220 kV鶴木線松花江大跨越微風(fēng)振動(dòng)的在線監(jiān)測分析

劉 洋，張 浩，金鎮(zhèn)山，李字明，張大為

(1.黑龍江省電力科學(xué)研究院，黑龍江哈爾濱150030; 2.東北電力大學(xué)電氣工程學(xué)院，吉林吉林132012)

自20世紀(jì)初，美國首先在一條輸電線路的海峽跨越處，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線因振動(dòng)斷股現(xiàn)象以來，人們一直在進(jìn)行著微風(fēng)振動(dòng)問題的研究，包括振動(dòng)機(jī)理、防振理論、振動(dòng)試驗(yàn)、防振裝置、防振導(dǎo)線等多方面。同時(shí)，在大跨越架空線路上，采用了一些具體的防振技術(shù)措施，有效地抑制了微風(fēng)振動(dòng)，減輕了對線路的危害。但是，由于微風(fēng)振動(dòng)的機(jī)理極其復(fù)雜，通過理論計(jì)算或試驗(yàn)研究的結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)際往往差別很大。國內(nèi)的事例很普遍。如500 kV平武線大軍山長江大跨越，1981年11月建成，1987年檢查發(fā)現(xiàn)2根地線已累積斷22股; 500 kV徐—上線鎮(zhèn)江大跨越，1988年9月建成，1996年4月發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線三相3根子導(dǎo)線在間隔棒夾頭處分別斷3股、8股、9股，散股300 mm、1 500 mm、900 mm，并有多只間隔棒夾頭無螺栓、蓋板;±500 kV葛上線吉陽長江大跨越，1987年10月建成，2001年夏天在巡線過程中發(fā)現(xiàn)地線有多處斷股，防振錘和阻尼線夾頭脫落。

DL/T741-2001《架空送電線路運(yùn)行規(guī)程》中規(guī)定“大跨越段應(yīng)定期對導(dǎo)、地線進(jìn)行振動(dòng)測量”，現(xiàn)行測量方法是在一段時(shí)間(如2周)內(nèi)使用測振儀器進(jìn)行現(xiàn)場安裝測量，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。但因現(xiàn)場測試時(shí)間有限，測振儀器本身?xiàng)l件和現(xiàn)場工作環(huán)境等問題，測量結(jié)果有時(shí)代表性不高，缺乏實(shí)時(shí)性。對此，黑龍江省電力科學(xué)研究院技術(shù)人員，結(jié)合實(shí)際狀況，提出對220kV鶴木線松花江大跨越裝設(shè)導(dǎo)、地線微風(fēng)振動(dòng)的在線監(jiān)測儀，以實(shí)現(xiàn)該大跨越導(dǎo)、地線的微風(fēng)振動(dòng)、運(yùn)行溫度和環(huán)境氣候遠(yuǎn)程在線監(jiān)測，并根據(jù)IEEE和CIGRE方法，判斷導(dǎo)、地線的危險(xiǎn)程度，預(yù)測疲勞壽命，為進(jìn)行該線路狀態(tài)評價(jià)，延長其使用期限，以及完善該大跨越防振體系，設(shè)計(jì)合理的防振裝置，制定防振導(dǎo)則和現(xiàn)場振動(dòng)檢測規(guī)范，提供了可靠依據(jù)。

1 影響微風(fēng)振動(dòng)的因素

輸電線路微風(fēng)振動(dòng)是由風(fēng)吹過形成的“卡門漩渦”引起的，主要影響微風(fēng)振動(dòng)的因素有以下幾點(diǎn)。

a.引起導(dǎo)線產(chǎn)生微風(fēng)振動(dòng)的均勻自然風(fēng)，風(fēng)速0.5～10 m/s左右，風(fēng)向與導(dǎo)線的夾角大于30°，夾角越接近90°越易于產(chǎn)生微風(fēng)振動(dòng)。

b.線的自阻尼特性:與導(dǎo)線本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，自阻尼特性好的導(dǎo)線可以減輕微風(fēng)振動(dòng)。

c.線的分裂根數(shù)及間隔棒設(shè)計(jì):通常分裂導(dǎo)線的振動(dòng)次數(shù)及在懸垂線夾處的振動(dòng)應(yīng)力均比單導(dǎo)線小，并隨分裂根數(shù)增多而減少。

d.導(dǎo)線的平均運(yùn)行應(yīng)力:應(yīng)力越大則導(dǎo)線自阻尼吸收能量越小，易于產(chǎn)生微風(fēng)振動(dòng)。

e.檔距:檔距越大則接受到風(fēng)的策動(dòng)能量也越大，易于產(chǎn)生微風(fēng)振動(dòng)。

f.環(huán)境:有利于發(fā)生均勻風(fēng)速的環(huán)境為經(jīng)過河流、湖泊、海峽、曠野上空的開闊地帶以及導(dǎo)線的懸掛點(diǎn)很高時(shí)。

g.天氣:導(dǎo)線覆冰 /雪之后則吸收風(fēng)能增大，易于產(chǎn)生強(qiáng)烈的微風(fēng)振動(dòng);雨天容易在大風(fēng)下產(chǎn)生不規(guī)則的低頻率的振動(dòng)。

2 220 kV鶴木線大跨越微風(fēng)振動(dòng)測量參數(shù)

a.環(huán)境參數(shù):氣溫、濕度，、風(fēng)速、風(fēng)向。

b.振動(dòng)參數(shù):彎曲應(yīng)變—間接反映導(dǎo)線的相對振動(dòng)幅度、振動(dòng)頻率。

c.在線視頻:觀察測試設(shè)備和線路本身狀況。

d.導(dǎo)線溫度:協(xié)助監(jiān)視線路運(yùn)行工況。

e.儀器參數(shù):主板溫度、濕度。

關(guān)鍵監(jiān)測參數(shù):動(dòng)彎應(yīng)變參照我國測振標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)線型號為LGJQ-400和LHBGJ-400/95取峰值100 με為允許值，地線型號為GJ-50和GJ-225取峰值為120 με為允許值，當(dāng)測量值在該范圍內(nèi)認(rèn)為是安全的，超過該值則給出報(bào)警。

3 在線監(jiān)測設(shè)備現(xiàn)場布置

3.1 設(shè)備安裝

a.振動(dòng)監(jiān)測儀安裝在導(dǎo)地線防振錘、阻尼線和懸垂線夾處，見圖1;

b.微氣象環(huán)境觀測站安裝在塔體橫擔(dān)處，見圖1;

c.線路監(jiān)測基站安裝在橫擔(dān)側(cè)面，見圖2;

d.太陽能電池板安裝在上橫擔(dān)上面，方向朝南，見圖2。

3.2 監(jiān)測點(diǎn)布置方案

導(dǎo)線振動(dòng)監(jiān)測儀安裝在大跨越耐張檔上導(dǎo)線4號、5號阻尼線夾頭處，見圖3，大跨越上導(dǎo)線1號、3號阻尼線夾頭處，大跨越上導(dǎo)線2號防振錘夾頭處，大跨越上導(dǎo)線懸垂線夾出口，見圖4;地線振動(dòng)監(jiān)測儀安裝在大跨越上游地線1號、3號防振錘夾頭，見圖5。

圖1 松花江大跨越線路監(jiān)測基站、氣象環(huán)境觀測站現(xiàn)場圖

圖2 松花江大跨越太陽能板、風(fēng)振動(dòng)監(jiān)測儀現(xiàn)場圖

圖3 松花江大跨越耐張檔上導(dǎo)線振動(dòng)儀安裝位置圖

圖4 松花江大跨越上導(dǎo)線振動(dòng)儀安裝位置圖

圖5 松花江大跨越上游回路地線振動(dòng)儀安裝位置圖

4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采集時(shí)間為2009年11月30日至2010年3月30日，采集間隔為10 min。

4.1 微氣象數(shù)據(jù)及分析

4.1.1 環(huán)境溫度及導(dǎo)線溫度數(shù)據(jù)

環(huán)境溫度是導(dǎo)致微風(fēng)振動(dòng)的一個(gè)重要原因，當(dāng)線溫處于比較低的狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)地線張力變大，導(dǎo)線變硬，容易產(chǎn)生微風(fēng)振動(dòng)現(xiàn)象。根據(jù)220 kV鶴木乙線環(huán)境溫度和線溫監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，見圖6、圖7。在監(jiān)測期間溫度都在零度以下、甚至更低，是微風(fēng)振動(dòng)產(chǎn)生的有利條件。

4.1.2 大跨越現(xiàn)場風(fēng)向數(shù)據(jù)

線路走線為東西向，如果風(fēng)向長期垂直導(dǎo)線吹過，容易產(chǎn)生微風(fēng)振動(dòng)現(xiàn)象。根據(jù)220 kV鶴木乙線大跨越現(xiàn)場風(fēng)向數(shù)據(jù)分析，在監(jiān)測期間風(fēng)向多為北風(fēng)，見圖8，正好垂直吹向?qū)Ь€，是微風(fēng)振動(dòng)產(chǎn)生的有利條件。

圖6 松花江大跨越現(xiàn)場環(huán)境溫度曲線圖

圖7 松花江大跨越現(xiàn)場線溫曲線圖

圖8 松花江大跨越現(xiàn)場風(fēng)向圖

4.1.3 大跨越現(xiàn)場風(fēng)速數(shù)據(jù)

產(chǎn)生微風(fēng)振動(dòng)時(shí)的風(fēng)速通常在0.5～10 m/s。根據(jù)220 kV鶴木乙線大跨越現(xiàn)場風(fēng)速數(shù)據(jù)分析，見圖9，在監(jiān)測期間風(fēng)速多在10 m/s以下，是微風(fēng)振動(dòng)產(chǎn)生的有利條件。

綜合上述3種微氣象因素，220 kV鶴木乙線松花江大跨越地理位置及氣象條件，在監(jiān)測期間有利于微風(fēng)振動(dòng)現(xiàn)象的產(chǎn)生。

4.2 振動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)及分析

4.2.1 在監(jiān)測期間，耐張檔上導(dǎo)線4號阻尼線夾頭處、耐張檔上導(dǎo)線5號阻尼線夾頭處的振動(dòng)最大強(qiáng)度分別為±46 με和±32 με，均低于導(dǎo)線動(dòng)彎應(yīng)變的許用值±100 με，也低于1996年設(shè)計(jì)時(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)54.8 Hz時(shí)為±90 με和49.9 Hz時(shí)為±94 με。

圖9 松花江大跨越現(xiàn)場風(fēng)速曲線圖

4.2.2 在監(jiān)測期間，上導(dǎo)線1號阻尼線夾頭處、大跨越上導(dǎo)線3號阻尼線夾頭處、大跨越上導(dǎo)線2號防振錘夾頭處、大跨越上導(dǎo)線懸垂線夾出口處的振動(dòng)最大強(qiáng)度分別為 ±93.92 με、±59.32 με、±36.25 με和±34.6 με，上導(dǎo)線1號阻尼線夾頭處接近于導(dǎo)線動(dòng)彎應(yīng)變的許用值±100 με，見圖10，高于1996年設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(28.4Hz時(shí)±88 με)，其他各點(diǎn)均低于導(dǎo)線動(dòng)彎應(yīng)變的許用值。

圖10 松花江大跨越上導(dǎo)線1號阻尼線夾頭處測振最大振幅數(shù)據(jù)

4.2.3 在監(jiān)測期間，大跨越上游地線1號防振錘夾頭處、大跨越上游地線3號阻尼線夾頭處的振動(dòng)強(qiáng)度為±9.89限με和±11.1με，低于地線動(dòng)彎應(yīng)變的許用值120 με。

綜上所述，微氣象條件有利于微風(fēng)振動(dòng)的產(chǎn)生。大跨越導(dǎo)地線防振方案能有效地降低了微風(fēng)振動(dòng)的振幅?？紤]到導(dǎo)線1號阻尼線夾頭處是整個(gè)防振方案消振最大的地方，所以在監(jiān)測期間出現(xiàn)接近導(dǎo)線動(dòng)彎應(yīng)變許用值是允許的。從詳細(xì)數(shù)據(jù)分析，該點(diǎn)大振幅值的出現(xiàn)次數(shù)不是很多，可以判定為短期振幅過大，不會對導(dǎo)線造成嚴(yán)重的破壞。建議運(yùn)行部門在適當(dāng)時(shí)候?qū)Υ罂缭綄?dǎo)線及地線各阻尼線夾頭和防振錘夾頭等夾固點(diǎn)再重新緊固一次，防止蠕變等引起握力松弛，影響防振效果。

5 結(jié)論

黑龍江地區(qū)有著顯著的地域特點(diǎn)，全年氣溫溫差大，尤其在監(jiān)測期間設(shè)備安裝地區(qū)最低氣溫達(dá)到了近-40℃多度，這對監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)是個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。微風(fēng)振動(dòng)在線監(jiān)測系統(tǒng)對220 kV鶴木線松花江大跨越微風(fēng)振動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行了整個(gè)冬季(11～ 3月)的監(jiān)控，采集到了現(xiàn)場微氣象和微風(fēng)振動(dòng)的詳細(xì)數(shù)據(jù)。此方法可以判定導(dǎo)、地線斷股與金具松動(dòng)是否由微風(fēng)振動(dòng)造成的，有很高的參考研究價(jià)值。對今后長時(shí)期、全天候監(jiān)控該跨越微風(fēng)振動(dòng)情況，分析、解決微風(fēng)振動(dòng)危害，有著極其重要的意義。

［1］ IEEE Committee Report:Standardization of Conductor Vibration-Measurements［J］.IEEE transactions on power apparatus and systems，1966，85(1):10-22.

［2］ 楊玉金.500 kV線路大跨越微風(fēng)振動(dòng)在線監(jiān)測［J］.安徽電力，2006，23(2):29-32.