輸電線路覆冰舞動原因分析及預(yù)防措施

王曉彪，于洪海，肖信昌

(國網(wǎng)吉林省電力有限公司長春供電公司，吉林 長春 130021)

輸電線路覆冰舞動原因分析及預(yù)防措施

王曉彪，于洪海，肖信昌

(國網(wǎng)吉林省電力有限公司長春供電公司，吉林 長春 130021)

介紹了長春地區(qū)2起大范圍輸電線路覆冰舞動的異常情況；結(jié)合發(fā)生覆冰舞動的輸電線路的基本狀況，從線路方向、地區(qū)環(huán)境、線路規(guī)格、懸掛參數(shù)等方面分析了覆冰舞動產(chǎn)生的原因；并提出了針對性的預(yù)防措施，有利于改進輸電線路的供電可靠性，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

輸電線路；覆冰舞動；相間間隔棒；預(yù)防措施

0 引言

高壓輸電線路是地區(qū)電網(wǎng)的重要組成部分，其運行質(zhì)量對安全供電有著重要影響。野外輸電線路相間絕緣主要是靠空氣，其絕緣距離隨電壓等級的升高而增大，導線間必須保證一定的安全距離。如果因某種原因?qū)е孪嚅g、相地距離小于安全絕緣距離，就會引起導線相間、相地間放電或擊穿，造成導線短路、燒損甚至斷線，形成輸電線路相間短路事故或斷線事故，在線路繼電保護裝置作用下，輸電線路會停電，進而破壞地區(qū)電網(wǎng)完整性。

在天氣寒冷地區(qū)，覆冰舞動是影響導線間絕緣距離的重要因素。2009—2010年，長春地區(qū)受惡劣天氣的影響，連續(xù)2年出現(xiàn)大范圍的輸電線路導線覆冰舞動異常情況，威脅地區(qū)電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定。因此有必要對此現(xiàn)象發(fā)生的原因進行分析、探討。

1 發(fā)生覆冰舞動的輸電線路狀況及事故影響

2起輸電線路發(fā)生覆冰舞動的基本狀況如表1，2所示。從表中可知，因?qū)Ь€覆冰舞動引起的相間、相地間瞬時短路，共計造成10條66—500 kV輸電線路故障跳閘。特別是2010-04-12覆冰舞動動作幅度大，持續(xù)時間長達10 h，同時引起線路桿塔傾斜倒塌、金具損壞、絕緣子斷裂、導線脫落等嚴重的設(shè)備事故，造成瞬間停電事故多達13次，對系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行造成極大的影響。

2 導線覆冰舞動原因分析

2.1 覆冰形成的原因和過程

導線覆冰是由空氣溫度、濕度、冷暖空氣對流、環(huán)流、風速以及風向等多重氣象因素綜合導致的一種物理現(xiàn)象，主要發(fā)生在初冬或初春季節(jié)。當氣溫下降至-5—0 ℃，風速為3—15 m/s(即3—6級風)時，如遇雨夾雪、大霧、小雨等天氣，首先會在導線上形成雨凇；如果氣溫隨后升高，則雨凇融化；融化后，如果天氣繼續(xù)轉(zhuǎn)晴，則停止覆冰；如果隨后天氣驟然變冷，溫度下降至-15—-8 ℃，冷水滴或雪會在粘結(jié)強度較高的雨凇面上迅速增長，逐漸形成覆冰層。單導線覆冰發(fā)展過程如圖1所示。

表1 2010-04-12長春地區(qū)覆冰舞動線路的事故調(diào)查

表2 2009-03-05長春地區(qū)覆冰舞動線路事故調(diào)查

圖1 單導線覆冰發(fā)展過程

易誘發(fā)導線舞動的典型冰形如圖2所示。其中：第1，2，4，5種冰形，當覆冰層在迎風面時，會產(chǎn)生劇烈的舞動；第3種冰形只有風從覆冰層背面吹來時，才會產(chǎn)生舞動。

圖2 易誘發(fā)導線舞動的典型冰形

長春地區(qū)發(fā)生的2次覆冰舞動中，其覆冰層均形成于背風面，屬于典型冰形的第3種。這證實了冰形、覆冰方位和風向之間的相互關(guān)系對誘發(fā)舞動具有決定影響。

2.2 影響導線覆冰舞動的主要因素

2.2.1 線路的走向與風向

分析覆冰舞動線路的走向，除500 kV某1，2號線舞動段為南北走向外，220 kV某西線、66 kV某九甲(乙)線、66 kV某公甲(乙)線、66 kV某哈線、66 kV某營線舞動段均為東西走向，而東北地區(qū)冬季普遍的西北風，正與東西走向線路的導線軸線成45°—90°夾角，形成了有利于舞動激發(fā)與擴展的地理條件。線路與風向關(guān)系如圖3所示。

圖3 線路與風向關(guān)系

線路的走向固定，是不變參數(shù)，而風向是可變參數(shù)。當風向與導線平行或與導線之間的夾角小于45°或大于150°時，覆冰舞動較輕；當風向與導線垂直或風向與導線之間的夾角大于45°或小于150°時，覆冰舞動比較嚴重。

特別是500 kV某1，2號線及66 kV某九甲(乙)線，在導線軸線與風向成45°—90°夾角的十幾檔、甚至幾十檔內(nèi)，均觀測到不同程度的導線覆冰舞動情況。而與之相連的轉(zhuǎn)向后線路(夾角小于45°)，雖然2者氣象條件與線路條件完全相同，卻沒有出現(xiàn)覆冰舞動跡象。由此可見，線路走向與風向的夾角起決定性作用。500 kV輸電線65—88號地段與風向關(guān)系如圖4所示。

2.2.2 地區(qū)環(huán)境

發(fā)生導線覆冰舞動的地區(qū)，多數(shù)為平原、河口、大跨越等空曠的平原開闊地帶，因為這些地區(qū)風力比市區(qū)、城郊、山區(qū)、丘陵等地區(qū)更大，有利于舞動的形成，另外，線路附近的湖泊、水庫等產(chǎn)生的濕暖氣流更有利于導線覆冰的形成，進而導致舞動的產(chǎn)生。500 kV某1，2號線路所經(jīng)過的地區(qū)環(huán)境如圖5所示。

圖4 500 kV輸電線65—88號地段與風向關(guān)系

圖5 舞動線路經(jīng)過的地區(qū)環(huán)境

2.2.3 導線類型與參數(shù)

覆冰舞動多發(fā)生在LGJ-240及以上型號導線及分裂導線的線路上。由此可以總結(jié)出2個規(guī)律：分裂導線比單導線易發(fā)生覆冰舞動；大截面導線比小截面導線易發(fā)生覆冰舞動。

500 kV某1，2號線發(fā)生覆冰舞動時，目測其四分裂導線上下起伏的幅度為10 m左右。發(fā)生如此嚴重舞動的原因在于分裂導線覆冰形狀與單導線覆冰形狀的差別。對于單導線的軸線，其覆冰一般都是偏心且處于迎風面上，偏心必然帶動導線沿軸線扭轉(zhuǎn)，從而改變導線的迎風面，出現(xiàn)新的迎風面和新的覆冰層。如此反復扭轉(zhuǎn)，使得導線的覆冰界面逐漸接近圓形，削弱了作用在導線上的空氣動力荷載，對舞動起到了一定的抑制作用。而對于分裂導線而言，由于每隔一段距離會安裝間隔棒，在間隔棒的作用下扭轉(zhuǎn)剛度增加，迎風面覆冰后導線難以發(fā)生扭轉(zhuǎn)，致使偏心覆冰情況加劇，從而增加了作用在分裂導線上的空氣動力荷載。因此，分裂導線比單導線易發(fā)生覆冰舞動。

大截面的導線比小截面的更易產(chǎn)生舞動，這也與其自身的扭轉(zhuǎn)剛度有很大關(guān)系。大截面的導線扭轉(zhuǎn)剛度大，在偏心覆冰后不易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，更多的覆冰層逐漸在迎風面增多、增厚，使迎風面及背風面的覆冰層厚度差增大。由于大截面的偏心覆冰情況比小截面導線嚴重得多，因此產(chǎn)生舞動的幾率較高。

500 kV某1，2號線發(fā)生的覆冰舞動驗證了以上觀點。

2.2.4 導線懸掛高度及檔距

從發(fā)生覆冰舞動的地段看，其中多數(shù)桿塔相對較高、檔距相對較大。特別是500 kV某1，2號線，發(fā)生覆冰舞動的耐張段72—88號，總檔距6 881 m，代表檔距437.92 m，桿塔平均呼稱高為35.12 m，平均全高60 m以上。因此總結(jié)規(guī)律：導線覆冰舞動的幅值與桿塔高度、檔距大小呈正相關(guān)關(guān)系，桿塔越高，檔距越大，線路發(fā)生覆冰舞動時其上下起伏的幅度就越大，舞動越嚴重；反之，桿塔越低、檔距越小，舞動幅值越小。

長春地區(qū)發(fā)生的輸電線路舞動屬于典型的導線偏心覆冰舞動。2009年之前，東北地區(qū)的初春和初冬季節(jié)，空氣干燥、有冰時無風、有風時無冰，一般不具備覆冰舞動的條件，所以過去30年里從未發(fā)生過覆冰舞動現(xiàn)象。2009年之后，隨著全球氣候變暖，每逢3，4月份會出現(xiàn)冷暖交替的雨雪天氣，空氣濕度大、晝夜溫差明顯，又因春季的大風天氣，濕度、溫度、風速、風向等誘因出現(xiàn)了耦合。這種天氣通常持續(xù)10—20天，在此期間，輸電線路隨時可能發(fā)生覆冰舞動。

3 預(yù)防措施

為了有效預(yù)防輸電線路覆冰舞動的發(fā)生，在輸電線路可能發(fā)生舞動的異常地區(qū)，根據(jù)舞動原因，提出以下幾種預(yù)防措施。

(1) 在導線舞動地區(qū)增設(shè)防風帶。通過植樹造林改變風向，但此措施耗時長，不會馬上見效。

(2) 改變導線路徑與風向夾角。新建輸電線路時，應(yīng)考慮導線路徑與風向夾角，但會因此增加投資費用，成本較高。

(3) 增設(shè)抑舞動相間間隔棒。在輸電線容易產(chǎn)生導線舞動異常的地區(qū)，在相間導線之間增設(shè)相間間隔棒，一般1個檔距內(nèi)裝設(shè)2—3個。此方法成本低，適應(yīng)性好，便于實施。

經(jīng)過實踐驗證，凡是裝設(shè)相間間隔棒的導線，再沒有發(fā)生因舞動產(chǎn)生相間、導地線間、導線對地間擊穿短路的事故。

4 結(jié)束語

通過對輸電線路導線舞動原因分析，研究制定了增設(shè)抑舞動相間間隔棒的措施，經(jīng)實踐驗證，該措施可以有效防止導線偏心覆冰舞動，簡單而有效，目前已被廣泛應(yīng)用。雖然增設(shè)相間間隔棒增加了檢查維護試驗工作量，卻以較低成本解決了線路覆冰舞動的問題，為電網(wǎng)穩(wěn)定安全運行起到積極作用。

預(yù)防輸電線路覆冰舞動是長期、系統(tǒng)的工作，需要在實際運行工作中不斷總結(jié)經(jīng)驗，通過采用新方法、新技術(shù)、新手段，有效地預(yù)防覆冰舞動的發(fā)生，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

2016-10-28。

王曉彪(1961—)，男，高級工程師，主要從事電網(wǎng)建設(shè)管理等工作，email：782753212@qq.com。

于洪海(1976—)，男，高級技師，主要從事輸電線路運維、檢修、帶電作業(yè)現(xiàn)場施工工作。

肖信昌(1938—)，男，高級技師，主要從事電力培訓工作。