沿海地區輸電線路舞動原因分析及對策

李國鵬，李治國，何瑞東，賈伯巖

(1.滄州供電公司，河北 滄州 061001；2.河北省電力研究院，石家莊 050021)

1 輸電線路舞動情況

2010年1月19日夜晚至1月20日白天，受冷空氣影響，滄州沿海地區出現低溫凍雨天氣，并伴有7～8級東北風，導致黃驊市東部與南部、黃驊港、南大港、鹽山、孟村等地區多條輸電線路出現較大幅度的覆冰舞動現象。此次舞動涉及驊南線等8條220 kV線路和南周線等10條110 kV線路，共約144檔導線，持續時間近10 h。

根據氣象部門數據，當時最高氣溫1 ℃，最低氣溫-6 ℃，相對濕度大于80%，降水量1.5 mm，東北風7～8級，瞬間最大風速15.7 m/s。此次線路舞動具有以下特點：與風向垂直的線路導線成旋轉舞動，類似跳繩旋轉，且舞動幅度較大；與風向夾角較小的線路，導線成上下波浪式舞動，并伴有輕微左右擺動，但舞動幅度較小。1月20日14時，風力開始減弱，降雨停止，線路舞動現象逐漸消失。

2 線路舞動造成的危害

2.1 主網損傷

此次舞動雖然未引起線路跳閘，但長時間的機械振動造成線路桿塔螺栓松動、掉落，防振錘跑位、損壞，導線損傷等多處缺陷，嚴重影響了線路的安全、穩定運行。舞動導線的線路缺陷及損傷情況見表1。

表1 舞動導致的線路缺陷及損傷情況

線路名稱線路缺陷及損傷內容220 kV于韓II線中相導線懸垂線夾U型螺栓傾斜3個,少螺母7個220 kV韓臨I線、II線31～39號桿塔導線防振錘共有11處損壞220 kV驊南線44號桿塔第4節抱鐵少1個螺栓45號桿塔面向大號側,右側南面第4節抱鐵少1個螺栓,爬梯松動47號桿塔聯板3個螺栓松動,少1個連接螺栓48號桿塔第2節抱鐵少1個螺栓110 kV南周線3～4號桿塔弧垂中央下線有松股,約20 cm110 kV臨韓線15號桿塔面向大號側,右側地線防振錘向內跑位0.5 m,左線大號側導線防振錘跑位3 m,鋁包帶滑出19號桿塔中相導線,線夾出口處導線磨平,重錘少2個開口銷20號桿塔面向大號側,中相導線防振錘跑位1 m,鋁包帶滑出110 kV韓邢臨II線53號桿塔中相導線橫擔缺少4個螺栓60～70號桿塔螺栓松動63～64號桿塔各少1根塔材64號桿塔中串、下串鋁包帶松動110 kV邊集牟線23號桿塔中相導線絕緣子均壓環脫落38號桿塔中相引流線小號側打接板處引流線松股40號桿塔中相導線絕緣子均壓環脫落43號桿塔面向大號側左線絕緣子均壓環脫落

2.2 配網損傷

20日上午，巡視人員發現部分配網線路覆冰達到2 mm，線徑為LGJ-70以上的線路發生舞動最大振幅超過2 m，造成了部分線路導線發生相間放電，瓷瓶傾斜、斷裂，橫擔脫落，金具脫落，導線斷股，31條線路出現速斷跳閘、接地現象。

3 原因分析

覆冰導線發生舞動是由于導線裹覆不均勻的堅冰，覆冰形狀迎風側厚、背風側薄，形似機翼，受風易于浮動，破壞了導線的穩定性，誘發導線產生一種低頻率(0.1～3 Hz)、大振幅(3 m以上)的自激振動[1]。線路舞動時，架空線在檔距兩固定點間作定向波浪式運動，且兼有擺動，擺動軌跡的投影呈橢圓狀。線路舞動的形成主要取決于導線不均勻覆冰情況、風激勵和線路結構參數3個因素。

3.1 不均勻覆冰

滄州地區東部瀕臨渤海，冬春交替之際，內陸冷氣團與海洋濕潤氣團在滄州沿海區域交匯。由于密度原因，容易形成海洋濕潤氣團在上，內陸冷氣團在下的逆溫現象，即從地面向上，溫度先是在0 ℃以下，往上由于濕潤氣團影響溫度升至0 ℃以上，穿過濕潤氣團往上，溫度又降至0 ℃以下。在凝結高度上，空氣中的水汽形成冰晶、雪花；當冰晶、雪花穿越濕潤氣團時，全部或者部分融化；水滴降至內陸冷氣團時，較大的水滴遇到塵埃形成冰粒落至地面；較小的水滴不易遇到塵埃，由于表面張力作用，難以改變結構，即形成凍雨降至地面[2]。

由于形成凍雨的水滴結構很不穩定，在風的作用下與較冷的物體(導線、角鋼)發生碰撞，表面張力被破壞，加之導線、角鋼及凍雨水滴本身均在0 ℃以下，凍雨水滴即在導線、角鋼上形成覆冰。在凍雨的作用下，滄州黃驊及臨港區域輸電線路、配網線路均出現不同程度的導線覆冰，最大厚度3 mm，平均覆冰厚達2.5 mm。同時受20日該地區7～8級東北風的影響，此次導線覆冰形狀不一，有新月形、扇形、D形等不規則形狀，成為線路舞動的重要誘因。2010年1月19日晚至20日滄州沿海區域即發生凍雨天氣過程，造成輸電線路導線的不均勻覆冰，是引起線路大面積舞動的主要原因。

3.2 風激勵

形成舞動除導線覆冰因素外，風速風向亦為必要條件。舞動須有穩定的層流風激勵，風速范圍一般為4～20 m/s，且當主導風向與導線走向夾角大于45°時導線易產生舞動，當夾角越接近90°，舞動的可能性更大。反之，當夾角為0°即風向平行于導線軸線時，則引起舞動的可能性最小。文獻[3]認為，舞動時多伴有7～10 m/s的橫向風，且風向與導線夾角為60°～80°，風速的大小將會影響覆冰的形狀，進而影響空氣動力特性。因此，在四周無屏障的開闊地帶或山谷風口，能使均勻的風持續吹向導線，這些地段易發生舞動。

滄州發生舞動的黃驊市東部及南部、黃驊港、南大港、鹽山、孟村等地區地勢平坦開闊。舞動發生時伴有7～8級的東北風，風速風向均較為穩定。發生舞動的導線區段線路走徑基本為西北-東南方向，與主風向夾角接近90°，而相鄰線路由于走徑與風向夾角較小，沒有發生舞動。

3.3 線路結構參數

線路結構參數對舞動的影響主要與導線的扭轉剛度有關。導線覆冰一般總是偏心而朝向迎風面的，這個偏心質量將會引起單導線繞自身軸線產生扭轉，從而改變導線的迎風面。這樣不斷覆冰、扭轉的結果，使得覆冰導線的截面形狀趨于圓形，以致削弱了作用在導線上的空氣動力載荷，對舞動有一定的抑制作用[4]。而分裂導線及大截面導線由于自身扭轉剛度大，在同樣的地理與氣象條件下，更容易形成不均勻覆冰，更易發生舞動。在此次滄州地區發生舞動的220 kV線路均為雙分裂LGJ-240-/30型大截面導線，110 kV線路也基本上為LGJ-240-/30型大截面導線。

4 處理措施與防舞動對策

由于未來低溫凍雨等惡劣天氣很可能再次發生，滄州地區發生導線覆冰舞動的風險仍然存在，因此必須對輸電線路舞動造成的問題加以解決，并采取有效的防舞動對策。

a. 輸電線路舞動造成的螺栓松扣、導線損傷及導線金具磨損等缺陷，根據其危害程度的大小，合理安排消缺，并安排線路巡視人員對易發生舞動的線路進行特巡及登桿檢查。

b. 針對凍雨、大風等誘發輸電線路覆冰舞動的氣象因素，加強對有關氣象參數的跟蹤監測，在滄州沿海地區建立微氣象在線監測系統，在發生過舞動的線路桿塔上試點安裝微氣象、覆冰舞動等在線監測裝置，及時掌握凍雨形成時的氣象變化詳細數據，以及覆冰形成的特征情況。并依據氣象地理信息、舞動情況，繪制滄州沿海地區舞動風險評估圖。

c. 對此次舞動顯著的線路進行改造，基于結構力學原理加裝可以防止相間閃絡的相間間隔棒及雙擺防舞器等防舞裝置，改變舞動系統的固有扭轉振動或橫向振動頻率、質量分布和元件連接方式。線路導線垂直排列的，采用加裝相間間隔棒的方案；水平及三角排列的，采用加裝普通雙擺防舞器方案。

5 結束語

通過對2010年1月19日夜晚至20日白天發在滄州沿海地區的110 kV和220 kV線路覆冰舞動情況進行統計分析可知，凍雨和穩定的東北方向季風是造成線路舞動的主要誘因，線路的走徑和所處地形對舞動有很大影響。為提高該區域輸電線路的防舞能力，應對發生舞動線路采取加裝相間間隔棒、雙擺防舞器等防舞動措施，同時，應建立局部地區微氣象監測系統，對該地區舞動風險進行評估，進一步加強防舞動工作。

參考文獻：

[1] 王少華，蔣興良，孫才新．輸電線路線路舞動的國內外研究現狀[J]．高電壓技術，2005，31(10)：11-14．

[2] 劉熙明，許愛華．降雪與凍雨天氣研究回顧[J]．氣象與減災研究，2008，31(4)：59-64．

[3] 郭鹿龍，李圍興，尤傳永．輸電線路舞動[M]．北京：中國電力出版社．2003．