微气象对输电线路的影响分析

学术   2024-11-01 16:39   江苏  


(一)荆门地区微气象成因

荆门地处秦岭南支荆山余脉和大洪山南麓,整体地势东、西两面最高,北部次高,南部较低,呈现东西低山坳谷、北部丘岗冲沟、南部平原湖区态势。

荆门常年主导风向为N,在冬季期间,西北季风南下,由于受到两座山脉阻挡在荆门北部产生狭管效应,长驱直入,风速增加,因此造成荆门地区风速偏大、气温偏低。 

荆门平均风向频率玫瑰图

荆门地理环境示意图

2004年底,受强冷空气南下的影响,湖北省先后出现了较大范围的雨雪天气,湖北电网110千伏及以上架空输电线路因导地线严重覆冰、导线舞动和绝缘子冰闪等原因,遭受到了不同程度的破坏。2005年湖北省电力公司发布“鄂电司生[2005]145号文”,划定从荆门电厂至500千伏荆门变(双河变)从西至东约21千米,从北边的胡集至南边的五里铺约70千米的范围内,为15毫米覆冰涵盖地域(下图红色区域),荆门微气象区的概念也来源于此。 

荆门微气象区域范围示意图

(二)2024年首轮寒潮期间线路

运行情况



 1.气象数据收集情况

2024年1月底2月初,全省经历了首轮寒潮。据荆门气象监测站资料记载: 从1月31日夜间开始,我市先后出现了雨、冻雨、雨夹雪、冰粒和纯雪天气,至2月7日08时,最大积雪深度为京山地区14厘米;过程最低气温出现在4日夜间,为沙洋地区-7.5℃;日极大风速出现在2月1日,为荆门城区18.9米/秒。电线积冰厚度在1~8毫米。



 2.高压线路运行情况

根据运行单位观冰点监测数据,2月1日至2月7日期间,受寒潮影响,荆门境内共有3条高压线路出现覆冰情况。

线路名称

电压等级

最大覆冰

最大风速

最低气温

爱南线

220千伏

1.43毫米

14.61米/秒

-6.8℃

远双线

220千伏

1.43毫米

12.63米/秒

-6.5℃

胡峪线

110千伏

0.43毫米

9.3米/秒

-5.7℃

此外,2月2日上午220千伏双郢一回#100~#101杆塔之间发生三相舞动,平均舞动幅值1.5米。

本轮寒潮期间荆门电网未发生35千伏及以上线路跳闸事故。

(三)线路覆冰及舞动影响分析



 1.线路覆冰

杆塔结构来看,导(地)线覆冰时整体重量增加,同时受风面积增大导致水平风荷载变大,杆塔综合荷载显著增长。从电气运行来看,绝缘子覆冰可能造成冰闪跳闸;自然融冰时导线的脱冰跳跃还有可能导致相间故障。

导线覆冰综合荷载示意

导线在不同工况下的覆冰荷载计算对比如下:

导线型号

设计工况组合

计算荷载

(牛/米)

气温(℃)

覆冰

(毫米)

风速

(米/秒

覆冰风荷载

综合荷载

LGJ-240/30   (自重荷载9.03牛/米)

-5

10

10

3.74

18.18

-5

15

15

10.45

26.4

-5

20

20

24.02

40.09

LGJ-400/50   (自重荷载11.3牛/米)

-5

10

10

4.29

22.13

-5

15

15

11.67

31.26

-5

20

20

26.38

45.99

典型截面导线不同覆冰工况

计算对比


计算表明:若以两种导线基本设计覆冰工况(气温-5℃、覆冰10毫米、风速10米/秒)为基准:覆冰15毫米、风速15米/秒时综合荷载分别增加45%、41%;覆冰20毫米、风速20米/秒时,综合荷载分别增加120%、108%,呈翻倍增长趋势。重覆冰叠加大风速将可能导致杆塔实际受力超出设计允许值,破坏杆塔结构。

2022年1月110千伏南象线

覆冰情况



 2.导线舞动

舞动原因:导线是规则的柔性结构体,在稳定低风速(0.3~8米/秒)的激励下,将会产生与风垂直的振动和与风同向的摆动。在不规则的覆冰情况下,受风面会呈现不规则的变化,风力产生的空气动力将为随机的、不规则的变量,当达到一定条件便会诱发导线产生自激励振动。

舞动特点:频率低、幅值大,且线路的方向与风向的夹角越接近垂直,导线发生舞动的概率就越大。

舞动危害:主要有机械损伤和电气故障两类。

机械损伤类:螺栓松动、脱落影响铁塔受力,金具、绝缘子、跳线损坏带来掉线停电,导线断股、断线,塔材、基础受损等;电气故障类:相间跳闸、闪络引发相间短路,导线烧蚀、断线,相地短路以及混线跳闸等。

(四)设计采用防治措施

荆门10~15毫米覆冰区域主要位于北部丘岗冲沟,电线覆冰的防治措施可以归纳为“避、抗、改、防、融” 五要素。

典型垭口湖泊地带

合理划分冰区开展差异化设计

针对高海拔重覆冰区进行路径迁改

除冰机器人

直流融冰现场

荆门地区的3级舞动区主要位于北部丘岗冲沟,对于新建架空线路,设计上通常采取以下几项措施防止舞动:

线路舞动示意

a-EB挂板               b-GD挂板

预绞丝悬垂线夹

相间间隔棒防舞动




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