110kV架空输电线路防风偏绝缘护套防护特性研究
吴清涛 闫同
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吴清涛 闫同,. 110kV架空输电线路防风偏绝缘护套防护特性研究[J]. 电气学报,20231. DOI:10.12721/ccn.2023.157001.
摘要: 我国社会经济在快速发展的同时,输电线路规模逐步扩大,输电线路长度逐步增加。在110kV架空输电线路运行中,防风工作是线路运维中的重要内容之一。为提高线路防风效果,相关行业人士在防风偏绝缘护套防护特性方面的关注度增加。本文在有限元方法基础上,积极架构110kV输电线路三维仿真模型,从不同厚度的绝缘护套出发,结合不同风偏状态下包裹绝缘护套,分析出绝缘护套对导线空间电场产生的作用。
关键词: 110kV;架空输电线路;防风;偏绝缘护套;防护特性
DOI:10.12721/ccn.2023.157001
基金资助:

在输电线路运维过程中,防风问题是较为常见的运维难题。电力部门每年均需投入大量的人力、物力与财力进行输电线路防风工作。尽管如此,输电线路风蚀问题仍然频现,如输电线路基础被暴露于外部、塔脚被沙土掩埋等,严重威胁到输电线路的安全性与稳定性,甚至出现了倒塔等严重的事故。将防风偏绝缘护套应用到110kV架空输电线路中后,取得了良好的应用成效。绝缘护套在架空输电线路防风中起到了良好的防控偏性能,具有广泛推行价值。

一、110kV架空输电线路特征与防风必要性

(一)特征

一是架空输电线路繁杂。当下,输电线路建设地地形、气候条件等具有较大差异。因我国地域辽阔,东西南北跨距较大,地形复杂,气候条件不一等,致使输电线路日趋复杂,且线路维护难度较大,对架空输电线路运维管理人员综合素养提出了更高要求。

二是输电容量较大。我国各行各业迅猛发展,国家整体的用电需求量增加,致使输电线路运行安全性与稳定性面临着较大的挑战。为减少输电线路运行压力,就需加大架空输电线路运维管理力度。

三是架空输电线路电压等级与危险性较高。架空输电线路整体的电能运送量较大。为防止新建线路输送通道与旧输送通道相互交错,致使架空高度逐步增加,架空方向更宽,继而加大了电能输送中的风险。在雷雨季节,雷电交夹,线路遭受雷击的几率进一步加大。为此,架空输电线路防雷工作成为线路运维中的重要内容。

 四是架空输电线路更新迭代速度较快。架空输电线路的日输送量逐步增加,为确保输电线路安全、稳定运行,就需供电公司逐渐加大架空输电线路迭代更新速度。将现代化新技术新材料等合理引入建设实践中,就对输电线路运维管理人员综合素养提出了更高要求。

(二)110kV架空输电线路防风必要性

随着我国110kV架空输电线路的不断发展,复杂地形与恶劣气候条件下的输电线路量逐年增加。因架空输电线路位置较高且繁杂,大风、暴雪等恶劣天气下,会造成线路扰动与闪络问题,严重时会出现线路中断,影响到输电线路运行安全性与稳定性,如常见的倒塔、断线或者杆塔损坏、跳闸等就成为常见的问题。在管理实践中,为分析出防风偏绝缘护套防护特性,多数研究者将有限元方作为研究方法,从典型铁塔模型入手,构建110 kV输电线路绝缘护套仿真模型,计算出绝缘护套厚度与风偏状态下导线的空间电场布局,将绝缘护套保护特性分析出来。

(三)架空输电线路运行影响因素

110kV架空输电线路在使用过程中会遭受到诸多人为与非人为因素影响。多体现在以下几个方面:一是天气因素。恶劣天气情境下,我国架空输电线路极易遭受到破坏,出现闪络等问题,甚至会出现导杆等严重的问题。此外,在雷电天气下或者冰雪天气下,易出现短路跳闸或者线路结冰。我国地域辽阔,各个地区的地形地貌差异较大。一些空旷低洼地区出现雷击现象的几率较大,亦增加了断电风险。线路在结冰后,出现短路、路线断裂、杆塔倾斜或者倒杆等问题较为严重,对人们的生命财产安全造成威胁。

二是人文因素。在输电线路运维管理中,因部分人员在思想层面未充分认知到架空输电线路维管工作重要性,或者维管方式未被落到实处,对架空输电线路的安全性与稳定性等造成了较大影响。我国经济建设步伐逐步加快,但环境污染问题也频现,对架空输电线路绝缘性能造成了影响,并对绝缘子性能有了更高要求。为推动生态保护工作顺利进行,国家积极植树造林,致使架空输电线路火灾风险进一步加大。部分地区为山区、丘陵等特殊地形,成为线路火灾常见地。此外,在工程施工中,因施工人员存在不当施工操作,损坏了架空输电线路。部分矿石开采单位为增加经济效益,无节制地开采矿石,输电线路地基稳定性受损。亦或者,部分人员为了个人利益盗取地下电缆,致使架空输电线路受损。

三是其他因素。城郊或者农村地区是常见的架空输电线路建设地带。因这些地区鸟类活动频繁,直接加大了输电线路安全隐患,致使短路、跳闸等问题频现。此外,架空输电线路整体较长,加大了线路维管、检修风险,或者部分地区线路使用时间较长,存在老化问题,加大了输电中的安全隐患,给检修人员的人身安全也造成了影响。当线路表皮破损,或者温度过高等,均会诱发架空输电线路断路或者短路等风险。

二、110kV架空输电线路防风偏绝缘护套防护特性

(一)构建仿真模型

在分析实践中,工作人员多会在有限元分析软件与分析方法基础上构建仿真模型,由 110 kV 铁塔、绝缘子、输电线路和地线实际三维模型三部分构成。为输电线路施加运行电压基础上,铁塔可与地线接地,结合分析需求有效调整输电线路与铁塔间的距离,模拟分析出风偏影响情况。分析人员可在绝缘子悬挂两端布设相应长度的绝缘护套,以此分析出沿导向方向绝缘护套的空间电场。

(二)仿真模型分析结果

一是绝缘护套厚度会对导线空间电场产生影响。在现实中,因不同厂家生产出的绝缘护套产品厚度不同,对仿真性能的影响会有差异。从绝缘护套厚度出发,构建相对应的导线空间电场仿真模型,分析发现:导线表面加装绝缘护套后,空间电场强度会明显降低,且导线空间电场强度会与绝缘护套厚度间呈现反相关关系。换而言之,导线空间电场强度会随着绝缘护套厚度减少而增加。此外,电场强度会在绝缘护套厚度变化的过程中出现逐步饱和趋势。绝缘护套厚度增加,亦会加大安装难度,并增加安装成本。在综合考量安装成本与绝缘性能基础上,可采用3到4毫米厚度的绝缘护套,以此取得良好的输电线路绝缘保护成效。

二是导线与塔间距会对空间电场产生直接性影响。在架空输电线路导线分布区域内出现强风时,导线会向铁塔方向偏移。为分析出这种情况下导线风偏下绝缘护套性能,可借助仿真方法计算出不同风偏状态下的导线空间电场。通过分析发现:导线表面空间电场强度会随着塔、线间距减小而增大,意味着导线表面包覆复合绝缘护套后,与在风偏作用下其表面最大场强相较,无保护套包裹时,绝缘护套保护性能会呈现下降趋势。在导线包裹绝缘护套后,导线空间电场强度会有所下降,有利于提高导线起晕电压,并提高了导线与铁塔空气间隙的击穿电压。

三是为110kV架空输电线路安装防风偏绝缘护套后,线路运行稳定,出现风偏跳闸的几率少之又少。

三、结语

综上所述,我国幅员辽阔,部分输电线路分布在地域偏僻或者丘陵等特殊地区,加大了输电线路防风维管难度。将将防风偏绝缘护套应用到110kV架空输电线路中后,全面提高了架空输电线路防风性能,具有广泛推行价值。

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