間隔棒安裝距離和起算點(diǎn)的確定

盧鵬飛

安徽送變電工程公司應(yīng)急搶修中心運(yùn)行檢修分公司，安徽合肥，230601

次檔距振蕩是指超(特)高壓輸電線路分裂導(dǎo)線上兩間隔棒之間的子導(dǎo)線振蕩，是采用分裂導(dǎo)線的線路所特有的機(jī)械運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象。其生成原理是：在分裂導(dǎo)線情況下，其中一根或多根子導(dǎo)線不可避免地處在前方子導(dǎo)線形成的尾流中，由于尾流效應(yīng)，使得下風(fēng)的子導(dǎo)線更容易吸收風(fēng)的輸入能量，從而發(fā)生低頻大振幅振動(dòng)。它是一種 1～3 Hz低頻的橢圓軌跡的振蕩，橢圓的長軸近于水平。而且，同一水平面子導(dǎo)線的振蕩方向相反。這種振蕩一般發(fā)生在低溫季節(jié)，風(fēng)速為7～20 m/s的情況下。

影響次檔距震蕩的因素包含以下幾個(gè)方面：風(fēng)、分裂導(dǎo)線的數(shù)量和布置、導(dǎo)線直徑和分裂導(dǎo)線間距、導(dǎo)線質(zhì)量、子導(dǎo)線排列對風(fēng)向的傾角、間隔棒裝置類型和位置。針對以上影響因素，可采取以下措施進(jìn)行防護(hù)：增大分裂導(dǎo)線間距、改變分裂導(dǎo)線的傾角、減少尾流區(qū)中導(dǎo)線的數(shù)量、減小次檔距的長度、對間隔棒進(jìn)行優(yōu)化布置和適宜選型。

1 間隔棒次檔距布置

在分裂導(dǎo)線-間隔棒系統(tǒng)中，一般采用阻尼間隔棒，并且按不等次檔距安裝。目前，國內(nèi)多采用英國Denlop 公司侯效(Hearnshaw)所推薦的優(yōu)化布置理論，并將其簡化為如表1中所示的次檔距布置。

表1 侯效不等距次檔距布置順序

結(jié)合侯效提出的間隔棒在特定導(dǎo)線上的無量綱特性曲線，可得到這樣的一組遞推關(guān)系式：

根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)曲線分析，得到如下判斷依據(jù)：

這樣就可以利用計(jì)算機(jī)求得最優(yōu)解。

以上計(jì)算中，S為平均次檔距，是次檔距優(yōu)化布置的基礎(chǔ)。其計(jì)算公式為：S=L/(Ns+1)

圖1 導(dǎo)線-間隔棒系統(tǒng)振動(dòng)模型

2 間隔棒端次檔距的取值

2.1 間隔棒次檔距取值的考慮因素

間隔棒的主要作用是支撐子導(dǎo)線，防止子導(dǎo)線相互碰撞和鞭擊，抑制微風(fēng)振動(dòng)和次檔距振蕩。對于間隔棒的安裝距離及數(shù)量，除了考慮經(jīng)濟(jì)因素外，還必須從防止導(dǎo)線碰撞和翻轉(zhuǎn)、能達(dá)到最佳防振效果方面進(jìn)行必要的研究和計(jì)算。主要考慮的因素有:對于平均風(fēng)阻力和正常電流產(chǎn)生的電磁吸引力，間隔棒的安裝距離必須使子導(dǎo)線不接觸;對于風(fēng)和覆冰引起的扭轉(zhuǎn)，允許子導(dǎo)線接觸，但當(dāng)覆冰和風(fēng)等外力消失后，間隔棒的安裝距離必須能使扭轉(zhuǎn)自然恢復(fù)(即扭轉(zhuǎn)復(fù)原理論)；對于尾流引起的次檔距振蕩，必須保證子導(dǎo)線不發(fā)生頻繁的鞭擊和金具的疲勞破壞。

分裂導(dǎo)線不均勻覆冰時(shí)，產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)力矩，加上風(fēng)壓，使導(dǎo)線發(fā)生嚴(yán)重的扭轉(zhuǎn)。由于風(fēng)壓和覆冰產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力的機(jī)理復(fù)雜，且覆冰厚度、形狀具有不規(guī)則、不確定性，因此，確定它的大小和設(shè)計(jì)條件是極其困難的。扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)中，一般按導(dǎo)線覆冰時(shí)發(fā)生的扭轉(zhuǎn)，在脫冰后能自然恢復(fù)來考慮。導(dǎo)線一旦發(fā)生扭轉(zhuǎn)，為了使它能自然復(fù)原，則要求在任意扭轉(zhuǎn)角下有足夠大的復(fù)原力作用。

2.2 安裝位置優(yōu)化的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則

阻尼間隔棒作為分裂導(dǎo)線主要的振動(dòng)阻尼元件，間隔棒應(yīng)放置在接近振動(dòng)的波峰而遠(yuǎn)離波節(jié)點(diǎn)的地方，以產(chǎn)生較大的振動(dòng)能量耗散，充分發(fā)揮其振動(dòng)阻尼作用。導(dǎo)線受風(fēng)激振動(dòng)后，若遇到阻尼作用，其振幅會(huì)逐漸衰減。用振幅對數(shù)衰減率δ來表示阻尼作用:

式中，A0為振動(dòng)的初始峰峰值;An為第n個(gè)周期的峰峰值。

端部次檔距是與桿塔相鄰的一個(gè)次檔距，長度一般只有中間次檔距的一半左右。采用這樣的布置，在發(fā)生導(dǎo)線不均勻覆冰而引起導(dǎo)線束扭轉(zhuǎn)時(shí)，可產(chǎn)生足夠的扭力矩，使覆冰脫落后，導(dǎo)線束能自行恢復(fù)到原來的位置。端次檔距的大小與導(dǎo)線懸掛方式也有很大關(guān)系。導(dǎo)線采用耐張方式固定時(shí)，檔內(nèi)扭轉(zhuǎn)恢復(fù)性能較差，此時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步減小端次檔距長度，以提高恢復(fù)力矩。

有研究表明，當(dāng)相鄰次檔距(Si)相等或互為整數(shù)倍，即S1/S2=1,0或S1/S2=0.5時(shí)，導(dǎo)線-間隔棒系統(tǒng)可能呈現(xiàn)最低能量耗散模型，即阻尼間隔棒對導(dǎo)線振動(dòng)能量的耗散不起作用。

根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，國外次檔距不等距離布置的基本方式:(1)次檔距長度由兩端向中間逐步增加，到檔距中央達(dá)最大值；(2)次檔距長度交替增加和減小。

次檔距布置的原則:(1)在0.55～0.65之間；(2)次檔距不宜布置成對于檔中央呈對稱分布。

3 間隔棒起算點(diǎn)的確定

經(jīng)計(jì)算得出的間隔棒安裝距離其起算點(diǎn)應(yīng)該為導(dǎo)線的掛點(diǎn)位置。對于直線塔來說，起算點(diǎn)應(yīng)為桿塔中心點(diǎn)；耐張塔起算點(diǎn)應(yīng)為耐張串在橫擔(dān)上的掛點(diǎn)位置，相對于檔距來說，橫擔(dān)寬度可以忽略不計(jì)，為了統(tǒng)一起見，耐張塔的間隔棒次檔距起算點(diǎn)也應(yīng)為桿塔的中心點(diǎn)。

在某些線路施工過程中，部分施工項(xiàng)目部未能理解間隔棒次檔距的定義和間隔棒布置的原則。在實(shí)際施工過程中，將間隔棒安裝距離的起算點(diǎn)定在了線夾出口處，這就造成了以耐張塔為起點(diǎn)，實(shí)際安裝的間隔棒次檔距與設(shè)計(jì)值產(chǎn)生了一個(gè)耐張串的誤差。以±500 kV葛南線為例，其耐張串(掛點(diǎn)至耐張線夾出口處)的長度達(dá)到了14.622 m，以平均檔距450 m計(jì)算，其設(shè)計(jì)間隔棒安裝數(shù)量為7個(gè)，安裝距離為39+65+58+67+58+68+60+35(m)。起算點(diǎn)按照線夾出口來計(jì)算，其實(shí)際的安裝距離變成54+65+58+67+58+68+60+10(m)。其S1/S2=54/65=0.83，該數(shù)值超出了0.55～0.65的范圍，以至于在發(fā)生導(dǎo)線不均勻覆冰而引起導(dǎo)線束扭轉(zhuǎn)時(shí)，沒有足夠大的扭力矩，使得覆冰脫落后，導(dǎo)線束能自行恢復(fù)到原來的位置。且間隔棒未能放置在接近振動(dòng)的波峰而遠(yuǎn)離波節(jié)點(diǎn)的最適宜位置，無法產(chǎn)生較大的振動(dòng)能量耗散，未能充分發(fā)揮其振動(dòng)阻尼作用，從而不能減弱次檔距震蕩的振幅，影響線路安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]高選.導(dǎo)線-間隔棒系統(tǒng)最優(yōu)化理論及實(shí)踐[J].中國電力,1993(3):15-20

[2]黃經(jīng)亞.分裂導(dǎo)線的次檔距振蕩及防護(hù)對策[J].華中電力,1989(3):47-53

[3]王藏柱，楊曉紅.輸電線路導(dǎo)線的振動(dòng)和防振[J].電力情報(bào),2002(1):69-70

[4]夏德森，王德峰.防振金具在架空線路上的應(yīng)用[J].電力建設(shè),2003(8):21-23