輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)及其防范措施分析

王宏杰

【摘 ?要】據(jù)公開數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，自上世紀(jì)五十年代至今，我國(guó)發(fā)生的已記載的舞動(dòng)事件超過六十起，涉及不同等級(jí)的輸電線路。輸電線路舞動(dòng)的產(chǎn)生，以已發(fā)導(dǎo)線墜落、高壓輸電線路螺栓松動(dòng)、絕緣子破損、跳線、輸電線路導(dǎo)線斷股等問題的產(chǎn)生，從而影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定與安全。由此可見，加強(qiáng)輸電線路舞動(dòng)分析及防范措施研究，是提升電力系統(tǒng)穩(wěn)定、安全與可靠運(yùn)行重要舉措，有利于推動(dòng)我國(guó)電力事業(yè)優(yōu)化發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】輸電線路;導(dǎo)線舞動(dòng);防范措施

1引言

傳輸線導(dǎo)體舞動(dòng)目前是電氣工程領(lǐng)域的一個(gè)嚴(yán)重問題，對(duì)傳輸線的損壞非常大。隨著當(dāng)今社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，家庭以及企業(yè)等各個(gè)單位對(duì)電量的需求都在不斷增加。因此，采取有效措施，確保輸電線路暢通安全，盡可能減少電網(wǎng)事故，已成為亟待解決的問題。

2導(dǎo)線舞動(dòng)的機(jī)理

架空輸電線路導(dǎo)線的擺動(dòng)大致分為3大類：微風(fēng)振動(dòng)、次檔距振蕩和舞動(dòng)。微風(fēng)振動(dòng)是一種卡門渦流引起頻率為5赫茲到120赫茲的高頻率、振幅為導(dǎo)線直徑的3倍以下的小振幅導(dǎo)線振動(dòng)現(xiàn)象;次檔距振蕩是指風(fēng)的尾流效應(yīng)引起的多分裂導(dǎo)線子導(dǎo)線在次檔距內(nèi)頻率為1赫茲到5赫茲、振幅為導(dǎo)線直徑的4-20倍的水平振動(dòng);舞動(dòng)是指導(dǎo)線在不對(duì)稱覆冰及風(fēng)力的作用下引起的一種頻率為0.1赫茲到3赫茲的低頻率、振幅為導(dǎo)線直徑的20-300倍的大振幅振動(dòng)現(xiàn)象。舞動(dòng)和次檔距振蕩相對(duì)于微風(fēng)振動(dòng)來說發(fā)生的頻率較低，舞動(dòng)一般發(fā)生在冬季，分裂導(dǎo)線發(fā)生頻率高于單導(dǎo)線。導(dǎo)線舞動(dòng)的能量非常大，并且持續(xù)時(shí)間也較長(zhǎng)，一旦導(dǎo)線發(fā)生舞動(dòng)，就會(huì)造成輸電線路出現(xiàn)短路、斷線、倒塔等重大災(zāi)害事故，從而導(dǎo)致大面積停電，造成重大經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)嚴(yán)重影響人民社會(huì)生活帶來不便。冬季，導(dǎo)線發(fā)生覆冰后，在風(fēng)的作用下，冰會(huì)形成類似新月的非對(duì)稱形狀，其剖面形狀類似機(jī)翼，在風(fēng)的作用下，導(dǎo)線的不同位置形成的升力不同，因此會(huì)誘發(fā)導(dǎo)線產(chǎn)生一種0.1赫茲到3赫茲低頻率大振幅的自激振蕩，由于其形態(tài)上下翻飛，形如龍舞，故稱之為舞動(dòng)。總體來說，影響輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)的主要有以下原因：（1）導(dǎo)線覆冰的影響。（2）風(fēng)速和風(fēng)向的影響。（3）線路結(jié)構(gòu)與參數(shù)的影響。（4）力學(xué)及地形的影響。

3輸電線路舞動(dòng)的不良影響

就某省超高壓輸電線路出現(xiàn)線路舞動(dòng)時(shí)現(xiàn)象進(jìn)行說明，線路舞動(dòng)產(chǎn)生的跳閘復(fù)合的比例很低，在2010年11月到2012年4月初以來該省出現(xiàn)風(fēng)偏故障總計(jì)有3例，這些伴隨著的線路跳閘無一是復(fù)合的。這些都是在非計(jì)劃里的線路停用，發(fā)生后對(duì)該省的經(jīng)濟(jì)損失巨大。因?yàn)榫€路舞動(dòng)的產(chǎn)生往往都有強(qiáng)風(fēng)，所以線路重合需要的動(dòng)作時(shí)間將會(huì)變長(zhǎng)，所以說輸電線路出現(xiàn)這種故障后將很難重新復(fù)合。由于影響范圍和危害程度巨大，是歷年以來比較罕見的一次。導(dǎo)致的多條輸電線路故障一時(shí)之間難以解決，很多工廠因?yàn)榇舜问鹿释．a(chǎn)。而且在事故發(fā)生后進(jìn)行處理也比較麻煩，很難及時(shí)的恢復(fù)到原有的狀態(tài)。這次事故主要造成了是輸電線路的跳閘、輸電鐵塔的橫擔(dān)受損害、輸電線路中存在的螺栓受脫落、輸電線路的引流線被破壞、輸電線路的絕緣子以及間隔棒收到損害、防振錘產(chǎn)生滑落。所以要把這些事故中具體的原因發(fā)生提出針對(duì)性的改進(jìn)措施，在提高輸電線路局部抗舞動(dòng)能力的同時(shí)，進(jìn)而對(duì)整個(gè)輸電線路的抗舞動(dòng)能力能夠滿足惡劣的自然天氣環(huán)境。

4輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)的防范措施

傳輸線導(dǎo)體舞動(dòng)的預(yù)防和控制是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。因此，有必要在規(guī)劃設(shè)計(jì)，運(yùn)營(yíng)維護(hù)，避障，抵制，預(yù)防等各個(gè)方面進(jìn)行綜合管理，實(shí)現(xiàn)舞動(dòng)管理的全過程。

4.1避舞設(shè)計(jì)

在技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)允許的條件下，選取合理的路徑和線路走向。①新建的線路應(yīng)盡量避開強(qiáng)舞動(dòng)、舞動(dòng)多發(fā)的地區(qū)，盡可能避開凍雨地帶或雨淞地帶。②盡量避開冬季多風(fēng)、電線易覆冰且風(fēng)相與線路的交角接近于正交的開闊江河、峽谷、山脊和迎風(fēng)山坡等易舞動(dòng)的地段。③在平原開闊地帶搭線時(shí)，應(yīng)盡量避免線路走向與冬季主風(fēng)向的夾角過大，一般要小于45°為最好，也就是說夾角越小越不容易發(fā)生舞動(dòng)。

4.2防舞設(shè)計(jì)

典型線路的導(dǎo)線防舞設(shè)計(jì)方法主要有：（1）單導(dǎo)線線路防舞設(shè)計(jì)：對(duì)于電壓等級(jí)較低線路，相導(dǎo)線多為單導(dǎo)線，可采用相間間隔棒、失諧擺、防振鞭等。但防振鞭為實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，造價(jià)較高。（2）分裂導(dǎo)線線路防舞設(shè)計(jì)：適用于分裂導(dǎo)線的防舞動(dòng)設(shè)備較多，根據(jù)我國(guó)防舞經(jīng)驗(yàn)，可采用線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒、雙擺放武器、相間間隔棒、偏心重錘、集中防震錘等。（3）緊湊線路防舞動(dòng)設(shè)計(jì)：對(duì)于500kV及以上的緊湊型線路，考慮其線路特點(diǎn)，防舞設(shè)計(jì)優(yōu)先采用回轉(zhuǎn)式間隔棒，其次是相間間隔棒，也可將二者組合應(yīng)用，防舞效果更好。（4）特高壓線路防舞動(dòng)設(shè)計(jì)：特高壓線路由于電壓等級(jí)高、導(dǎo)線對(duì)地位置高、檔距大、分裂數(shù)多、導(dǎo)線截面大，特高壓線路的防舞設(shè)計(jì)優(yōu)先采用線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒或線夾回轉(zhuǎn)式雙擺防舞器，其次是失諧間隔棒等。（5）限位式防舞設(shè)計(jì)。舞動(dòng)初期，隨著導(dǎo)線系統(tǒng)風(fēng)能的積聚，導(dǎo)線發(fā)生小幅度的橫向振動(dòng)，并且會(huì)產(chǎn)生橫向振動(dòng)與扭轉(zhuǎn)向振動(dòng)的耦合作用。如果不采取措施，隨著風(fēng)能的輸入，舞動(dòng)幅值會(huì)不斷增大，最終產(chǎn)生低頻率（一般0.1-3Hz）、大振幅（一般>3m）的嚴(yán)重舞動(dòng)，造成線路機(jī)械和電氣故障，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。限位式防舞是指針對(duì)不同線路舞動(dòng)特點(diǎn)，在模態(tài)分析的基礎(chǔ)上，在可能發(fā)生舞動(dòng)振型的波腹處增加約束裝置，在安裝點(diǎn)處形成波節(jié)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)舞動(dòng)抑制作用的防舞方法。在1個(gè)檔距中，如能形成若干個(gè)節(jié)點(diǎn)（即不發(fā)生振動(dòng)的點(diǎn)），相鄰2個(gè)節(jié)點(diǎn)之間就形成1個(gè)節(jié)距，這樣就能把振動(dòng)限制在各個(gè)節(jié)距之內(nèi)了。通過對(duì)節(jié)點(diǎn)的合理布置，使振動(dòng)得以抑制，或使各節(jié)距內(nèi)的振動(dòng)在以行波形式傳播時(shí)相互干擾、相互削弱或抵消，從而達(dá)到抑制舞動(dòng)的目的。分析認(rèn)為在導(dǎo)線檔中若干位置布置拉線式約束是可行的，限制舞動(dòng)初期的導(dǎo)線振動(dòng)，并限制導(dǎo)線橫向振動(dòng)與扭轉(zhuǎn)向振動(dòng)的耦合，從而能抑制舞動(dòng)的發(fā)生。如何在導(dǎo)線上合理、有效地配置限位式防治裝置，以及防舞裝置的機(jī)械和電氣性能設(shè)計(jì)是限位式防舞技術(shù)的關(guān)鍵。

4.3抑舞設(shè)計(jì)

對(duì)于線路舞動(dòng)嚴(yán)重的地區(qū)，可通過調(diào)整或改變導(dǎo)線系統(tǒng)參數(shù)來起到抑制舞動(dòng)的作用，具體地說，就是通過應(yīng)用防舞設(shè)備來預(yù)防線路舞動(dòng)發(fā)生。筆者建議，在線路舞動(dòng)嚴(yán)重的地區(qū)，可通過在輸電線路上安裝防舞動(dòng)設(shè)備的方式來減弱舞動(dòng)強(qiáng)度、減小舞動(dòng)規(guī)模。例如，相間間隔棒主要適用于220kV以下的輸電線路;雙擺防舞器防舞動(dòng)效果好、安裝方便，主要適合于分裂導(dǎo)線;偏心重錘也適用于分裂導(dǎo)線，防舞動(dòng)效果良好，但須注意對(duì)微風(fēng)震動(dòng)的影響;線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒不會(huì)對(duì)線路產(chǎn)生副作用，防舞動(dòng)效果非常好;失諧擺一般不適用于分裂導(dǎo)線，主要適合110kV的單導(dǎo)線線路。除此之外，在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中，必須加強(qiáng)防舞動(dòng)設(shè)備的維護(hù)，每月定時(shí)巡視輸電線路，可以使用無人機(jī)、望遠(yuǎn)鏡等設(shè)備檢查輸電線路運(yùn)行及配件情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并予以解決。在輸電線路停電檢修過程中，必須打開防舞動(dòng)裝置進(jìn)行檢查，了解裝置各部分的運(yùn)行及損傷情況，確定無問題之后再將防舞動(dòng)設(shè)備安裝牢固。

5結(jié)束語

綜上所述，在一定的氣候條件下，一定的風(fēng)速、風(fēng)向及導(dǎo)線的迎風(fēng)面覆冰增加是導(dǎo)線舞動(dòng)的主要原因。本文以輸電線路舞動(dòng)的特點(diǎn)及原因?yàn)榍腥朦c(diǎn)，從避舞設(shè)計(jì)、防舞設(shè)計(jì)、抑舞設(shè)計(jì)等角度，詳細(xì)論述了輸電線路舞動(dòng)的防范措施，多角度入手，旨在更好地保證輸電線路運(yùn)行安全。

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（作者單位：呼和浩特市電力勘察設(shè)計(jì)院有限公司）