近年来随着气候异常变化，输电线路面临严峻的考验。频发的直线塔风偏放电事件，给电网安全带来了较大隐患。运行单位针对输电线路直线塔的风偏隐患，目前存在分析深度不够，且整改措施不具针对性等问题。本文提出直线塔悬垂绝缘子串极限摆角的概念，并结合反映杆塔风偏微地形特征的kV值，建立两个维度的分析模型。根据不同的组合情况，明确有效的控制措施，这在输电线路运维和线路风偏防治方面又积极的指导意义。
1由极限摆角推算故障风速
1.1极限摆角的概念及作用
和传统的摇摆角校验不同，极限摆角只考虑悬垂串对塔体距离达到临界放电间隙时的一种状态。目的是推算该状态的实际风速是否满足设计要求。不同电压等级的直线塔悬垂串都有相应的临界放电间隙。当悬垂串在风力作用下摆动，达到该临界放电间隙而产生的夹角就是极限摆角。建立极限摆角的分析模型有两大优点。一是不需要考虑复杂的气象组合条件，无需处理各种杆塔风偏参数、变量。二是操作简单，只需要在杆塔结构图中按等比例关系标注绝缘子串长，并根据摆动轨迹找到和临界放电间隙的交集点后，实际量取。确定了悬垂串的极限摆角，很容易推算出相应的风速，并与设计风速进行比较。
1.2临界放电间隙的确定
根据设计标准，按照DL/T620-1997及DL/T5092-1999，对各种最小间隙做出了相应规规定，结果见表一。
上表中已经考虑其使用条件为0级污秽区、海拔1000m以内。以110kV西某线为例，该线为0级污秽区，气象条件按I级气象区设计，过电压的温度和年平均气温都按15℃考虑，与风速设计气象条件见表二。
该线路过电压下的设计风速和温度值，与该线路风偏隐患季节吻合（每年4-5月份），且尚未进入雷雨季节。按表一中最小间隙要求，110kV西某线的临界放电间隙宜按操作过压选取，为0.7m。
1.3极限摆角的求取及相应状态下的风荷载计算
直线塔悬垂串在风荷载作用下摆动，轨迹以挂点为中心近似呈圆弧。根据杆塔结构图，等比例标注绝缘子串长，找到圆弧轨迹和临界放电间隙的交集点，量取极限摆角度数。如图1所示，以110kV西某线为例，直线塔型主要为ZB17，8片绝缘子组合，串长为1.458m。按临界放电间隙为0.7m考虑，通过在杆塔等结构图上等比例量取，其极限风偏角为60℃。
由于直线塔风偏放电的根本原因是风力横向荷载克服悬垂串承受的垂直荷载，在极限摆角的该状态下，可以求出对应的风荷载，如图2所示。
当悬垂串的摆动达到极限摆角时，风荷载的计算如式⑴所示：
式中θ为极限摆角；G1为绝缘子串自重，由典型绝缘子串组装图查得；G2为杆塔的垂直荷载，根据风偏的实际发生时间，只考虑导线自重。
1.4极限摆角状态下的实际风速推算
作用于导线上产生的风荷载，需要考虑导线的体型系数，风压不均匀系数，导线对地高度，风力和轴向夹角等因素。在一定的水平档距下得风荷载计算公式如式⑵所示：
式中Ph为垂直于导线轴向的风荷载，由⑴式求得；Lh为杆塔的水平档距；β为电压等级达到500kV及以上的调整系数；θ为风向与导线轴向的夹角；Gh为导线单位长度上的风荷载，单位N/m，其计算如式⑶所示：
式中V为风速，既在极限摆角状态下的对应风速；d为导线外径，w为覆冰厚度。α为风压不均匀系数，μ为导线体型系数，β为500kV及以上电压等级的调整系数，k为高度变化系数，上述系数的取值均可查设计手册。
2杆塔kV值的概念及运用
输电线路杆塔的风偏故障，特别是直线塔受微地形影响较大。杆塔kV值能综合反映大风微地形的主要特征，其计算如式⑸所示：
式中hd为杆塔的垂直档距，hl为杆塔的水平档距。杆塔kV值是较为直观的反应杆塔的在微地形环境下抗风偏的重要参数，不同塔型结构根据其绝缘间隙的组合都有kV值的具体要求，以110kV西某线为例，直线杆塔以ZB17为主，其设计要求的kV值≧0.8。
3两个维度综合判断直线塔的风偏隐患
由极限摆角推算出对应的风速，并与最大设计风速比较。计算杆塔的实际kV值，并与该塔型的设计kV值比较。从上述两个维度综合判断直线杆塔的风偏隐患，并以此确定整改措施。综合两个维度主要有六种直线塔风偏隐患组合情况，见表三。
以110kV西某线为例，该线路为I级气象区，最大设计风速为25m/S。主要直线塔型为ZB-17，该塔型的理论kV值为0.8。该线路使用导线为LGJ-240/30，绝缘子按8片组合，串长为1458mm。具体排查区段为处于大风微气象区的耐张段，由于该耐张段内的直线杆塔频发风偏跳闸，通过加装重锤后，效果仍然不理想。按本文所述方法进行了两个维度的综合分析，结果属于上述列表中的第一类情况，在耐张段内优化塔位分布，分段实施杆塔改造后效果明显。
4结论
本文提出极限摆角的概念，以此推算相应状态下的风速，结合表征风偏微地形特征的杆塔kV值，建立两个维度的综合分析模型，使得对直线杆塔的风偏隐患判断更为充分和全面，并根据不同组合情况针对性的提出控制措施。由于风力作用于导线发生直线塔风偏放电是一个综合、复杂的过程，极限摆角的轨迹设定、风荷载的计算、临界放电间隙的确定还有不完善的地方，下一步将在模型的建立和优化上进行改进，并通过实践数据的检验。
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