500 kV垂直排列雙回緊湊型線路舞動間隙計算及防舞措施

蔣少波 梁盼望 李 輝 楊 力

（中國能源建設集團湖南省電力設計院有限公司，湖南長沙410007）

0 引言

隨著經濟社會快速發(fā)展，輸電線路走廊日益緊張，在路徑走廊擁擠地區(qū)采用緊湊型輸電方案具有巨大的社會效益和經濟效益[1]。因緊湊型線路通過壓縮導線相間距離來壓縮輸電線路走廊，因此存在相間距離小于常規(guī)輸電線路的固有缺陷，發(fā)生舞動后損害將更嚴重。

隨著檔距增大，緊湊型線路舞動后相間距離縮小，常不滿足操作過電壓間隙要求。因此，本文針對500 kV垂直排列雙回緊湊型線路開展舞動間隙計算，針對間隙不足的情況，提出安裝相間間隔棒的防舞措施，抑制導線舞動后相間距離不足的問題。

1 計算模型

本文研究以500 kV垂直排列雙回緊湊型線路為例，導線采用4×JL3/G1A-630/45鋼芯鋁絞線，分裂間距500 mm，地線采用2根OPGW光纜，兩相導線水平距離為7.7 m，回路間層間距離18.6 m。

2 舞動間隙放電機理

舞動產生的主要原因是導線不均勻覆冰形成翼形截面，在陣風作用下產生升力激發(fā)舞動，分裂導線由于間隔棒使得子導線轉動不靈活，更容易形成不均勻冰層，更容易發(fā)生覆冰舞動。導線覆冰舞動的主要特征：一是導線覆冰較輕，多在5 mm以下；二是舞動氣溫在-5～0 ℃；三是陣風多為3～6級（5～15 m/s）；四是線路走向與冬季北風的夾角較大，在45°以上；五是舞動多發(fā)生在平丘開闊地帶或風口；六是導線應力較大時或線路檔距較大時容易發(fā)生舞動。通常情況下當導線舞動時地線沒有舞動，雙回共塔線路經常出現上下層導線異向舞動，容易造成舞動閃絡。

3 舞動間隙計算方法

根據國內外觀測記錄，導線舞動全振幅可達幾米到十幾米，一般線路舞動幅值為導線弧垂的20%（≤12 m），大跨越線路舞動幅值為導線弧垂的40%（≤20 m）。導線舞動軌跡如圖1所示，縱向為橢圓形，橫向為波浪形。

根據舞動橢圓形運動軌跡，導線舞動間隙校驗計算如下：

圖1 導線舞動軌跡

圖1中橢圓形長軸a=0.2fc（m），橢圓形短軸b=0.4a（m），導線向上舞動幅值a2=0.8a（m），導線向下舞動幅值a1=0.2a（m）；橢圓形軌跡傾角，垂直方向舞動間隙校驗取θ=0°，水平方向舞動間隙校驗取θ=45°；導地線弧垂風偏角φ=tan-1（r4/r1）。舞動接近距離計算通常采用制圖法，當忽略舞動夾角和風偏影響時，舞動接近垂直距離計算如下：

導線與導線間的舞動接近垂直距離：

導線與地線間的舞動接近垂直距離：

式中：fc、fg為導線弧垂和地線弧垂（m）（冰厚為5 mm，氣溫為0 ℃，風速為10 m/s）；λc、λg為導線串長和地線串長（m）；Hc、Hg為導線層高和地線支架高度（m）。

4 計算結果

通常在校驗舞動間隙時按工作電壓間隙校驗能夠保證線路安全運行，500 kV線路工作電壓相間隙取值為1.2≈2.20 m。

設計覆冰15 mm，設計大風30 m/s，代表檔距400 m，舞動覆冰5 mm，舞動風速10 m/s，舞動氣溫-5 ℃，導線之間的水平位移為7.5/2=3.75 m，垂直距離為，導線之間舞動間隙計算結果如表1所示。

表1 舞動間隙計算結果

根據計算結果可知，當線路與風向夾角小于45°、檔距大于500 m時需要安裝相間間隔棒，當風向與線路夾角大于45°、檔距大于300 m時需要安裝相間間隔棒。當緊湊型線路位于3級舞動區(qū)時，對于風向與線路夾角大于45°、檔距大于250 m的全部安裝相間間隔棒，有利于抑制導線舞動。

5 防舞措施方案

防舞動裝置能在一定程度上改變導線舞動的振形，降低舞動的幅值，減少線路跳閘的概率，維持桿塔的強度。根據我省電力公司防舞動綜合治理的經驗，500 kV及以上電壓等級：（1）同塔雙回（多回）輸電線路：優(yōu)先采用線夾回轉式間隔棒、相間間隔棒，不同回路可采用不同的防舞裝置；（2）單回輸電線路：可采用線夾回轉式間隔棒、雙擺防舞器、失諧擺等；（3）緊湊型輸電線路：優(yōu)先采用相間間隔棒。

目前防舞動采用的裝置如下：

相間間隔棒應設計合適的長度和足夠的強度，具備一定的抗冰閃能力，能滿足舞動時動荷載要求。配套金具應采用防電暈、可絞式金具。根據以往的經驗，相間間隔棒可根據檔距大小安裝一組或兩組，一般應安裝在1/2L或1/3L處。

雙擺防舞器應設計合適的擺長和重量，具備足夠的耐磨強度、良好的防電暈性能，與導線連接處應有防導線磨損措施。安裝位置可選擇在2/9L或1/3L處，檔內雙擺防舞器重量應占導線重量的7%～10%，以此來確定安裝個數。

防舞鞭是和熱塑性非金屬材料預絞成型，具有剛性、耐腐蝕性的防舞裝置。它利用空氣動力學擾流原理，強制性改變了舞動氣流的方向，使導線變成非圓截面，破壞了舞動條件，從而達到降低舞動幅值、舒緩舞動強度的作用。防舞鞭的具體安裝方案為：安裝數量為奇數時，先以檔距中點為中心安裝一組，再每隔4.5 m間隔向兩側安裝；安裝數量為偶數時，以檔距中點為中心先空出4.6 m（中心兩側各2.3 m），再向兩側安裝，每相鄰兩根間隔4.5 m。

失諧擺與雙擺防舞器的作用和安裝方法相同，適用于單導線線路。比照雙擺防舞器進行設計安裝。

線夾回轉式間隔棒是一種新型防舞裝置，其活動夾頭可改變覆冰導線的覆冰形狀，從而減小覆冰導線的空氣動力系數，達到防舞目的。該防舞裝置兼顧間隔棒和防舞器的雙重作用，不會額外增加輸電線路上的集中載荷，對線路的張力基本沒有影響。

需要說明的是，各種防舞裝置都只能夠降低舞動幅值，而不能完全消除舞動，應視具體情況選擇技術合理、造價經濟的方法。

針對緊湊型輸電線路，安裝相間間隔棒可有效抑制線路舞動時的危害，相間間隔棒錯開對稱安裝，一般采用環(huán)式連接，由于相間間隔棒的重力作用，連續(xù)檔增加集中荷載后引起導線弧垂下降，造成相間距離縮小，需根據安裝點實測的相間距離適當縮短相間間隔棒長度，使其安裝后呈自然狀態(tài)。

相間間隔棒的安裝位置要盡量避開導線舞動時可能出現的各種波形的波節(jié)點；應盡量將相間間隔棒安裝在舞動常發(fā)波形的波腹處或附近；擴大上—中、中—下相間的間隔棒安裝距離，即不將上下兩只間隔棒安裝在同一直線上，為了便于安裝，宜采用間距可調式連接金具。

如表2所示，500 kV垂直排列緊湊型雙回線路左上相—下相及右上相—下相安裝的相間間隔棒相間距離為7.8 m，左上相—右上相安裝的相間間隔棒相間距離為7.5 m。

表2 500 kV緊湊型輸電線路相間間隔棒布置方法

若相間間隔棒安裝位置±2 m內存在子導線間隔棒，應將相間間隔棒移至該子導線間隔棒位置安裝，并拆除原子導線間隔棒。相間間隔棒安裝位置應避開被跨越物（一般鐵路、高速鐵路、高速、國道、省道、城市主干道、110 kV及以上電力線路）。

6 結語

本文針對500 kV垂直排列緊湊型輸電線路開展舞動間隙計算，結果表明，緊湊型線路因壓縮了相間距離，線路舞動后的相間間隙問題尤為嚴重，當線路位于3級舞動區(qū)時，如風向與線路夾角大于45°，檔距超過250 m后，需通過安裝相間間隔棒抑制導線舞動，相間間隔棒一般采取錯開對稱安裝，可有效提高緊湊型線路抗舞動能力。