輸電線路上振動強度與風速關系的探究

杜昊，黃歡，毛先胤，呂乾勇

（貴州電網有限責任公司電力科學研究院，貴州 550002）

0 前言

不同風速會引起輸電線路的不同的振動形式，長時間的振動對輸電線路的危害極大，如風偏閃絡，倒塔，減少輸電線路壽命，甚至直接斷股中斷通電等。1989年8月13日，華東500 kV江斗線鎮江段4基輸電塔倒塌；1992年和1993年分別發生500 kV高壓輸電線路因風倒塌事故；2005年6月14日，國家“西電東送”和華東、江蘇“北電南送”的重要通道江蘇泗陽500 kV任上5237線發生風致倒塔事故，一次性串倒10基輸電塔，造成大面積停電[1-2]；2006年，濟長Ⅱ線A相對鐵塔放電，導致跑閘[3]等等，風致架空輸電線路振動比比皆是，提高輸電線路運行安全性，減少線路災害造成的人身傷害和經濟損失十分重要。

不同風速對輸電線路影響不同，輸電線路上的信號會有不同的響應，本文選取實驗線路不同風速情況下的實驗數據，計算振動強度，觀察風速隨時間的變化趨勢與振動強度隨時間的變化趨勢是否有一定的關聯，結果顯示風速隨時間的變化與振動強度隨時間的變化趨勢整體一直，二者相關性系數接近0.9，有著很強的相關性。

1 理論分析[4]

風是導致輸電線路振動的主要影響因素，當風輸入能量，使得輸電線路振動后，輸電線路自阻尼和防振裝置會消耗振動強度，能量平衡法的關鍵是確定風輸入給導線的功率pw、輸電線自阻尼功率pc和防振裝置消耗的功率pd，本文暫不考慮防振裝置和其他干擾，pw=pc（無防震裝置時）pw關于風速的函數，pc關于振動強度的函數，由此可以看到振動強度和風速之間有一定的關系，下述將通過統計分析和計算觀察振動強度與風速之間的關系。

2 振動強度與風速的關系

選取實驗線路某一天的實驗數據列舉了不同風速下原始數據圖形差異（圖1，圖2）及頻譜圖（圖3，圖4），觀察大小風速下原始數據和 頻譜差異，

圖1 實驗線路 風速為2.4 m/s時原始數據隨時間分布圖

圖2 實驗線路 風速為9.5 m/s時原始數據隨時間分布圖

圖3 實驗線路 風速為2.4 m/s時振動頻譜圖

從圖上可以看到，原始數據風速2.4 m/s時原始數據曲線波動較大，風速9.5 m/s時原始數據波動很小，同時這種變化也反映在頻譜圖上風速2.4 m/s時，頻譜圖有一個突起的連續譜且在50 Hz以后波動迅速減小至接近0的位置，而風速9.5 m/s時頻譜整體波動一致激烈呈緩慢遞減趨勢，二者對比可以看到小風速局部波動明顯，大風速整體波動一直且遞減緩慢，所以從頻譜圖上可以看到風大的頻譜強度要比風小的時候大很多。

計算全頻段的振動強度，畫出相應時間的風速分布圖（圖5）和振動強度分布圖（圖6）。

圖5 實驗線路風速分布圖

圖6 實驗線路振動強度分布圖

從圖上可以看到，風速隨時間的分布和相應時間的振動強度隨時間分布的趨勢一致，隨著風速增大或者尖減小，振動強度也有增大或者減小的趨勢，計算風速與振動強度的相關性系數達到了0.896 5，可見風速和振動強度有很強的線性相關性。

圖7 實驗線路振動強度和風速分布對比圖

根據得到的很強線性相關性，對振動強度st和風速vt進行擬合，得到

振動強度預測風速與實際風速對比圖如圖8所示。

圖8 實驗線路振動強度預測風速與實際風速分布對比圖

擬合優度R^2=0.803 8，系數檢驗顯著性強，平均絕對誤差0.724 m/s，最大絕對誤差2.8 m/s，擬合效果較好。

3 結束語

振動強度能夠很好的反映風速的動態變化，二者之間有著明顯的線性相關性，振動強度預測風速且預測精度較高。