220kV輸電線路架空地線斷股原因分析與對策

摘要：文章介紹了輸電線路發生振動的原因及危害，針對220kV銅能線17號塔地理環境、氣象條件、設備情況等，分析影響微風振動的主要因素、應力對架空線斷股的影響以及220kV輸電線路架空地線斷股的相應對策。

關鍵詞：導線振動；220kV銅能線；斷股；微風振動

中圖分類號：TM726 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）27-0128-02

高壓輸電線路由于導線截面積大、檔距長、導線安裝距離高，加之多建設在山脊、平原的開闊地帶，導線和架空地線因常年受到風、冰、低溫等氣象條件的影響，時常發生強烈振動，以致造成架空輸電線路的導線斷股、斷線，給輸電線路安全運行帶來危害。

1 220kV銅能線#17塔左架空地線外層鋁股嚴重斷股現象

事件發生在江門臺山市赤溪鎮，220kV銅能線于2006年11月投產，由銅鼓電廠至220kV能達站，線路全長81.56km。該線路導線采用2×JL/LB20A-400/35型，架空地線采用JLB2-4070/40、OPGW光纜。#17塔為Z402型單回路直線鐵塔，弧程高為18m，小號側檔距為413m，大號側檔距為574m。2012年11月07日11時分，由江門供電局輸電管理所在對220kV銅能線進行線路特巡時，發現220kV銅能線#17左架空地線外層鋁股嚴重斷股。經從現場仔細檢查，發現外層鋁線是從線夾處往兩側斷開的，截止于防振錘處。2 架空地線斷股原因分析的必要性

220kV銅能線N17處于微氣象地區（長期處于大風）引起直線塔懸垂線夾部位的架空地線（鋼芯鋁絞線）斷股。架空地線的斷股影響著輸電線路上的電流流動，還使它的抗拉性能降低，嚴重威脅著整個輸電線路的運行安全。微風振動是造成架空線斷股的重要原因，一般發生在防振錘夾板、懸垂線夾、架空線內層等位置，工作人員在巡檢時有些位置是不容易發現的，并且這種情況的危害性一般會比較大，可能造成重大的安全事故和經濟損失。

3 架空線的微風振動

3.1 架空線產生受迫振動

架空線的受迫振動主要是由于層流風在遇到架空線后就會繞行，在架空線的背面，層流風發生分離，這樣就會產生兩個漩渦，這兩個漩渦是對稱反向的。當它的雷諾數達到100～210時，這兩個漩渦就會上下交替、交錯排列、周期性脫落，產生周期性的策動力，就產生了架空線的受迫振動。由于策動力的作用，會產生隨著策動力變化的頻率，而架空線也存在著一組固有頻率，當兩者相等或者接近時，就會使架空線產生強烈的共振，即微風振動。

3.2 架空線振動時產生的能量關系

在不考慮阻尼的情況下，架空線的振動頻率即策動力的頻率，是等幅振動的，它的變化跟線路的固有頻率沒有關系。但是實際情況是當架空線產生受迫振動時，會造成臨近線路的振動，這樣會使整個架空線路波動，造成振動能量向四周輻射。架空線振動時能量的變化與多個因素有關。首先，策動力做功使架空線能量增加；其次，由于阻尼作用的影響，會使架空線的能量有一部分損耗，它和策動力的大小、頻率以及架空線自身的頻率都有很大的關系。當策動力做功大于阻尼損耗時，振動的振幅會不斷增大，同時阻尼損耗也會不斷增大。當策動力做功和架空線的阻尼損耗能量相等時，就會達到能量平衡，這樣振動產生的振幅是不變的，就造成了微風振動。

3.3 架空線振動產生的各種波形

220kV輸電線路中，耐張桿塔將架空地線分為多個獨立的振動系統，但是在同一個耐張段，各個振動單元之間是相互聯系的。一個耐張段通常為3～5km，層流風在這段距離內變化很小，因此它們會獲得相近的策動力頻率。在架空線發生斷股故障時，通常出現在同一根架空線或者是它的防振錘位置上。振動單元在傳送振波時，會在懸掛點發生反射，這樣使其反射波和原振波迭加，就形成了駐波。同時，由于波的干涉，不同頻率的振波之間還會產生拍頻波。

4 影響微風振動的主要因素

微風振動是架空線路發生斷股故障的主要原因，而引起微風振動的因素也有很多。首先，架空線的直徑是導致微風振動產生的一個重要因素。架空線的直徑越小，會導致它的振動頻率越高。在風速不變的情況下，架空線的直徑越小，會使半波數增多，造成架空線上安裝的防振錘不能發揮很好的作用。其次，風速和風向是引起架空線振動的基本因素。風速只有保持在一定的速度，才能不產生“卡門渦列”，同時風向要與架空線之間的夾角小于300°時才能不產生微風振動，在450°～900°之間時，很容易發生振動。再次，架空線的應力越大，振動產生的半波越長，這樣會很容易出現最大的半波長，使安裝的防振錘效果不明顯。最后，防振裝置中防振錘頻率由于不能很好覆蓋整個架空線的長度，導致不能消耗架空線中產生的振動能量，也會產生微風振動。

5 架空線的應力對斷股現象產生的影響

觀察220kV銅能線#17左架空地線外層鋁股嚴重斷股的位置，發現外層鋁線是從線夾處往兩側斷開的，截止于防振錘處。沒有出現一般型材拉斷時的狀況，而是在斷口處出現了光滑區和粗糙區這兩個不很明顯的區域，顯示出的特點就是疲勞破壞。其中光滑區是由于裂縫擴展，使架空線中承受的應力發生突變，長時間研磨形成的。粗糙區是由于裂縫擴展到一定程度導致線股斷裂形成的。這個過程的發生沒有明顯的征兆，預防起來比較困難。

在其他條件不變的情況下，突變應力集中的構件會首先遭到破壞，主要是由于它的持久極限比較低。懸垂線和防振錘夾板內的架空線承受著軸向拉力、擠壓應力、剪切應力等，應力突變會使線股和夾板之間產生滑動摩擦，導致線股損傷。因此，架空線發生斷股現象與該位置的應力集中關系密切。

6 220kV輸電線路架空地線斷股的相應對策

為了避免220kV輸電線路架空地線斷股現象的產生，應該制定一系列的對策：

第一，在建設架空線時，盡量繞開可能發生微風振動的區域，也可以盡量減少架空線路和風向之間的

夾角。

第二，可以適當降低架空線的最大使用應力和運行應力。

第三，盡量選擇阻尼性能較好的架空線。

第四，在安裝架空線前要進行現場測試，用微風振動測試儀來確定該位置的實際運行頻率，確定好防振錘之間的距離，合理地安裝防振錘。

第五，線路的巡檢要仔細，對發現有損傷的架空線要及時處理。

第六，將懸垂線換為阻尼線，減少微風振動引起的線路斷股。

第七，要定期進行安全大檢查，觀察引流線是否有燒傷斷股的隱患，還可以帶電登桿，觀察防振錘的根部是否有斷股隱患的產生。

7 結語

綜上所述，220kV輸電線路架空線要長期暴露在曠野中，因此在設計架空線時要盡量地保證線路能夠抵抗各種自然災害的發生。電網的發展越來越迅速，架空線所經過的路徑也越來越復雜，要深入研究微地形和微氣象，提高架空線的設計和維護水平。微風振動是架空線發生斷股事故中一種相對比較隱蔽的振動，它是長期積累的結果，因此，需要我們不斷努力，積極實踐，找出最有效的措施防止微風振動現象的發生，以減少架空地線斷股現象的發生。

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作者簡介：顏卓可（1988-），男，廣東陽江人，廣東電網公司江門供電局助理工程師，研究方向：電氣工程及其自

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