輸電線路舞動技術(shù)探討＊

莊為棟，馬向輝，胡曉軍

（湖州電力局，浙江 湖州313000）

線路運(yùn)行中，由于受風(fēng)的影響，導(dǎo)致導(dǎo)線斷股、桿塔螺栓松動等情況時常發(fā)生，尤其在夏季大風(fēng)情況下，導(dǎo)線周圍樹木的安全距離不足和導(dǎo)致線路跳閘的事故每年都有發(fā)生.今年以來，我國特高壓工程建設(shè)迅速，±800千伏錦蘇線、復(fù)豐線均已投入商業(yè)運(yùn)行，1000千伏淮上線將于2013年建成.在設(shè)備日趨完善的情況下，防止由于受風(fēng)的影響而發(fā)生線路事故的措施不斷受到電力系統(tǒng)的重視.風(fēng)對運(yùn)行線路最明顯的影響之一便是舞動，由于舞動導(dǎo)致線路故障的因素已成為威脅線路運(yùn)行安全的重要因素之一.

1 舞動產(chǎn)生的原因

架空輸電線路舞動是由低頻率高振幅的共振所引起的.由于空氣動力的不確定性，導(dǎo)線會產(chǎn)生一種低頻率（約為0.1～3HZ）、大振幅（約為導(dǎo)線直徑的5～500倍）的共振現(xiàn)象［1］.舞動的峰值最大可達(dá)到10多米，從而引起相間閃絡(luò)、跳閘停電、線夾等金具損壞、導(dǎo)線斷股斷線，甚至導(dǎo)致桿塔倒塌等情況的發(fā)生，是輸電線路的重大災(zāi)害之一.舞動產(chǎn)生的主要原因?yàn)椋簩?dǎo)線不均勻覆冰、風(fēng)激勵、線路結(jié)構(gòu)參數(shù)［2］.

1.1 導(dǎo)線不均勻覆冰

舞動產(chǎn)生的必要條件是導(dǎo)線的不均勻覆冰，在凍雨、霜淞、濕雪等惡劣氣候條件下，容易發(fā)生導(dǎo)線不均勻覆冰.常見的為較強(qiáng)冷空氣帶來的雨加雪、凍雨、氣溫驟降等.

架空輸電線路發(fā)生不均勻覆冰，冰厚從幾毫米到幾十毫米不等，使得導(dǎo)線圓截面特性發(fā)生改變，從而使空氣動力性能有所改變，在適宜的風(fēng)的激勵條件下會發(fā)生舞動現(xiàn)象.導(dǎo)線覆冰與溫度、降水形式及降水量有直接關(guān)系，還和風(fēng)速、風(fēng)向、線路參數(shù)等因素密切相關(guān)，是一種復(fù)雜的作用體系.導(dǎo)線舞動與覆冰厚度關(guān)系見圖1.

圖1 導(dǎo)線舞動與覆冰厚度的關(guān)系圖

1.2 風(fēng)激勵

導(dǎo)線舞動離不開風(fēng)的激勵.在導(dǎo)線覆冰的情況下，當(dāng)風(fēng)速在4～25m／s，風(fēng)向與線路走向的夾角大于45°時，容易引起線路舞動.通過分析，同方向的平穩(wěn)氣流所造成的空氣動力載荷增加較大，線路桿塔塔越高，風(fēng)速越大，舞動的危害越大.

根據(jù)多年來的統(tǒng)計(jì)資料顯示，平原開闊地帶發(fā)生舞動的頻率高于山區(qū)或丘陵地區(qū)，平原、開闊地帶形成風(fēng)激勵更加平穩(wěn)和持續(xù)，有利于舞動的形成，見圖2、圖3.

圖2 舞動與風(fēng)俗關(guān)系圖

圖3 風(fēng)向和線路走向夾角與舞動的關(guān)系圖

1.3 線路結(jié)構(gòu)與參數(shù)

（1）受導(dǎo)線分裂數(shù)的影響.實(shí)踐表明，在同樣的地理與氣象條件下，分裂導(dǎo)線比單導(dǎo)線容易產(chǎn)生舞動.

（2）導(dǎo)線直徑的影響.相同外界條件下，通常是大截面導(dǎo)線比小截面導(dǎo)線易產(chǎn)生舞動.如：2009～2010年冬季輸電線路覆冰舞動典型氣象條件：風(fēng)、雨雪、氣溫.

2 舞動的危害

2.1 電氣故障

此類故障主要易造成相間閃絡(luò)、導(dǎo)線對塔身放電、導(dǎo)線對地線放電、電弧燒傷等，從而引起線路跳閘.見現(xiàn)場故障圖4.

圖4 舞動與風(fēng)俗關(guān)圖系

2.2 機(jī)械損壞

機(jī)械損壞的危害主要易造成螺栓松脫、金具損壞、跳線損壞、斷線斷股、塔材破壞、基礎(chǔ)受損，嚴(yán)重時會引起線路倒桿等危害.見現(xiàn)場故障圖5.

3 現(xiàn)狀及特點(diǎn)

3.1 我國架空輸電線路的舞動現(xiàn)狀

輸電線路舞動在我國較為頻繁，且涉及到各個電壓等級.舞動在我國分布范圍較廣，主要分布在北起黑龍江，南至湖南的帶狀區(qū)域內(nèi).每年的冬季及初春季節(jié)（每年的11、12月份和次年的1、2、3月份），我國西北方南下的干冷氣流和東南方北上的暖濕氣流在我國東北部、中部（偏沿海地區(qū)）相匯，這些地區(qū)極易形成凍雨或雨凇地帶使導(dǎo)線覆冰，這條帶狀區(qū)域內(nèi)的輸電線路在冬季由于特殊的氣象因素滿足了起舞的基本要素后而發(fā)生舞動.

根據(jù)現(xiàn)有資料顯示（見表1），自1980年至2011年初，我國共發(fā)生1281條次導(dǎo)線舞動，涉及到的線路有1036條.

圖5 機(jī)械損壞現(xiàn)場圖片

表1 1980～2011年線路舞動情況統(tǒng)計(jì)

3.2 我國輸電線路舞動現(xiàn)狀及特點(diǎn)

（1）舞動范圍擴(kuò)大、頻率高，涉及各電壓等級線路.在地域分布上，舞動區(qū)域已不僅局限在有限的范圍內(nèi)，也遍及到公司電網(wǎng)的大部分地區(qū).今年來舞動發(fā)生的頻率越來越高，當(dāng)氣象條件、覆冰情況等條件滿足時，各地區(qū)、各電壓等級的線路都可能發(fā)生舞動.

（2）舞動持續(xù)時間長，舞動強(qiáng)度大.長時間的舞動會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件疲勞、螺栓松脫，甚至倒塔的嚴(yán)重事故發(fā)生.2009～2010年冬季舞動共造成600多條次的跳閘事故和130多條次的機(jī)械故障.

4 輸電線路舞動防治

隨著信息化步伐的不斷加快，企業(yè)對信息網(wǎng)絡(luò)的依賴性越來越大，同時網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日新月異，這對網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維人員提出了更高的要求，這就需要網(wǎng)絡(luò)人員不斷學(xué)習(xí)新知識來充實(shí)自己.信息網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，無疑為網(wǎng)絡(luò)人員提供了一個技能提升的良好環(huán)境，必將得到越來越廣泛的關(guān)注和應(yīng)用.舞動防治技術(shù)主要包涵線路設(shè)計(jì)階段、建設(shè)階段及運(yùn)行維護(hù)階段.經(jīng)過多年來電力科研人員的研究，確定了防舞“避、抗、防”的總體路線.

（1）設(shè)計(jì)階段.線路規(guī)劃應(yīng)避免在舞動多發(fā)區(qū)域，如在舞動多發(fā)區(qū)的新建線路，規(guī)劃和設(shè)計(jì)階段就要充分考慮導(dǎo)線防舞動的措施，確定各線路區(qū)段舞動的級別，必要時采用“避”和“抗”的防舞動設(shè)計(jì).

（2）氣象、地形資料的調(diào)查.做好前期的資料收集，包括地形資料和氣象資料.地形資料有：地形、地貌、海拔高度等.氣象資料有：氣溫、降雪、降水、風(fēng)速、風(fēng)向等.對資料分析后確定舞動的可能性，測算出惡劣氣象條件下舞動的最大強(qiáng)度，為“避”和“抗”的防舞動設(shè)計(jì)階段提供依據(jù).

（3）合理選擇線路路徑.輸電線路規(guī)劃設(shè)計(jì)時，合理選擇線路路徑，對于必須經(jīng)過的舞動多發(fā)區(qū)域的新建線路，設(shè)計(jì)階段應(yīng)將防舞動作為重要因素來考慮，做好防舞動設(shè)計(jì)和措施，以提高輸電線路的防舞動能力.

（4）防舞動措施.防舞動措施是指在未采取預(yù)防措施抑制舞動時，通過提高線路的電氣強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度來抵抗或減輕舞動所造成的危害，使線路在舞動發(fā)生時能夠不發(fā)生線路跳閘、設(shè)備損壞等事故，從而保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行.對經(jīng)過舞動區(qū)域的新建線路，投入運(yùn)行后舞動可能性較大，可適當(dāng)對線路的重要部分、部位設(shè)計(jì)防舞方案，如提高設(shè)計(jì)等級、加裝防舞裝置等.

4.2 運(yùn)行維護(hù)階段

對已發(fā)生舞動的線路應(yīng)及時治理.對還未發(fā)生舞動但已具備舞動條件的線路，要合理有序的制定治理計(jì)劃，盡快消除隱患.

（1）舞動區(qū)域未發(fā)生舞動的運(yùn)行線路.對于此類線路要加強(qiáng)季節(jié)性的觀測和巡視工作.一般來講，南方夏季臺風(fēng)多發(fā)，沿海地區(qū)應(yīng)嚴(yán)加防范.北方冬季惡風(fēng)頻發(fā)，需多加留意.再此基礎(chǔ)上，制定舞動事故應(yīng)急處理預(yù)案，重要線路可加裝防舞動裝置等預(yù)防措施.

（2）舞動區(qū)域已發(fā)生舞動的運(yùn)行線路.對已發(fā)生舞動的線路，應(yīng)及時進(jìn)行防舞動處理.如：線路改道，繞開舞動地區(qū)；縮小檔距；提高金具及絕緣子的強(qiáng)度等級；鐵塔螺栓使用防松圈等.

5 輸電線路防舞設(shè)計(jì)的基本方法

（1）輸電線路防舞設(shè)計(jì)應(yīng)從合理選擇線路走向和路徑、提高線路的機(jī)械及電氣強(qiáng)度、加裝防舞裝置等方面綜合考慮，減少舞動造成的線路跳閘和機(jī)械損壞事故，提高輸電線路抵御覆冰舞動的能力.

（2）應(yīng)根據(jù)舞動分區(qū)原則，結(jié)合沿線運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和線路走向，調(diào)查舞動微氣象、微地形地區(qū)，劃分線路舞動區(qū)段.

（3）在2級和3級舞動區(qū)，應(yīng)對導(dǎo)線、絕緣子、金具設(shè)計(jì)、桿塔加強(qiáng)、螺栓防松、加裝防舞裝置等方面采取綜合措施.

（4）在1級舞動區(qū)，應(yīng)在跳線金具設(shè)計(jì)、螺栓防松、預(yù)留或加裝防舞裝置等方面采取措施.

（5）防舞裝置的安裝設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)其使用方法和安裝要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算，必要時開展相關(guān)的機(jī)電性能試驗(yàn).

6 結(jié)語

線路防舞動不能僅僅靠后期治理，而應(yīng)該從設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行周密考慮.因?yàn)楹笃谥卫泶嬖诓话踩蛩?，如加裝相間間隔棒后導(dǎo)線下降較多，不能滿足對地安全距離；相間間隔棒尺寸不合適很不美觀，受力過大易發(fā)生斷裂；后期治理投資更大，且不能從根本上解決問題等.因此，如果從設(shè)計(jì)階段加以考慮，可以避開易舞區(qū)，也可以通過縮短檔距減少舞動機(jī)會，還可以在新建時就安裝防舞動裝置、桿塔加裝防松動螺絲等.

［1］張謙.輸電線路導(dǎo)線舞動的防治及研究［J］.山東電力技術(shù)，2010（2）：26～30.

［2］朱寬軍，尤傳永，趙淵如.輸電線路舞動的研究與治理［J］.電力建設(shè)，2004（12）：18～21.