架空輸電線路導(dǎo)線限位式防舞技術(shù)研究

王曉輝 于文建

摘要：經(jīng)濟(jì)在快速的發(fā)展，社會(huì)在不斷的進(jìn)步，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會(huì)對(duì)電能的需求和質(zhì)量的要求不斷提高。但輸電線路暴露在大自然中，受到風(fēng)、冰、雷等環(huán)境因素的影響，我國(guó)部分地區(qū)電網(wǎng)事故依然存在，這會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失與社會(huì)影響。架空輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)是長(zhǎng)期以來影響電網(wǎng)架空線路度冬安全的重要因素。冬季，水平方向的風(fēng)吹到因偏心覆冰而變?yōu)榉菆A斷面的導(dǎo)線時(shí)，將產(chǎn)生一定的空氣動(dòng)力，在一定的條件下，會(huì)誘發(fā)導(dǎo)線產(chǎn)生一種低頻（0.1～3Hz）、大振幅（約為導(dǎo)線直徑的5～300倍）的自激振動(dòng)。這種振動(dòng)屬于馳振（Galloping），形態(tài)上下翻飛、形如龍舞，稱為舞動(dòng)。

關(guān)鍵詞：架空輸電線路;導(dǎo)線舞動(dòng);防舞動(dòng)設(shè)計(jì)

引言

架空輸電線路導(dǎo)線災(zāi)害中，舞動(dòng)是較為嚴(yán)重的一種災(zāi)害形式。統(tǒng)計(jì)資料表明，我國(guó)屬于舞動(dòng)災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一，截止目前，我國(guó)共發(fā)生有文字記錄的舞動(dòng)事故約290起（同一時(shí)間、同一地區(qū)發(fā)生的記為1起）。隨著我國(guó)電網(wǎng)規(guī)模的快速發(fā)展和惡劣氣象的頻繁出現(xiàn)，電網(wǎng)發(fā)生舞動(dòng)事故的頻率明顯增加，危害程度增大，幾乎每年都會(huì)發(fā)生較嚴(yán)重的舞動(dòng)故障，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。目前常用的防舞裝置主要包括相間間隔棒、雙擺防舞器及回轉(zhuǎn)型間隔棒等，但對(duì)于一些氣象環(huán)境復(fù)雜地區(qū)仍不能完全解決舞動(dòng)問題。研究新型架空輸電線路導(dǎo)線大幅振蕩防治技術(shù)，研制適用于復(fù)雜環(huán)境下新型導(dǎo)線大幅振蕩防治裝置，針對(duì)不同環(huán)境等條件下導(dǎo)線舞動(dòng)現(xiàn)象提出有效的防治方案，提升架空輸電線路防災(zāi)設(shè)計(jì)水平，對(duì)保障超特高壓線路的安全運(yùn)行具有非常重要的意義。

1輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)的概述

輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)不同于一般的導(dǎo)線振動(dòng)，它是指導(dǎo)線在一定風(fēng)速條件下發(fā)生的一種運(yùn)動(dòng)軌跡近似橢圓形的低頻率（0.1～3Hz）、大振幅（約為導(dǎo)線直徑20～300倍）的自激振動(dòng)現(xiàn)象。國(guó)內(nèi)外有關(guān)導(dǎo)線舞動(dòng)的研究有以下幾個(gè)里程碑：1930年Davison有關(guān)導(dǎo)線舞動(dòng)研究的論文以及1932年DenHartong發(fā)表的《Theicinggallopingoftransmissionlines》被視為研究導(dǎo)線舞動(dòng)的開端;20世紀(jì)八九十年代的“500kV葛洲壩-常德-株洲”湘江大跨越以及沅水大跨越的舞動(dòng)事故的調(diào)查研究標(biāo)志著國(guó)內(nèi)大規(guī)模有關(guān)研究的開始。2003年500kV龍斗線、斗雙線（位于湖北省境內(nèi)的輸電線路）舞動(dòng)事故，2007年500kV海萬線I、II回（位于河北省境內(nèi)的緊湊型輸電線路）舞動(dòng)故障，以及2008年我國(guó)貴州和湖南地區(qū)史無前例的冰災(zāi)中出現(xiàn)的舞動(dòng)故障，造成線路跳閘、停運(yùn)，變電站失壓，電廠發(fā)電機(jī)組停運(yùn)，給整個(gè)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成了極大的威脅。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，用電負(fù)荷日益增大，電網(wǎng)迎峰越冬形勢(shì)日益嚴(yán)峻，因此，著手高壓輸電線路導(dǎo)線防舞動(dòng)技術(shù)研究也成為目前輸電線路急需解決的關(guān)鍵性問題之一。

2舞動(dòng)的成因

形成舞動(dòng)的因素非常復(fù)雜，而各種因素又相互影響，構(gòu)成了舞動(dòng)激發(fā)與擴(kuò)展的復(fù)雜情況。歸納起來，對(duì)導(dǎo)線舞動(dòng)的激發(fā)與擴(kuò)展起主要作用的因素大致有覆冰影響、風(fēng)的激勵(lì)和線路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)。（1）覆冰影響：對(duì)導(dǎo)線舞動(dòng)來說，冰風(fēng)因素是主要的激勵(lì)源，起關(guān)鍵作用。氣溫低于0℃或在0℃左右，空氣濕度達(dá)到約90%，遇有凍雨或雨夾雪天氣，在風(fēng)的作用下，導(dǎo)線覆冰逐漸累積，形成偏心覆冰，改變導(dǎo)線截面，改變空氣動(dòng)力狀態(tài)，產(chǎn)生負(fù)阻尼效應(yīng)，積累能量，激發(fā)舞動(dòng)。（2）風(fēng)的激勵(lì)：風(fēng)是舞動(dòng)的能量來源，包含風(fēng)速、風(fēng)向及流態(tài)（平穩(wěn)風(fēng)）。產(chǎn)生舞動(dòng)的風(fēng)速在4～20m/s，風(fēng)速大小影響成冰形狀，且風(fēng)向與線路走向的夾角≥45°時(shí)，不均勻覆冰的導(dǎo)線易發(fā)生舞動(dòng)。在四周無屏蔽物的開闊地帶（如江河湖泊、平原等）及埡口、迎風(fēng)山坡、山脊等微地，風(fēng)會(huì)持續(xù)吹向?qū)Ь€，容易發(fā)生舞動(dòng)。（3）線路結(jié)構(gòu)與參數(shù)：導(dǎo)線類型、張力、弧垂、檔距及導(dǎo)線結(jié)構(gòu)參數(shù)是引起舞動(dòng)的內(nèi)因。相同條件下，分裂導(dǎo)線比單導(dǎo)線更易發(fā)生舞動(dòng)，大截面的導(dǎo)線比小截面的導(dǎo)線易于產(chǎn)生舞動(dòng)。這與它們自身的扭轉(zhuǎn)剛度有很大關(guān)系。

3防舞動(dòng)設(shè)計(jì)

3.1限位式防治裝置應(yīng)用

通過對(duì)某公司架空輸電線路舞動(dòng)區(qū)域分布及特點(diǎn)和冰區(qū)災(zāi)害分布及特點(diǎn)進(jìn)行分析，并與相關(guān)線路運(yùn)行部門討論，最終確定限位式防治裝置試點(diǎn)應(yīng)用線路，并根據(jù)限位式防舞方案開展試點(diǎn)應(yīng)用工作。2018年1月，限位式防治裝置某試點(diǎn)應(yīng)用線路發(fā)生大范圍舞動(dòng)現(xiàn)象，與安裝限位式防治裝置線路相關(guān)參數(shù)相似的耐張段發(fā)生多級(jí)鐵塔損壞、掉串等事故。試點(diǎn)應(yīng)用線路舞動(dòng)后，對(duì)安裝限位式防治裝置區(qū)域進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)巡查，發(fā)現(xiàn)無鐵塔損壞、掉串等現(xiàn)象，限位式防治裝置無損壞且可正常工作。通過試點(diǎn)應(yīng)用表明，安裝限位式防治裝置能夠有效提升架空輸電線路的防舞能力，可以有效地保證線路舞動(dòng)時(shí)的正常運(yùn)行。

3.2抗舞設(shè)計(jì)

從機(jī)械與電氣的角度，抗舞設(shè)計(jì)是在不破壞舞動(dòng)條件的前提下，通過提高線路本身的電氣和機(jī)械強(qiáng)度來抵抗舞動(dòng)，達(dá)到減輕或消除舞動(dòng)危害的目的。機(jī)械方面包含采用高強(qiáng)鋼提高鐵塔強(qiáng)度、采用雙帽防松式的鐵塔螺栓;合理選擇導(dǎo)線和金具強(qiáng)度，通常在線夾握持的電線外面加上一層護(hù)線條或預(yù)絞絲，防止線夾和電線損壞。電氣方面包含加大導(dǎo)線與導(dǎo)線、導(dǎo)線與地線間的距離，防止碰線閃絡(luò)。

3.3抑舞設(shè)計(jì)

從改變與調(diào)整導(dǎo)線系統(tǒng)參數(shù)出發(fā)，導(dǎo)線舞動(dòng)嚴(yán)重的地區(qū)或某些部位可采用抑舞措施來達(dá)到抑制舞動(dòng)的目的。抑舞設(shè)計(jì)是一種采用防舞設(shè)備抑制舞動(dòng)發(fā)生，控制舞動(dòng)規(guī)模、削弱舞動(dòng)強(qiáng)度一種方法，主要是通過在線路上安裝防舞設(shè)備來抑制舞動(dòng)幅度、消除舞動(dòng)危害。典型線路的導(dǎo)線防舞設(shè)計(jì)方法主要有：（1）單導(dǎo)線線路防舞設(shè)計(jì)：對(duì)于電壓等級(jí)較低線路，相導(dǎo)線多為單導(dǎo)線，可采用相間間隔棒、失諧擺、防振鞭等。但防振鞭為實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，造價(jià)較高。（2）分裂導(dǎo)線線路防舞設(shè)計(jì)：適用于分裂導(dǎo)線的防舞動(dòng)設(shè)備較多，根據(jù)我國(guó)防舞經(jīng)驗(yàn)，可采用線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒、雙擺放武器、相間間隔棒、偏心重錘、集中防震錘等。（3）緊湊線路防舞動(dòng)設(shè)計(jì)：對(duì)于500kV及以上的緊湊型線路，考慮其線路特點(diǎn)，防舞設(shè)計(jì)優(yōu)先采用回轉(zhuǎn)式間隔棒，其次是相間間隔棒，也可將二者組合應(yīng)用，防舞效果更好。（4）特高壓線路防舞動(dòng)設(shè)計(jì)：特高壓線路由于電壓等級(jí)高、導(dǎo)線對(duì)地位置高、檔距大、分裂數(shù)多、導(dǎo)線截面大，特高壓線路的防舞設(shè)計(jì)優(yōu)先采用線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒或線夾回轉(zhuǎn)式雙擺防舞器，其次是失諧間隔棒等。

結(jié)語(yǔ)

1）基于節(jié)點(diǎn)分割原理，提出了限位式防舞機(jī)理，通過數(shù)值仿真計(jì)算，驗(yàn)證了其有效性，為架空輸電線路防舞治理提供了理論依據(jù)。2）結(jié)合架空輸電線路的導(dǎo)線、分裂數(shù)及排列類型等方面的技術(shù)參數(shù)，提出了限位式防舞方案，并通過數(shù)值仿真計(jì)算及防治效果評(píng)估試驗(yàn)，驗(yàn)證了其有效性，為試點(diǎn)應(yīng)用工作奠定了基礎(chǔ)。3）依據(jù)試點(diǎn)應(yīng)用線路的相關(guān)參數(shù)，結(jié)合安裝限位式防治裝置后線路的舞動(dòng)幅值、弧垂最低點(diǎn)最大張力等特性，開展了限位式防治裝置試點(diǎn)應(yīng)用工作，驗(yàn)證了限位式防治方法的有效性，為限位式防治裝置的應(yīng)用提供了相關(guān)依據(jù)。

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