輸電線路導線舞動及防舞措施

孫菊海，溫靈長，譚蓉

（陜西省電力設(shè)計院，陜西西安 710054）

1 陜西電網(wǎng)線路舞動情況

2010年2月中旬，受新疆冷空氣東移南壓和西南暖濕氣流共同影響，陜西出現(xiàn)明顯降溫，2月9日開始，陜西大部出現(xiàn)降雨、降雪，陜北中雪、關(guān)中小雨夾雪、陜南小雨，部分地區(qū)出現(xiàn)大霧和陰霾天氣，10日中午開始部分地區(qū)出現(xiàn)大風天氣。陜西電網(wǎng)渭南、銅川、咸陽、寶雞四地區(qū)從2月9—12日有9條線路發(fā)生跳閘事故，其中有3條線路事故是因?qū)Ь€舞動造成。在陜西電網(wǎng)歷史上還沒有發(fā)生過因線路導線舞動造成的電網(wǎng)事故，因此積極有效的做好舞動防治工作勢在必行。

2月10日13時16分，330 kV池銅II線B、C相故障跳閘，測距距池陽變22.5 km；13時18分池銅I線B、C相故障跳閘，測距池陽變22.5 km。銅川電廠1、2號機組跳閘。15時10分銅池I線試送成功；15時42分銅池II線試送成功。

查線發(fā)現(xiàn)15號塔前后2 km左右線路發(fā)生嚴重的持續(xù)性舞動。池銅I線9號～13號鐵塔間導線有放電痕跡，池銅II線11號～12號鐵塔間導線有放電痕跡，放電痕跡輕微，不影響運行。事故發(fā)生時風速6 m/s（氣象站提供），導線覆有薄冰。設(shè)計情況：同塔雙回路，雙分裂ACSR-720/50導線，設(shè)計風速23.5 m/s，設(shè)計覆冰厚度5 mm，耐張塔串采用玻璃絕緣子，懸垂串采用合成絕緣子，此段線路基本為東西走向，線路海拔在420～450 m之間，地形開闊平坦。

2月10日14時28分，330 kV莊乾I線B、C相故障跳閘，測距莊頭變17.9 km，14時47分莊乾II線跳閘，A、C相故障，測距莊頭變19.36 km。17時08分莊乾II線試送成功；17時45分莊乾I線試送成功。查線發(fā)現(xiàn)13～14號塔間導線發(fā)生持續(xù)舞動，可以判斷為由于導線舞動引起，舞動時風速為10 m/s，觀察導線表面明亮，有薄冰。設(shè)計情況：同塔雙回路，四分裂LGJ-400/35導線，設(shè)計風速23.5 m/s，設(shè)計覆冰厚度5 mm，耐張串采用玻璃絕緣子，懸垂串采用合成絕緣子。此段線路基本從西北往東南走向。線路海拔在410～430 m之間，地形開闊平坦。

2010年2月10日8時46分，110 kV楊群雙回線差動保護動作，開關(guān)跳閘，重合閘動作不成功，B、C相故障，楊莊變側(cè)保護測距：I線0.09 km，II線0.07 km。查線人員趕到現(xiàn)場后，發(fā)現(xiàn)線路所在地段風速較大，導致2-8號導線舞動的很厲害，不斷發(fā)生相間導線交錯、鞭擊現(xiàn)象，導致線路相間短路。據(jù)氣象部門說，當?shù)卦缟?時左右開始持續(xù)刮大風，一直未停。風向西，風速穩(wěn)定，為6～8 m/s。設(shè)計情況：同塔雙回路，單根LGJ-300/40導線，設(shè)計風速23.5 m/s，設(shè)計覆冰厚度5 mm。耐張串采用瓷絕緣子，懸垂串采用合成絕緣子。線路地處渭南市郊區(qū)，地形平坦，相對開闊。

以上線路導線舞動只是引起閃絡(luò)跳閘事故，并未引起導線斷線、金具破壞、絕緣子和桿塔損傷。

2 舞動原因分析

引起舞動的因素主要有以下3個方面，即：導線覆冰的影響、風激勵的影響以及線路結(jié)構(gòu)與參數(shù)的影響。

2.1 導線覆冰情況

故障發(fā)生后現(xiàn)場均發(fā)現(xiàn)了明顯的覆冰現(xiàn)象，觀察覆冰形狀，導線覆冰偏于一側(cè)，類似于常見的新月型覆冰情況，為典型的不均勻覆冰，具備了導線發(fā)生舞動的覆冰條件。

2.2 風激勵的影響

根據(jù)舞動現(xiàn)場調(diào)查情況，無論氣溫、風速以及風向條件都處于舞動易發(fā)的范圍內(nèi)，舞動線路均處于開闊平原地區(qū)，為東西走向或基本呈東西走向，當時風力，風向符合導線發(fā)生舞動的條件。易舞風速范圍大致4～25 m/s[1]；風向與線路走向的夾角越接近90°，舞動的可能性越大。

2.3 線路結(jié)構(gòu)與參數(shù)的影響

統(tǒng)計資料表明，在相同覆冰情況下，單導線由于剛度小，在偏心覆冰作用下導線易發(fā)生很大扭轉(zhuǎn)，使覆冰接近圓形，相對分裂導線舞動不易發(fā)生。而分裂導線覆冰時，由于間隔棒的作用，每根子導線的相對扭轉(zhuǎn)剛度比單導線大得多，導線覆冰易形成翼形斷面，又分裂導線風激勵產(chǎn)生的升力和扭矩遠大于單導線，較易發(fā)生舞動。此外，大截面導線的相對扭轉(zhuǎn)剛度比小截面導線大，導線覆冰更容易形成翼形斷面，在風激勵下更易激發(fā)舞動[1]。

因此，故障原因為導線偏心覆冰引起線路舞動，導致導線間、導線與地線間距離不滿足運行要求，造成相間故障或單相故障。

3 舞動防治措施

舞動是由于能量的輸入導致系統(tǒng)的失穩(wěn)造成的，現(xiàn)行線路防舞措施可分為三大類：避舞、抗舞和擬舞[2]。對新設(shè)計線路一般采用避舞措施，對運行和在建線路的舞動，主要采用抗舞動和安裝抑舞設(shè)施。

3.1 線路避開易舞動的區(qū)域

舞動常發(fā)生在電線易覆冰、有平穩(wěn)層流大風的地區(qū)。在選擇線路路徑時，在可能的條件下應(yīng)考慮電線易覆冰、冬季多風且風向與線路交角接近正交的開闊江河、峽谷、迎風山坡等微地形易舞動地段。根據(jù)陜西幾條線路舞動的地形來看，均發(fā)生在四周無屏障的開闊平地、臺塬地帶，植被為果園、農(nóng)田、樹林等，以及風口均勻的層流風持續(xù)吹向?qū)Ь€且夾角較大，陜西主要集中在渭南、銅川、咸陽、寶雞地區(qū)，線路設(shè)計時應(yīng)充分考慮這些微地形的影響，對易舞區(qū)段采用合理的避讓。

3.2 提高線路系統(tǒng)抵抗舞動的能力

舞動給電力線路帶來的主要威脅是線路的電氣故障和機械損壞，如果線路設(shè)計時考慮提高導線的抗舞動能力，即使線路發(fā)生舞動，線路不會發(fā)生電氣故障和機械損壞。

3.2.1 提高線路抗舞機械能力

舞動對線路的絕緣子串、金具、鐵塔產(chǎn)生較大的動態(tài)拉力，提高線路抗舞機械能力，就是提高絕緣子串、金具的強度和耐磨損能力，加強鐵塔螺栓的防松性能等。這些設(shè)備的機械強度提高后，即使發(fā)生舞動，線路本身的強度也能抵御較大的動態(tài)拉力，不致破壞，新建線路設(shè)計時可采用如下措施：

1）根據(jù)舞動的程度提高絕緣子串、金具的安全系數(shù)，適當增加絕緣子串聯(lián)間距離[2]。

2）適當縮小鐵塔的使用檔距；

3）對鐵塔螺栓進行緊固，加裝防松螺栓，防止倒塔斷線事故[3]。

3.2.2 提高線路抗舞電氣性能

提高線路抗舞電氣性能，就是保證導線在舞動過程中導線間、導地線間、導線對地間的距離應(yīng)滿足正常運行電壓間隙的要求，防止線路發(fā)生閃絡(luò)事故，通常采用以下兩種方法：

1）減小塔頭尺寸，加裝相間間隔棒；

2）導線舞動的軌跡，為垂直于導線軸線的橢圓形，可在塔頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計上，采用相應(yīng)措施來控制導線間、導地線間的距離，導線最好采用水平布置形式，適當加大導線和地線的水平偏移。

3.3 擬制舞動措施

擬制舞動措施是指在運行線路舞動嚴重的區(qū)段采取措施阻止舞動的形成的條件，擬制舞動的幅值，減少舞動可能造成的危害，使線路安全運行。目前，對運行線路安裝改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的擬舞動器是擬制舞動的主要措施，其原理是采用結(jié)構(gòu)力學的方法，改變線路舞動系統(tǒng)固有的頻率、扭矩、質(zhì)量分布等動力學特性，達到擬制舞動。國內(nèi)外常用的方法有：1）壓重防舞器；2）安裝相間間隔棒；3）根據(jù)導線扭轉(zhuǎn)激發(fā)舞動的原理開發(fā)出的雙擺防舞器、失諧擺、偏心重錘、扭轉(zhuǎn)阻尼器、線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒等。有些防舞裝置可以組合應(yīng)用，可以取得更好的防舞效果。

4 陜西地區(qū)線路防舞實施方案

陜西電網(wǎng)這次突發(fā)的大范圍線路舞動跳閘事故發(fā)生后，針對已發(fā)生舞動的線路和同區(qū)域具備舞動潛在危險的運行、在建的5條330 kV和750 kV線路采用相應(yīng)防舞動措施，以提高線路抗舞動能力，保證線路安全運行。根據(jù)分析比較，采用導線加裝雙擺防舞器防舞治理方案，該方案的主要特點防舞效果明顯、安裝方便、造價低廉。5條線路共加裝雙擺防舞器1683套，具體線路名稱、加裝區(qū)段、防舞器型號見表1。

表1 線路名稱及防舞區(qū)段Tab.1 The line name and the anti-dance section

防舞器的安裝應(yīng)遵循集中與分散相結(jié)合的布置原則，具體要求如下：

1）防舞器安裝位置：一般安裝在檔距的2/9、5/12、7/9處，如圖1所示。

圖1 防舞器安裝示意圖Fig.1 The installation sketch map of anti-dance device

2）防舞器每檔每相總重量控制在該檔相導線重量6%以內(nèi)[2-4]。

3）安裝點兩個及以上防舞器時間距為5 m，先安裝護線條[2]，再安裝防舞器。

4）在雙擺防舞器安裝位置的±10 m范圍內(nèi)的原線路子導線間隔棒拆除。

5）安裝距離忽略弧垂影響，距離誤差±2 m。

6）注意對桿塔螺栓的緊固和更換。

5 結(jié)論

防舞治理方案實施3年來，以上線路運行狀況良好，由于沒有出現(xiàn)引起線路舞動的氣象因素（導線覆冰、風激勵、風向），防舞治理方案、擬制舞動的效果還未得到檢驗。陜西電力系統(tǒng)防舞治理尚屬首次，設(shè)計、生產(chǎn)、運行均缺乏經(jīng)驗，真正從理論上和實際上解決舞動問題還有一段很長的路，要求我們在積累舞動防治經(jīng)驗中完善防治方法，使舞動造成的災害減少到最低。

[1] 中國電力科學研究院．輸電線路防舞治理[R]．北京：中國電力科學研究院，2010．

[2] 張殿生．電力工程高壓送電線路設(shè)計手冊[M]．北京：中國電力出版社，2002．

[3] 國家電網(wǎng)公司．在建輸電線路防舞設(shè)計要點[R]．北京：國家電網(wǎng)公司，2010．

[4] 中國電力企業(yè)聯(lián)合會．GB50545-2010110 kV～750 kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范[S]．北京：中國計劃出版社，2010．