輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)的原因與防護(hù)措施

劉武常 黃新波

摘要：在輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)中，輸電線路可能出現(xiàn)振動(dòng)而引起導(dǎo)線疲勞、斷股甚至斷裂，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)倒塔事故，造成大面積停電，影響電力系統(tǒng)供電可靠性。本文首先探討了輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)的機(jī)制與原因，然后進(jìn)行了相關(guān)力學(xué)分析，最后提出了相關(guān)防治措施。

關(guān)鍵詞：輸電線路 導(dǎo)線舞動(dòng) 力學(xué)分析

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對電能的需求量和對電能質(zhì)量的要求也不斷提高，電力能源已經(jīng)成為社會(huì)存在和發(fā)展的必需品。但是由于各種因素的影響，我國部分地區(qū)電網(wǎng)事故還依然存在，電網(wǎng)事故不僅影響大、速度快、后果嚴(yán)重，而且直接影響國家的生產(chǎn)建設(shè)和人民的生活秩序。輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)是長期以來影響本地區(qū)電網(wǎng)輸電線路度冬安全的重要因素，其可以造成輸電線路跳閘、鐵塔橫擔(dān)部分螺栓脫落以及鐵塔橫擔(dān)、跳線、絕緣子、金具受損，使得電網(wǎng)運(yùn)行形勢極為嚴(yán)峻[1]。本文為此具體進(jìn)行了輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)的力學(xué)分析，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)的機(jī)制與原因

1.1 輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)的機(jī)制

在輸電線路中，當(dāng)導(dǎo)線受到橫向速度風(fēng)載荷作用時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向上下加速度運(yùn)動(dòng)，就會(huì)使導(dǎo)線受到一個(gè)空氣動(dòng)力力矩的作用從而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。當(dāng)扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的頻率與其垂直運(yùn)動(dòng)的頻率同步時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)線舞動(dòng)。由于目前對舞動(dòng)的機(jī)理尚不完全明確，防止舞動(dòng)的措施也還不夠完備，但是從舞動(dòng)的重復(fù)性可知，輸電線的舞動(dòng)顯現(xiàn)是由規(guī)律可循的[2]。并且由于架空輸電線路桿塔是一種大跨度高聳結(jié)構(gòu)、導(dǎo)線剛度較柔、自振周期大，對風(fēng)載荷的激勵(lì)十分敏感。在一些外在因素的作用下，輸電線路的舞動(dòng)幅度大，因此容易引起相間閃絡(luò)，造成線路跳閘停電，而這種情況下的故障會(huì)給電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來較大的危害。

1.2 輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)的原因

導(dǎo)線的扭曲運(yùn)行是助長舞動(dòng)的主要原因，在大振幅導(dǎo)線舞動(dòng)的時(shí)候，就會(huì)形成同一周期的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。對于導(dǎo)線本身吸收的能量，絕緣子、端部等金具所吸收的能量所占的比例就很小，舞動(dòng)易于發(fā)生。導(dǎo)線的張力越大，導(dǎo)線本身吸收的能量就會(huì)越少，越有利于舞動(dòng)的形成和發(fā)展[3]。

2 輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)的力學(xué)分析

架空導(dǎo)線振動(dòng)模態(tài)可分為面外和面內(nèi)振動(dòng)，面內(nèi)振動(dòng)模態(tài)又分為對稱和反對稱模態(tài)。與架空導(dǎo)線的初始構(gòu)形類似，其動(dòng)力特性的分析有解析法和有限元法兩種。

2.1 動(dòng)力特性的解析法

解析法是根據(jù)達(dá)朗貝爾原理建立懸索的自由振動(dòng)方程進(jìn)行求解的方法。架空導(dǎo)線的垂跨比一般小于1/8，并且主要關(guān)心面內(nèi)豎向振動(dòng)和面外振動(dòng)，可以忽略縱線向的振動(dòng)。

2.2 動(dòng)力特性的有限元法

解析法計(jì)算動(dòng)力特性只適用于兩端鉸接的單檔導(dǎo)線受到豎向均布荷載的情況，對于實(shí)際工程中多種荷載和復(fù)雜邊界條件下的多檔輸電線的動(dòng)力特性問題，需要利用有限元方法進(jìn)行計(jì)算。

研究認(rèn)為，在一定的風(fēng)速和攻角條件下，就會(huì)發(fā)揮舞動(dòng)。由于可見，架空導(dǎo)線是否舞動(dòng)與覆冰導(dǎo)線截面的氣動(dòng)力特性有關(guān)。

3 輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)的防治措施

輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)的防治是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，各種輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)治理措施都只能在一定程度上抑制和削弱導(dǎo)線舞動(dòng)，很難徹底消除。因此必須從規(guī)劃設(shè)計(jì)到運(yùn)行維護(hù)，在避、抗、防等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合治理，開展全過程舞動(dòng)治理。

一是對舞動(dòng)的線路設(shè)備進(jìn)行全面檢查，分析評估舞動(dòng)對線路設(shè)備造成的影響。對舞動(dòng)幅度大、持續(xù)時(shí)間長的線路金具和絕緣子進(jìn)行抽樣試驗(yàn)，對疲勞受損元件結(jié)合停電進(jìn)行更換。

二是對線路舞動(dòng)區(qū)段開展防舞動(dòng)治理，同塔雙回線路至少一條線路采取防舞措施，重要聯(lián)絡(luò)線優(yōu)先治理，其它未舞動(dòng)區(qū)段結(jié)合地形、地貌、線路走向、桿塔結(jié)構(gòu)等因素，開展舞動(dòng)可能性分析，必要時(shí)進(jìn)行治理，確保在發(fā)生大面積舞動(dòng)的情況下，各電壓等級線路，尤其是核心骨干網(wǎng)架、戰(zhàn)略性輸電通道、重要負(fù)荷供電線路等線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行[4]。

三是對線路加裝線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒、相間間隔棒、雙擺防舞器等防舞裝置進(jìn)行防舞技術(shù)改造。

四是在舞動(dòng)區(qū)安裝必要的舞動(dòng)監(jiān)測裝置，對輸電線路舞動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。建設(shè)分布式小型氣象站，對氣象信息進(jìn)行監(jiān)視和預(yù)警。為調(diào)度和應(yīng)急處置提供技術(shù)手段，為舞動(dòng)治理提供數(shù)據(jù)支撐。比如2013年，某某境內(nèi)遭遇大風(fēng)侵襲，瞬時(shí)最大風(fēng)力達(dá)7級，當(dāng)?shù)仉姌I(yè)局立即啟動(dòng)惡劣天氣應(yīng)急預(yù)案，迅速組織人員對各變電站設(shè)備及供電線路進(jìn)行特殊巡視，認(rèn)真檢查設(shè)備區(qū)母線及引流線有無松動(dòng)、斷股現(xiàn)象及設(shè)備上有無大風(fēng)刮起的雜物，對輸電線路易舞動(dòng)區(qū)域和線下建筑區(qū)域加強(qiáng)巡視力度，杜絕一切因大風(fēng)引起危及設(shè)備、線路的安全隱患，確保電網(wǎng)在惡劣天氣下的安全運(yùn)行[5]。

總之，輸電線的導(dǎo)線舞蹈給安全可靠運(yùn)行造成了極大的危害，我們需要積極加強(qiáng)力學(xué)分析，才能做到有針對性的治理，保證導(dǎo)線舞動(dòng)治理工作的長期性和連貫性。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳正華.輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)及其防治對策的綜述[J].內(nèi)蒙古石油化工，2007，4：36-37.

[2]尤傳永.導(dǎo)線舞動(dòng)穩(wěn)定性機(jī)理及其在輸電線路上的應(yīng)用[J].電力設(shè)備，2011，5（6）：13-15.

[3]朱寬軍，尤傳永，趙淵如.輸電線路的舞動(dòng)研究與治理[J].電力建設(shè)，2010，25（12）：18-21.

[4]張平.架空輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)原因分析及防舞措施[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2009，27（5）：11-13.

[5]Mirka M，Joan C.Security considerations for present and future medical databases.