《输电线路风偏动态响应特性与绝缘拉索式防治技术》

该项目涉及“电气工程47040”、“工程结构56030”学科。项目获得国家电网公司专项研究支撑,研究共投入资金580万元。

输电线路风偏是指在大风(雷暴风、台风、季节性大风)作用下绝缘子串大角度偏斜对铁塔放电,导致线路跳闸停运的现象。不同于舞动等其他灾害,风偏具有随机性强、分布范围广、重合闸成功率低、停运率高等特点,严重影响供电可靠性,在各类故障中占比达18.9%。由于复杂风场作用下,导线与绝缘子的动态运动规律及闪络特性不明确,无法根据风偏动态响应特性,提出针对性的治理方案。

该项目通过风偏动态响应和风偏闪络特性研究,提出了风偏动态计算方法,研发了绝缘拉索式防风偏装置,从根本上解决了风偏跳闸问题;取得如下创新成果:

(1)系统揭示了输电线路风偏动态响应特性。创新性地提出了考虑气动阻尼效应的风偏动态响应特征分析方法,精确量化了子导线屏蔽效应、线路气动阻尼、档距数、档距、挂点高度以及风场脉动特性等对风偏的影响,解决了传统防风偏措施在高电压等级、多分裂数导线、大截面导线线路上使用时裕度不明的问题;针对复杂风场下风偏动态运动与受力的计算难题,提出了运动雷暴风作用下输电线路风偏的动态计算方法,确定了雷暴风条件下风偏角动力放大系数。

(2)明确了输电线路风偏闪络特性。搭建了全尺寸试验模型,开展了工频运行电压下的风偏闪络特性试验,系统分析了塔线结构、降雨强度、雨水电阻率及路径等对风偏闪络放电特性的影响,获得了500kV和交流1000kV输电线路的风偏闪络特性和最小安全距离,解决了风偏治理中合理设置防护距离的难题。

(3)开发了输电线路风偏防治技术。利用(1)中开发的风偏动态计算方法,明确了常规防风偏方法的失效边界,提出了一种能将风偏角限定在安全范围内的绝缘拉索式防风偏方法。基于(2)中线路风偏闪络特性研究,确定了绝缘拉索的防护区域、爬电距离和安装位置;利用自主研发的风偏动态试验平台,确定了绝缘拉索的抗拉强度、抗弯强度等关键力学参数和初始安装张力;根据受力特性,对绝缘拉索进行了局部承载加固结构与撞击回弹结构设计;防风偏绝缘拉索适用于各类在运线路改造和新建工程。

项目研发的防风偏绝缘拉索被作为防风偏主要技术措施,写入《输电线路典型故障案例》一书,并入选国网公司新技术推广应用目录,在全国推广应用。已经在河南、山东、福建、新疆等数十条线路上的应用,仅河南地区线路就安装了2155套、涉及杆塔1067基,改造线路总长度达600余公里。最早安装的防风偏绝缘拉索已运行3年,经历数个极端强对流天气考验,未发生风偏或装置受损事故,首批应用的500kV聊长II线被国网公司评为防风偏改造标杆线路。在3年内取得直接经济效益9302.99万,从根本上解决了输电线路风偏跳闸问题。

防风偏绝缘拉索结构简单、效果可靠、适用性强,其经济成本与传统治理防方案相当、可在线路带电状态下安装,应用前景广阔。

项目授权国家发明专利5项,实用新型7项,软著2项;发表中文核心论文15篇,其中EI收录9篇。

成果说明

该项目通过对输电线路风偏过程动态响应特征研究,提出了运用绝缘拉索实现风偏途中限位、阻止线路发生风偏闪络的防治措施,研发了防风偏绝缘拉索,并建立了相应安装方法。 项目提出的防风偏绝缘拉索,在河南、山东等地区得到大量运用。截止目前,已完成在500kV塔仓、菊庄、邵周I以及阳东I、III回等多条线路上的应用,共计安装2155套,涉及1000多基杆塔;首批安装的已运行3年,经受了多次强对流以及雷暴风天气的考验,未发生任何风偏闪络跳闸事故;利用该项发明进行技术改造的山东500kV聊长II线被国网公司评为防风偏改造

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