2018, Vol. 36 
2. 国网宁夏电力有限公司电力科学研究院, 银川 750002
2. Ningxia Electric Power Research Institute, Yinchuan 750002, China
宁夏回族自治区地处祖国西北，常年干旱少雨，地形南北狭长，地势南高北低，主导风向为西风，全年大部分时间为西风环流，西伯利亚、新疆等地强冷空气对地区全年气候的影响很大。局部微地形区域的极端瞬时大风时常会造成输电线路倒塔、断线、风偏、异物短路等故障，另外冬季导线一旦形成偏心覆冰，很容易发生大规模的舞动[1-2]。本文结合宁夏地形、地貌、气候、风区分布、运行经验等对宁夏地区整体防风害策略进行探讨，特别针对瞬时风速较大的输电线路进行研究，提出合理可行的防风措施，达到预防宁夏电网发生风害跳闸故障的目的。
1 宁夏典型地区风速变化情况 1.1 最大风速变化情况 1.1.1 月变化最大风速是指气象站在标准高度10 min内监测的平均风速，是架空输电线路设计风速的主要参考依据。冬春季节，宁夏干旱少雨，易受来自西伯利亚冷空气的影响，冷空气活动频繁、强度较大，期间大部分地区最大风速也较大。表 1为宁夏地区6个代表站最大风速的月分布情况。
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表 1 宁夏地区各代表站最大风速月分布情况统计 |
（1）由表 1可见，惠农站12月份最大风速最大（30.0 m/s），其次为4月份（25.3 m/s）；6—9月相对较小，最大风速在17.3~18.3 m/s；其他月份在21.0~ 23.0 m/s。
（2）银川站最大风速最大的月份是5月（21.1 m/s），6—10月相对较小（15.0~19.4 m/s），其他月份相差不大，约为20.0~20.3 m/s。
（3）吴忠站最大风速最大的月份为2月（20.0 m/s），其次是12月（16.3 m/s），其他月份为12.7~15.7 m/s。
（4）中卫站最大风速最大的月份是5月份（20.3 m/s），其次是7月（18.3 m/s），其他月份在13.5~ 17.0 m/s。
（5）盐池站最大风速最大月份是2月（20.0 m/s），其次是4月（18.0 m/s），其他月份在12.9~16.7 m/s。
（6）固原站最大风速最大的月份是6月（18.3 m/s），其次是2月、3月、12月，均为17.0 m/s，其他月份在12.7~15.7 m/s。
1.1.2 年变化图 1为上述6个代表站1981—2010年逐年年最大风速的变化曲线，大部分站的最大风速呈逐年下降趋势。
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图 1 宁夏地区各代表站1981—2010年最大风速年际变化情况 |
（1）惠农站最大风速大于25 m/s的年份均出现在20世纪90年代以前；2003—2008年为风速最小的时间段，年最大风速在15.3~18.5 m/s；2008年以后风速有所增大，2010年为22.0 m/s，与1987年、2002年并列为近30 a来的第7高值年。
（2）银川站2001年之前大部分年份的最大风速高于平均值，其后最大风速明显下降，尤其2005年—2010年，最大风速仅为10.5~13.1 m/s。
（3）吴忠站最大风速超过18.0 m/s的年份均出现在1991年以前，1992—2004年最大风速接近多年平均值，其后风速减小。
（4）中卫站1998年以前最大风速波动较大，1983年、1994年为风速最大的年份，在20 m/s左右；1989年、1997年为最小的年份，平均为12 m/s，其后风速趋于稳定。
（5）盐池站1992年以前最大风速变率较大，1984年最大为20.0 m/s；1993年以来，大部分年份在平均值左右变化。
（6）固原站1994年以前最大风速高于多年平均值，为风速较大的时段；1995年以来最大风速明显下降，除2000年外，其他年份均小于平均值。
1.2 极大风速变化情况 1.2.1 月变化极大风速是气象观测站点3 s内记录的最高风速，属于瞬时风速值，架空输电线路常常在瞬时风速大的情况下发生故障。表 2给出了上述6个代表气象站月极大风速变化情况，与最大风速年变化分布特征相似，各代表站极大风速大多出现在春季。
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表 2 各代表站极大风速逐月分布情况统计 |
（1）惠农站极大风速出现在4月份，达35.6 m/s；其次是3月、11月、12月、10月、5月，在30.8~34.4 m/s；其他月份在25.0~29.6 m/s。
（2）银川站极大风速出现在3月，为28.8 m/s；其次是4月、7月、10月，在27.1~27.7 m/s；其他月份在21.3~26.3 m/s。
（3）吴忠站极大风速出现在8月，为28.5 m/s，其次是4月、5月，分别为25.4 m/s、24.4 m/s，其他月份在16.7~22.9 m/s。
（4）中卫站极大风速出现在5月，达37.9 m/s，其次是7月、8月、6月，分别为28.1 m/s、26.0 m/s、25.6 m/s；其他月份在19.8~24.2 m/s。
（5）盐池站极大风速出现在5月，为25.0 m/s，其次是2月、7月、10月、6月，分别为24.8 m/s、24.8 m/s、23.5 m/s、23.3 m/s，其他月份在18.2~22.6 m/s。
（6）固原站极大风速出现在5月，为25.2 m/s，其次是4月，为24.0 m/s；其他月份在16.7~21.9 m/s。
1.2.2 年变化上述代表站极大风速年际变化曲线见图 2。
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图 2 1993—2010年各代表站极大风速年际变化情况 |
（1）惠农站风速较大的时段在2002年以前，尤其是1993年达35.6 m/s；2003—2009年风速相对较小，在24.1~28.1 m/s；2010年极大风速回升为34.4 m/s，是仅次于1993年、2001年的第3高值年。
（2）银川站极大风速呈波动下降之势，2004年以前风速相对较大，1995年最大（28.8 m/s）；2005年以来风速相对较小，在18.1~23.0 m/s。
（3）吴忠站2004年以前大部分年份风速较大，1993年最大为28.5 m/s；2004年以来风速相对较小，除2009年高于多年平均（22.4 m/s）之外，其他年份在18.0~22.3 m/s。
（4）中卫站极大风速较大的年份主要出现在2003年以前，1993年最大，达37.9 m/s；但极大风速最小年也在此期间出现，即1997年最小为17.7 m/s；2004年以来风速趋于稳定，在20.8~23.0 m/s。
（5）盐池站极大风速波动较大，1996年以前风速较大，1995年、1996年分别为25.0 m/s、24.8 m/s；其后经历风速相对较小阶段，2004年再次达到24.8 m/s；2005年以来（2010年除外），其他年份风速均相对较小。
（6）固原站2005年以前极大风速波动较大，1994年、2000年、2005年为风速最大的3年，分别为25.2 m/s、24.0 m/s、23.4 m/s，其他大部分年份相对较小，大多在平均值20.3 m/s以下。
2 宁夏电网输电线路防风策略的制订根据宁夏地区气象特点，结合输电线路运行经验，制订了宁夏电网输电线路防风策略。
2.1 设计及验收阶段（1）在新建线路初设阶段，设计单位应加强对惠农、盐池地区，特别是贺兰山、麻黄山等区域风速数据的收集，针对线路所经区域，收集气象站点观测的最大风速、极大风速等资料；同时对该区域已建线路的运维资料进行详细的调研，包括有记录或观测到但未记录的导线风偏、舞动、倒塔等资料；总结导线发生风偏等故障的规律和特点，通过对所得资料进行汇总、分析，并结合运行经验及宁夏典型地区风速分布规律，在设计阶段采取合理的应对措施，预防输电线路风害的发生[2-3]。
（2）对设计评审、工程验收严格把关。输电线路参加设计评审、工程验收时，严格执行防风设计要求、验收标准及反事故措施[3]。
（3）宁夏局部地区风速较大，特别是高山地区和微地形区，其中麻黄山地区、贺兰山地区、惠农北部紧靠贺兰山地区、中卫的南部地区尤为突出，处于这些地区的输电线路应作为重点监控对象，必要时提高设计风速等级。
在输电线路初设阶段尽可能避开以上风速较大的地段，受各种条件限制确实无法避开时，应在设计时予以加强，不能加强的应有明确的防风害措施[2]。
对已确定的微地形、微气象等特殊区域，根据实际观测数据及运行经验，设计标准可适当提高1—2个等级，并结合实际运维环境等因素采取合理的防风害措施。
2.2 线路运行阶段 2.2.1 防风偏策略（1）在大转角耐张杆塔外角侧加装支柱式防风偏复合绝缘子吊串，并将单跳线串改为双跳线串，统一加装重锤，综合各种方法降低跳线风偏角；在跳线上加装绝缘护套，以增加强风情况下跳线对地的放电距离。
（2）将宁夏地区处于上述强风区域的直线杆塔的中相全部改成“V”字串，边相改为“八”字串。根据历年运行经验并结合风偏跳闸记录，对风偏易发区域杆塔边相采取打防风拉线措施；防风拉线采用钢绞线制作，用复合绝缘子导线悬垂串隔离导线与拉线（见图 3）；将传统悬垂线夹改为重锤式防风偏线夹（见图 4），普通防振锤更换为预绞式防振锤并适当增加质量。
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图 3 防风拉线示意图 |
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图 4 重锤式防风偏悬垂线夹示意图 |
（3）根据宁夏典型地区风速分布情况，对处于强风区杆塔进行风偏角等相关参数的验算，对超过标准要求或者不满足风速要求的杆塔进行改造；收集风偏等相关运行资料，做好微气象区、微地形区认定工作；同时对已认定的区域进行风害等相关问题的观测工作，并在强风区、局部微地形等区域安装在线监测装置，掌握杆塔所在区域的风速大小等气象条件[4-5]。
2.2.2 防倒塔策略根据近年的运行经验，每年4—5月，宁夏地区大风天气及由其引起的恶劣气象条件最为集中，9—10月会出现几天局部瞬时风速较大的天气，极易引起倒杆断线故障。随着大风日数的增多，输电线路运维单位应加强输电线路的巡视工作，对输电通道内易引起大风异物短路故障的物品进行清理，并采取相应的保护措施，避免发生大风引起的各类故障[1-2]。
（1）定期开展杆塔地脚螺栓等隐蔽工程的检查工作，对地脚螺栓和螺帽不匹配、螺帽松动等情况及时进行整改，并扩大同型号杆塔的排查范围。
（2）对薄弱塔形（如7727型铁塔）塔腿和塔身连接处包钢进行补强，将上下两段主材连接到一起。
（3）定期对杆塔螺栓进行紧固，重点防风地段铁塔采用薄型防松防卸螺帽。
（4）针对宁夏电网最大风速的月变化、年变化情况，在不同月份制定相应的防风策略，并根据最大风速近30 a的变化情况，有针对性地加强处于风口、垭口铁塔的检修工作。重点检查导地线连接金具的磨损情况、杆塔拉线松紧程度、杆塔螺栓松动情况、保护帽与铁塔基础的结合情况；对导地线磨损连接金具进行更换、杆塔拉线进行紧固；拆除铁塔基础保护帽，检查地脚螺栓及螺母，涂抹防锈油脂，并进行点焊处理[1-2]。
（5）输电线路的杆塔要开展风偏校验等工作，对不满足风偏要求的杆塔区段要尽快进行改造[6-7]。
3 防风策略的应用效果2010—2012年未实施该防风策略之前，宁夏电网输电线路曾因大风舞动引起跳闸2次，风偏跳闸6次；自2013年实施该防风策略以来，输电线路风偏、舞动、倒杆断线等风害故障次数明显降低，截止到2017年底，宁夏电网输电线路仅发生过1起风偏故障，防风策略实施效果显著，保障了宁夏电网安全稳定运行[2]。
4 结语宁夏电网输电线路多分布于高山大岭等自然环境恶劣地域，局部大风、沙尘暴时有发生，瞬时极大风速非常高，严重危及输电线路安全稳定运行。通过研究宁夏电网输电线路风害的分布特征，根据宁夏风速最大地区气象特点，结合运行经验，提出宁夏电网输电线路防风策略。自实施防风策略以来，宁夏电网输电线路抵抗风害的能力显著增强，线路风偏、舞动、倒杆断线等故障明显减少，降低了宁夏电网因非计划停运造成的经济损失，提高了输电线路的安全稳定运行水平。
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