(f=5Hz~100Hz)低幅(A≤导线直径,有时只有10mm左右)呈驻波型式的振动。微风振动的能量及振幅虽然都不大,但是发生振动的时间却很长,约占全年时间的30%~50%。悬垂线夹处的导线长期处于这种反复波折的状态,容易引起导线的耐受疲劳强度降低,导致断线,金具磨损和杆塔部件损坏等。其所引起的线路疲劳断股等事故,需要有一个累积时间和过程。一般发现危害是在产生疲劳断股或防振器毁坏脱落之后,而这时线路危害较重。同时微风振动产生的破坏有一定的隐蔽性。疲劳断股有时会从导、地线内层开始,从导线外部发现不了,这给巡线工作造成假象。

舞动

舞动是指由水平方向的风对非对称截面线条所产生的升力而引起的一种低频(频率约在0.1HZ~3Hz)、大振幅(振幅约为导线直径的5~300倍,可达10m)的自激振动。由于导线上的非回转对称的翼状覆冰和不同期脱冰而导致的避雷线的空气动力特性发生变化而引起的低频、高振幅的振动现象也可归结到舞动范围内.

舞动的形成一般在气温t0 ~7℃ ,风速v 5~1 5m/s,冬季及早春,地处风口地段或者开阔的平原,风向与线路轴向的夹角为45。~90。,海拔较低,气压较高的区域。气压较高的区域,由于导线在大气中的比重相对较高,从而使得风易推动导线上下运动,为舞动创造条件。舞动与电压等级关系不大,各种电压等级的线路上均发生过舞动。其引起跳闸的次数较多,与覆冰厚度没有显著的相关性,与地形、档距、导线直径及导线张力之间有一定的关系。

舞动使杆塔产生很大的动荷载,危及杆塔及导线的安全。舞动严重时,塔身摇晃、耐张塔横担顺线摆动、扭曲变形、近塔身处联结螺栓会松动、损坏、脱落等。舞动可使导线相间距离缩短或碰撞而产生闪络烧伤导线,并引起跳闸。舞动会使金具及部件受损,如间隔棒握线夹头部松动或折断,造成间隔棒掉落;悬垂线夹船体移动,联结螺栓松动、损坏、脱落,防振金具钢线疲劳、锤头掉落等。

次档距振荡

次档距振荡是在采用相分裂导线的线路,在较大风(风速v=7~20m/s)的情况下发生的两间隔棒间线段的振荡现象 。当风横向吹向分裂导线时,气流速度在迎风侧那根子导线的背向涡流区要降低,形成一定的尾流区域,分裂导线中一根或多根子导线就不可避免地处在迎风侧子导线形成的尾流中,尾流中的子导线上下方气流速度会不一样,按流体动力学原理则将产生升力和阻力,阻力使该子导线作近干水向的摆动,升力则使该子导线作垂直面 下振动,两者叠加成椭圆形的振荡,这就是分裂导线的次档距振荡,从而发生在交变的风力作用下的低频大振幅振动。

次档距振荡振幅、频率介于微风振动和舞动之间,一般发生在水平面上,呈椭圆形轨迹。次档距振荡会造成同相子导线互相碰撞和鞭击,使导线碰伤,进而造成阻尼性能差的间隔棒松动、脱离或破断,以至需要更换造价昂贵的导线和金具。甚至造成导线断股、短路等恶性事故,严重威胁架空导线及金具的运行寿命。

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