架空輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)原因分析及防治對(duì)策探討

摘要 強(qiáng)對(duì)流天氣如強(qiáng)風(fēng)、凍雨易對(duì)輸電線路造成大面積、長(zhǎng)時(shí)間、強(qiáng)烈的導(dǎo)線舞動(dòng)，可能會(huì)引發(fā)連續(xù)故障跳閘，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起倒桿斷線。導(dǎo)線舞動(dòng)現(xiàn)象具有范圍廣、時(shí)間長(zhǎng)、破壞嚴(yán)重等特性，一旦發(fā)生大面積舞動(dòng)而造成線路頻繁跳閘甚至發(fā)生斷線事故，對(duì)社會(huì)的影響較大。因此，防止導(dǎo)線舞動(dòng)已成為目前輸電線路急需解決的關(guān)鍵性問(wèn)題之一。

關(guān)鍵詞 導(dǎo)線舞動(dòng)；覆冰；原因；對(duì)策

中圖分類號(hào) TM75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)051-0162-02

1 故障特點(diǎn)及原因分析

1.1 故障特點(diǎn)

隨著電力線路的不斷增多，造成線路的走向、地形、地勢(shì)等不可避免的位于一些特殊區(qū)域和微氣象條件下，從而也誘發(fā)了線路舞動(dòng)次數(shù)的增加。舞動(dòng)故障均是由于兩相導(dǎo)線或?qū)Ь€與地線間隙不足發(fā)生放電。由強(qiáng)對(duì)流天氣而引發(fā)的故障，具有以下特點(diǎn)：

1）線路的舞動(dòng)是導(dǎo)線覆冰形成非圓截面后所產(chǎn)生的一種低頻、大振幅的自激振動(dòng)。其振動(dòng)頻率通常在0.1 Hz-3 Hz，振幅約為導(dǎo)線直徑的5-300倍，舞動(dòng)波形為一個(gè)半正弦波。因此舞動(dòng)的形成取決于三方面的因素：即覆冰、風(fēng)激勵(lì)和線路的結(jié)構(gòu)與參數(shù)；2）導(dǎo)線覆冰后，在大風(fēng)的作用下，容易發(fā)生導(dǎo)線舞動(dòng)，但故障發(fā)生地點(diǎn)無(wú)明顯地形特殊性；3）舞動(dòng)故障時(shí)，兩相導(dǎo)線或?qū)Ь€與地線舞動(dòng)頻率不相同；4）檔距大的線路發(fā)生舞動(dòng)的事例較多，高壓線路舞動(dòng)較多；5）故障線路，兩相導(dǎo)線或?qū)Ь€與地線存在明顯放電痕跡。

1.2 導(dǎo)線覆冰及大風(fēng)是導(dǎo)線舞動(dòng)的主要原因

導(dǎo)線舞動(dòng)是導(dǎo)線振動(dòng)的一種，它不同于微風(fēng)振動(dòng)，而是一種低頻高幅振動(dòng)，這種振動(dòng)與架空線固有頻率諧振，產(chǎn)生振幅很大的振動(dòng)，振蕩起來(lái)，勢(shì)如野馬奔騰，會(huì)造成嚴(yán)重的事故，因此舞動(dòng)又稱奔馬型振動(dòng)。舞動(dòng)的振幅很大，在大檔距中有的達(dá)十幾米，導(dǎo)線沿風(fēng)偏后的平面內(nèi)做垂直方向運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)線舞動(dòng)時(shí)并不是一個(gè)正弦波沿導(dǎo)線傳播，而是在一個(gè)檔距內(nèi)有2個(gè)（或1個(gè)或多個(gè)，大多數(shù)是2個(gè)）點(diǎn)振幅最大，在不停的振動(dòng)。如圖1所示。

導(dǎo)線舞動(dòng)原因分析：

1）氣象條件：特定的氣象條件、高壓線路所在的地理環(huán)境、高壓線路自身的參數(shù)結(jié)合起來(lái)從而產(chǎn)生導(dǎo)線舞動(dòng)，這些條件組合既簡(jiǎn)單又復(fù)雜。一般情況下，發(fā)生導(dǎo)線舞動(dòng)的氣象條件是：導(dǎo)線有覆冰、風(fēng)力5級(jí)以上，風(fēng)向與線路方向夾角大于45度。但是，目前尚沒(méi)有人能夠精確的說(shuō)出哪些條件下必然發(fā)生舞動(dòng)。比如：多數(shù)導(dǎo)線上有覆冰時(shí)舞動(dòng)而有時(shí)導(dǎo)線上沒(méi)有覆冰也發(fā)生舞動(dòng)；有時(shí)在同一檔距內(nèi)只有一相導(dǎo)線舞動(dòng)，有時(shí)有兩相導(dǎo)線舞動(dòng)，也有時(shí)三相同時(shí)舞動(dòng)。

所以說(shuō)，不同條件下發(fā)生導(dǎo)線舞動(dòng)的情況來(lái)看，風(fēng)、覆冰是引起導(dǎo)線舞動(dòng)的必要條件，并且風(fēng)與線路的夾角方向需要在45度以上，當(dāng)溫度降至零下時(shí)，常伴有北（偏北）風(fēng)。所以說(shuō)，當(dāng)有覆冰出現(xiàn)時(shí)，發(fā)生導(dǎo)線舞動(dòng)的機(jī)率最大。

2）從力學(xué)角度分析導(dǎo)線舞動(dòng)的原因。當(dāng)導(dǎo)線上有覆冰時(shí)，由于覆冰的存在，這個(gè)力使導(dǎo)線有一個(gè)向下的作用力（如圖2所示），并使導(dǎo)線向下運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)線張力變大，并使導(dǎo)線有一個(gè)向上的反作用力，并使導(dǎo)線向上運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)平衡點(diǎn)，此時(shí)，在導(dǎo)線的重力與風(fēng)力的作用下，又向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)這個(gè)頻率與導(dǎo)線的固有頻率成整數(shù)倍時(shí)，可以使風(fēng)的能量不斷積累，導(dǎo)致導(dǎo)線振幅不斷增大，形成舞動(dòng)。

如果風(fēng)與導(dǎo)線有一定夾角，那么可以將風(fēng)分解為垂直于導(dǎo)線和平行于導(dǎo)線兩個(gè)力，由于導(dǎo)線都有弧垂，在檔距的一半風(fēng)吹導(dǎo)線的下表面，檔距的另一半風(fēng)吹導(dǎo)線的上表面，同樣可以將風(fēng)作用于導(dǎo)線的力分解成垂直于導(dǎo)線的力和平行于導(dǎo)線的力（如圖3所示），那么垂直于導(dǎo)線的力便可以使導(dǎo)線向上或向下運(yùn)動(dòng)，此后，與上一小節(jié)說(shuō)明的情況相同。此種解釋適用于當(dāng)導(dǎo)線沒(méi)有覆冰時(shí)產(chǎn)生舞動(dòng)的原因。如果導(dǎo)線上有覆冰，而且風(fēng)向與導(dǎo)線即不平行也不垂直，而是有一定的夾角，那么上述兩種情況同時(shí)存在，所以發(fā)生導(dǎo)線舞動(dòng)的機(jī)會(huì)就更大些。圖3也說(shuō)明了為什么在一個(gè)檔距中有兩個(gè)最大振幅點(diǎn)的原因。

圖3 順線路方向風(fēng)的力的分析圖

從以上分析中得出如下結(jié)論：導(dǎo)線舞動(dòng)完全是一種機(jī)械運(yùn)動(dòng)，而與電場(chǎng)無(wú)關(guān)，其能量的來(lái)源是風(fēng)，導(dǎo)線獲得的能量與消耗的能量相同時(shí)，就如同彈簧一樣，可以做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，直至風(fēng)力

減小。

1.3 舞動(dòng)對(duì)輸電線路的影響

大風(fēng)及凍雨作用下發(fā)生的舞動(dòng)，導(dǎo)線、地線舞動(dòng)頻率不同，形成波峰對(duì)波谷，凈空距離大幅度減少，加上大風(fēng)引起塵土、雜質(zhì)上揚(yáng)，空氣絕緣強(qiáng)度降低等多方面的原因相互作用造成上導(dǎo)線對(duì)地線發(fā)生放電，使得線路發(fā)生故障跳閘。導(dǎo)線舞動(dòng)范圍廣、時(shí)間長(zhǎng)，具有以下影響。

1）導(dǎo)線舞動(dòng)會(huì)造成垂直排列的兩相導(dǎo)線在檔距內(nèi)相碰而跳閘、燒傷導(dǎo)線。由于導(dǎo)線的舞動(dòng)幅度比較大，造成線間閃絡(luò)是最常見(jiàn)的故障。

2）導(dǎo)線舞動(dòng)會(huì)造成金具和絕緣子損壞。由于導(dǎo)線舞動(dòng)時(shí)，導(dǎo)線會(huì)沿著線路方向來(lái)回竄動(dòng)，使懸垂絕緣子串順線路方向擺動(dòng)，特別是采用的雙串絕緣子，容易引起碰撞，破裂。導(dǎo)線舞動(dòng)同時(shí)也會(huì)引起金具之間磨擦較大，因此磨損越嚴(yán)重，特別是架空地線線夾船體的凸軸尤為嚴(yán)重。500 kV線路導(dǎo)線舞動(dòng)時(shí)，由于每相的四根子導(dǎo)線不同步，造成導(dǎo)線間隔棒損壞、防振錘滑移。

3）在500 kV輸電線路發(fā)生導(dǎo)線舞動(dòng)時(shí)，由于四分裂導(dǎo)線成為一個(gè)整體進(jìn)行舞動(dòng)，所產(chǎn)生的縱向應(yīng)力非常大，對(duì)耐張桿塔強(qiáng)度起到了破壞作用，在桿塔附近可以聽到喀吱的響聲，橫擔(dān)左右擺動(dòng)，塔身也相應(yīng)擺動(dòng)。如果導(dǎo)線舞動(dòng)時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，很可能發(fā)生耐張塔倒塔或橫擔(dān)折斷的重大設(shè)備事故。

2 制定對(duì)策

2.1 加裝相間間隔棒

相間間隔棒的抗拉強(qiáng)度高，重量輕，并有一定柔韌性，抗撞擊性好，耐污閃電壓高，因此，相間間隔棒被越來(lái)越多地應(yīng)用在較低電壓等級(jí)線路防舞上，并取得了良好的效果。但這種方法安裝不方便，不易于維護(hù)，僅適用于緊湊型線路。

2.2 加裝線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒

不均勻覆冰是導(dǎo)致線路舞動(dòng)的必要條件之一，如果能采取措施使導(dǎo)線不產(chǎn)生不均勻覆冰，或者降低導(dǎo)線不均勻覆冰產(chǎn)生的程度，那么對(duì)防治導(dǎo)線舞動(dòng)無(wú)疑是十分有利的。

2.3 加裝阻尼式防舞器

利用阻尼減振方法，通過(guò)增加橫向振動(dòng)阻尼和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)阻尼實(shí)現(xiàn)防舞動(dòng)功能的一種新型阻尼防舞裝置，它吸取了現(xiàn)有部分防舞裝置的優(yōu)點(diǎn)，利用一定的機(jī)械結(jié)構(gòu)將阻尼減振裝置和擺錘連接在間隔棒本體上。

2.4 加大塔頭間隙

此對(duì)策使用在設(shè)計(jì)階段，這樣當(dāng)導(dǎo)線發(fā)生舞動(dòng)時(shí)，發(fā)生相間閃絡(luò)的機(jī)率就大大的降低了，不至于造成線路頻繁跳閘。這種方法只適用于新建線路，會(huì)使工程造價(jià)有所提高，而對(duì)正在運(yùn)行的線路是不可取的。

3 今后工作重點(diǎn)

輸電線路覆冰舞動(dòng)，對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來(lái)了嚴(yán)重的影響。一方面是屬于惡劣氣候的條件導(dǎo)致的自然災(zāi)害，難以預(yù)防和完全抵御。另一方面也反映出部分線路自身抵御惡劣氣候能力不足，在今后需要重點(diǎn)開展以下幾方面的工作。

1）進(jìn)一步對(duì)輸電線路進(jìn)行防舞動(dòng)治理工作。增加垂直核載能夠一定程度上抑制舞動(dòng)的發(fā)生，如加緊湊型線路加裝相間間隔棒、線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒、阻尼防舞器及雙擺防舞器等。

2）對(duì)線路舞動(dòng)段桿塔進(jìn)行檢查，并進(jìn)行螺栓緊固。

3）不同防舞動(dòng)措施運(yùn)用到同桿雙回的輸電線路上，互相比較防舞動(dòng)能力，積累防舞經(jīng)驗(yàn)，為以后的舞動(dòng)治理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和依據(jù)。

4）對(duì)新建線路，設(shè)計(jì)單位在今后的線路設(shè)計(jì)中應(yīng)結(jié)合已有的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)事故多發(fā)地區(qū)的線路空氣間隙適當(dāng)增加裕度，以減小線路投運(yùn)后遇惡劣天氣時(shí)出現(xiàn)跳閘的可能性。

參考文獻(xiàn)

[1]張平.架空輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)原因分析及防治措施[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2009，5:11-13.