摘 要：我国能源需求巨大，资源分布极度不均匀,伴随着经济发展对电力需求的日益增加，跨区域输送电力将不可或缺，特高压线路的建设也越来越重要。然而，近年来灾害性气候发生较为频繁，输电线路的平稳运行受到严峻的挑战。风偏放电，作为输电线路故障的一大原因，应该对风偏机理和风偏风险评估方法进行深入的研究。
关键词：特高压，风偏，输电线路，风险评估
1 引言
导线通过绝缘子串悬挂于输电塔上，在横向风荷载的作用下绝缘子串会产生垂直线路方向偏移，导致导线和杆塔或者周围物体间的间隙变小，当空气间隙耐受电压小于线路运行电压时，导线电压将击穿空气而对杆塔放电，发生风偏闪络。闪络会导致电能损耗、线路跳闸甚至是断股断线等事故，严重影响电网的运行安全。
2 悬垂绝缘子串风偏经验计算方法
输电线路在横向风荷载作用下，导线和悬垂绝缘子串发生横向偏移，导致导线与杆塔塔身间距变小。架空输电线路设计规范中明确规定:工频电压下带电部分与杆塔构件的最小空气间隙，一旦带电部分与杆塔塔身间距小于最小空气间隙，则可能发生风偏闪络。为确定导线与杆塔塔身空气间隙距离，必须先计算悬垂绝缘子串风偏角。
2.1 风荷载计算
1）绝缘子串风负载
由输电导线设计规范可得绝缘子的风荷载标准值计算公式为:Wl=W0*μZ*B*A。绝缘子串受风面积取值方法：盘径为254mm的绝缘子，单联绝缘子取为0.02m2，大盘经或者双盘径绝缘纸串受风面积取0.03m2，双联绝缘子串受风面积取为单联的1.5~2.0 倍。
2）导线风负载
自然风场并不是均匀稳定的，风速在横向和纵向上都会存在着变化,因此输电导线在自然风的作用下所受到的风荷载沿着导线方向并不是均匀的，所以计算需引入风压不均匀系数考虑风荷载不均匀的情况。受地面粗糙度的影响，近地风的风速随着离地面高度增加而增加。由于基准风压标准值采用10米处的风速计算得到，而实际工程中特高压导线的悬挂高度大于10米，所以采用基准风压计算风荷载会导致荷载偏小，最终导致风偏角计算值偏小，对输电线路设计造成隐患，因此在计算水平风荷载时需引入风压高度变化系数进行修正。
3）金具和间隔棒的风荷载
金具和间隔棒的受风面积比较小，受到风荷载相对于导线和绝缘子串风荷载很小，所以在电力工程设计手册中风偏角刚性直棒法计算方法中忽略了金具和间隔棒的风荷载。
2.2 重力荷载计算
1）导线重力荷载计算
导线的重力荷载由垂直档距计算得到，导线受到的重力荷载为：GC=nWllV。
2）其他重力荷载计算
线路中导线上的绝缘子串、金属、间隔棒的重力负载都可以根据线路设计参数得到，由于前面计算导线的水平风负荷忽略了间隔棒的风负载，所以在采用刚性直棒法计算风偏角时可以忽略间隔棒的重力。
2.3 垂悬绝缘子串风偏角计算
刚性直棒法和弦多边形法是电力设计工程上常用的两种风偏角计算方法，由于弦多边形法计算相对复杂，本文中采用刚性直棒法作为风偏角经验计算方法。
刚性直棒法假定绝缘子串为刚性直棒，上端和输电塔铰接在一起，下端连接导线可以自由摆动，绝缘子串受到的重力荷载Gl和水平风荷载Wl作用于直棒中心处，导线的重力荷载GC和水平风荷载WX作用于直棒下端,通过静力平衡可以求解出风偏角。
3 输电线路风偏风险评估研究
3.1 风偏风险评估模型
对风偏跳闸的机理分析可以知道，是否发生风偏跳闸可以由导线和物体间的空气间隙大小进行判断，而空气间隙距离可以通过风偏角和输电塔参数计算得到，因此本文通过计算风偏角，然后推导空气间隙判断是否发生放电。
本文中风偏放电风险评估的思路为:首先，获取短时精细化天气预报,提取出预报中的风速、风向、降雨等信息;接着，根据风速、风向、线路走向和风攻角调用KNN算法求出风偏角，调用多元非线性公式计算风偏角，两者对比分析计算结果可靠性，确定风偏角大小,根据第三章的研究内容，考虑高差和档距影响，对风偏角进行修正；然后，根据设计参数计算导线与输电塔之间空气间隙，根据天气预报中降雨量的大小对导线和输电塔之间空气间隙的绝缘性能进行修正，考虑大气状态修正输电塔之间空气间隙；结合线路设计参数，依据规范确定线路运行允许的最小空气间隙；最后，将修正后的空气间隙和规范规定的最小空气间隙对比，当导线和输电塔空气间隙大于最小空气间隙时，判定为不发生风偏闪络，当导线和输电塔空气间隙不大于最小空气间隙时，判定发生风偏闪络。
根据实际的天气预报情况可知，预报结果存在一定的误差范围，即风速、风向、降雨等指标的预报结果存在误差，并且现阶段三者的预报结果都是一个区间值。天气预报的信息在预报范围区间内是随机的，为了考虑这些因素的影响，本文对所需的预报参数重复进行No次抽样。首先，根据线路特点设定最小风速阈值和最大风速阈值，风速小于最小风速阈值直接判定不发生风偏放电，大于最大阈值直接判定发生风偏放电：在抽样样本中剔除风速大于最大阈值的m个样品数据和小于最小阈值的ml个数据，然后分别计算对应的绝缘子串风偏角和空气间隙L,与最小空气间隙L对比，判定是否发生风偏，最后统计风偏放电次数为N，计算出可能发生风偏放电的概率P，以此来作为风偏预警的结果。
3.2 风偏风险评估流程
风偏风险评估流程为：(1)采用有限元模型计算不同工况的风偏角数据，然后格式化存储备用。(2)获取天气预报信息，确定风速、风向和降雨量的取值区间，采用MonteCarlo随机抽样算法，在降雨量取值区间中随机抽取降雨量参数，计算空气间隙的修正系数，用来计算修正后的导线和输电塔身的空气间隙。(3)根据天气预报获取风速和风向的变化区间，然后根据风速风向预测准确概率确定风速和风向的抽样取值区间。(4)根据线路走向和风向抽样取值区间求出风向和输电导线夹角变化区间，采用二维正态分布(高斯分布)随机抽取风速和风向导线之间的夹角，然后采用正态分布随机抽取风攻角参数。(5)根据输电线路特点，设定启动风偏角计算的风速最小阈值和最大阈值，风速小于最小阈值时直接判断不发生风偏放电,风速大于最大阈值时，直接判断发生风偏放电，在两个阂值区间内时分别调用KNN算法和多远非线性拟合的风偏角计算公式，求解出两个风偏角计算结果，分析对比后，确定风偏角大小，对风偏角进行高差和档距影响的修正。(6)根据线路相关参数，求解出导线与杆塔之间的空气间隙。(7)根据大气湿度和压强数据计算大气状态对空气间隙的折减系数，对空气间隙进行修正。(8)将修正后的导线杆塔之间空气间隙与规范允许空气间隙对比，判断是否发生风偏放电现象。(9)重复步骤2-8，根据设定的抽样次数进行多次计算，统计风偏跳闸次数，然后根据公式得到风偏跳闸概率，确定风偏风险等级。
5 小结
风偏跳闸事故引起输电线路停电，影响范围广，造成损失十分严重，极大的威胁线路运行稳定性，因此深入地研究输电线路风偏规律，建立风偏闪络预警模型，与二次安全评估系统及预警体系和输电线路停电防御系统相结合，为输电线路平稳运行提供具有参考意义的预警信息具有重要的意义。
参考文献:
[1] 盛祯.超高压输电线路风偏治理研究[D].山东大学, 2016.
[2] 罗先国.特高压绝缘子串风偏研究[D].华中科技大学, 2012.
[3] 王天宇.特高压V型绝缘子串风偏研究[D].华中科技大学, 2015.