沿海主网电力线路防台措施探析范文
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摘要：风灾是沿海地区架空输电线路的主要灾害，由台风、飑线风等强风暴引起电网线路杆塔倒塔、导线断线、跳闸、短路等情况造成电网停电，不仅给社会造成重大的经济损失，也严重影响受灾区域人民生活。本文将通过对“莫兰蒂”台风中厦门电网倒塔事故进行分析，进而探讨可采用的防台措施。
关键词：电力线路；防台
根据郭伟[1]等人研究，台风造成的电网事故占到所有风灾事故的52.5%，是构成我省电网风灾的主要原因。
1台风对福建电网的影响
2016年第14号台风“莫兰蒂”造成厦门电网造成了毁灭性重创，造成厦门6座220千伏变电站、21条220千伏线路、45座110千伏变电站、52条110千伏线路、713条10千伏线路停运，500kV架空输电线路杆塔倒塔5基，塔头或地线架破坏2基，共停电用户55.22万户。
2实例分析台风造成的损害
2.1500kV电网受灾情况调查
“莫兰蒂”台风造成：厦沧Ⅰ路：#25塔，塔腿隔面以上塔身整体失稳破坏，顺线路方向倒塔，导线、地线、光缆破断；#19、#20、#21塔三相掉串，导线破断、损坏，地线松股；厦沧Ⅱ路：#26塔，塔腿向上第三个节间以上塔身整体失稳破坏，导线、地线破断；厦沧Ⅱ路#18、#19、#20塔三相掉串，导线破断、损坏，地线松股；漳泉Ⅰ路：#130塔，基础保护帽以上塔身整体失稳破坏，塔腿与基础连接部位角钢完全压弯，塔头位置顺线路方向倒塔，导线、地线、光缆破断；漳泉Ⅱ路：#125塔地线支架变形；#126塔，塔头瓶口位置以上破坏，塔头位置顺线路方向倒塔，，导线、地线破断；#127塔，基础保护帽以上塔身整体失稳破坏，塔腿与基础连接部位角钢完全压弯，导线、地线破断。以上铁塔基础与地脚螺栓未损坏。
2.2事故分析
从厦沧Ⅰ路#25、厦沧Ⅱ路#26、漳泉Ⅰ路#130和漳泉Ⅱ路#127倒塔的原因分析，倒塔主要由于大档距、大高差及微地形、微气象引起的。由于该四基铁塔大小号档距悬殊大、塔位高程高出相邻塔位高程100m～200m，且该4个塔位位于山谷一侧的山脊上，受“莫兰蒂”台风向坡风及谷风影响，导线上扬铁塔单边受力向背风面侧倾倒。从导线掉串断线分析，发生掉串的塔存在塔位高差大、个别塔档距相差悬殊；另外，掉串铁塔出现在莫兰蒂台风中心路径，绝缘子串受到导线与绝缘子串的风荷载超过绝缘子串荷载，发生掉串。从漳泉Ⅰ路#128、漳泉Ⅱ路#125两塔地线架弯曲分析，存在塔位高差大（本塔位低）、档距大且相差悬殊。
3防台采用的措施及效用
为使已运行的电网有更强的抗台能力，需对原线路的铁塔进行加强。考虑到原线路附近的受制约因素较多，一般是基于原线路走廊进行加强设计以抗台。根据现有的科技手段，一般采用原铁塔构件加强或换塔加强改造方式。
3.1塔材更换
福建沿海主网线路直线塔多采用Q235B，Q345B材质的钢材，为达到防台的要求，可考虑将塔材更换为Q420。但更换塔材，主要涉及的构件是塔窗曲臂主材、塔身主材，存在以下问题：现场必须先放导地线再拆除铁塔才能完成主材更替，这种情况下施工工期长、停电时间长。
3.2加固方式适用性分析
3.2.1拉线加固拉线加固方式，有操作简单，造价低的优点，常用于10kV水泥杆及以下低电压等级、低呼高的铁塔中。运用在35kV及以上线路铁塔中，存在以下问题：①拉线只能承受拉力作用，不能承受压力。由于铁塔承受的风向是随机变化的，在不断变化的风力和风向作用下，铁塔拉线无法起到有效的防护作用。②设置拉线需要有一定的对地角度，需要较大的场地。对于220kV与500kV的铁塔，呼高较高，构件受力较大，需要更大的水平距离。在地形较陡处，受安全距离、地形及构筑物的限制，无法满足打拉线的要求。③拉线在拉伸和松弛间变化，连接金属易在应力集中部位产生疲劳裂纹并不断扩展直至断裂。
3.2.2“贴”角钢加固[2]目前，国内外针对输电铁塔“贴”角钢补强加固方法理论主要有以下两种。①方法一：采用背靠背形式在原杆件上附加一根相同规格的杆件，形成T型截面的加固法。②方法二：采用附加一根相同规格的副主材，主材与副主材通过一字形板连接的加固法。针对已有的输变电铁塔在超条件下不能安全工作的情况下，以上两种方法均可不同程度的增加杆件的受力面积，通过对铁塔结构的加固，提高铁塔构件的承载力。同时，这两种方法也存在如下缺点：①目前，关于铁塔主材的加固研究无论在理论上还是试验方面都还不完善，在我国的标准中没有可靠的理论依据。②由于加固形成的双肢角钢，整体性不强、抗扭刚度较弱，存在受力不均匀的问题。③需在施工现场对原有主材进行大量的钻孔，很大程度上削弱了原主材的承载能力。④新增补强角钢占用较大空间，尤其在节点复杂、杆件密集的结构部位，现场施工的精度无法保证安装的要求。
3.3已建线路防台改造措施
对于已建线路的改造可参照《国网福建电力关于印发福建沿海500kV线路防台差异化改造技术到则（试行）的通知》[3]中的要求，具体实施方案如下：①针对直线塔实际水平档距已达到设计水平档距90%及以上的，在地形条件允许的情况下，可在原线路档中加塔以减少直线塔的水平档距；对于地形条件不允许的，可拆除旧塔，更换成设计条件更高的塔型。②对于建设在微地形、微气象[4]的铁塔，利用原走廊，采用设计条件更高的塔型(如将设计基本风速提高10%)更换旧塔进行改造。③对于受强风影响多次跳闸的塔位：若是耐张塔跳线串、直线塔悬垂串受强风作用，引发跳闸的，在塔上增加绝缘拉锁固定串的方式；档中导线不同步风摆造成跳闸的，可采用相中间隔棒[5]或者在档中新立铁塔以减少档距的方式进行改造。④对于耐张段内直线塔数量超过6基（不含6基）的，采用增加耐张塔或直改耐的方式进行防串倒加强。⑤对于塔位高差大于100m、档距大于800m且大高差大档距在同一侧的高山塔位进行改造：一是原线路档中新增铁塔以减少高差与档距；二是原线路档中无地形时，采用设计条件更高铁塔更换旧塔。对于旧线路按上述方案改造时，由于改造的新塔位于原线路下方，施工时需将原线路导、地线放松后方可施工，将造成改造线路施工工期长，停电时间久的问题。且由于原线路下方存在交叉跨越物时，需封网施工（若交跨物为电力线，将造成被跨越的电力线停电，涉及电网停电，转负荷等事项）等诸多衍生问题。
3.4新建线路防台措施
对于沿海新建线路在设计之初就需要考虑防台的措施，在线路选线与立塔时应避开微地形、微气象区域。对于需在微地形、微气象区域立塔的，越岭选线时，在垭口段应把铁塔选择在山体宽厚、标高较高和利于展线的地段[6]。同时，结合《国网福建电力关于印发福建沿海500kV线路防台差异化改造技术到则（试行）的通知》，在台风影响严重区域直线塔的水平档距应小于设计条件的90%；耐张段中直线塔数量少于6基以防串倒；档距小于800m，高差小于100m；高差、档距较大的直线塔需采用双联串设计，耐张塔跳线串加装重锤片以减少受风跳闸率。另外,对于建设在微地形、微气象区域的铁塔可比普通段线路的基本设计风速提高10%，实行差异化设计以实现防台效果。
4结论
本文以“莫兰蒂”台风中受灾的厦门500kV电网为例，从受灾情况分析了发生事故的主因以及造成的损害，并提出几种防台的措施。防台需从实际出发，综合考虑工程情况与外部因素，采用多种方案配合以达到最优的防台效果。
参考文献
[1]郭伟.福建电网风灾事故时空变化特征分析[A].中国气象学会.第32届中国气象学会年会S14第五届气象服务发展论坛———气象服务与信息化[C].中国气象学会:中国气象学会,2015:6.
[2]周文涛,韩军科,杨靖波,黄林存,杨风利,刘焕成.输电铁塔主材加固方法试验[J].电网与清洁能源,2009,25(07):25-29.
[3]国网福建电力关于印发福建沿海500kV线路防台差异化改造技术到则（试行）的通知.
[4]朱伟强,方德火.微地形对输电线路影响的探讨[J].电力勘测设计,2005(5):43-45,71.
[5]赵付湘.对架空输电线路在微地形微气象点风速影响的控制[A].中国电力企业联合会科技开发服务中心.第四届全国架空输电线路技术交流研讨会论文集[C].中国电力企业联合会科技开发服务中心:中国电力企业联合会科技开发服务中心,2013:6.
[6]张弘翊,李才华.微地形微气象区输电线路选线[J].电力勘测设计,2015(S1):160-163.
作者：黄嵩 单位：福建永福电力设计股份有限公司
