狹管效應(yīng)對山區(qū)輸電線路影響分析

周野

摘要： 本文通過對上壩變～重慶油房II回220kV線路#116～#117檔近幾年發(fā)生的子導(dǎo)線翻轉(zhuǎn)扭絞原因分析，得出原因是山區(qū)微地形、微氣象位置由于狹管效應(yīng)產(chǎn)生回旋氣流對導(dǎo)線和間隔棒的沖擊，打破分裂導(dǎo)線的力矩平衡，從而使導(dǎo)線發(fā)生翻轉(zhuǎn)扭絞。提出在山區(qū)進行輸電線路設(shè)計時，尤其在風(fēng)口位置盡量避免大檔距、大高差，避開迎風(fēng)面，同時盡量縮小間隔棒次檔距，以減小狹管效應(yīng)對輸電線路的影響。

關(guān)鍵詞：220kV線路、微氣象、狹管效應(yīng)、翻轉(zhuǎn)扭絞

引言

狹管效應(yīng)是指當氣流由開闊地帶流入地形構(gòu)成的峽谷時，由于空氣質(zhì)量不能大量堆積，于是加速流過峽谷，風(fēng)速增大，當流過峽谷時，空起流速又會減速，這種地形峽谷對氣流的影響，稱為狹管效應(yīng)。在山區(qū)的輸電線路中，若線路檔中溝壑較深，且一側(cè)為低矮的開闊的地帶，另一側(cè)為逐漸翻山的埡口時，當自然風(fēng)從低矮的開闊地帶逐漸經(jīng)過狹窄的溝壑向山坡往上運動過，由于低矮處相對開闊，匯集的風(fēng)流量大，而受溝谷影響擠壓，易形成狹管效應(yīng)，導(dǎo)致風(fēng)速迅速增大，產(chǎn)生一種沿山坡向上升力的紊流效應(yīng)，形成向上的升力作用于導(dǎo)線。當風(fēng)向垂直輸電線路運動時，容易形成回旋式的氣流，作用于導(dǎo)線和間隔棒，使輸電線路的分裂導(dǎo)線發(fā)生偏轉(zhuǎn)，影響線路的正常運行及正常壽命，其中上壩變～重慶油房II回220kV線路#116～#117檔多次發(fā)生中相子導(dǎo)線翻轉(zhuǎn)扭絞事故就是一個典型的案例。

1 事故情況

上壩變～重慶油房II回220kV線路起于貴州省道真縣上壩220kV變，止于重慶涪陵油房220kV變，2009年完成施工投運，由重慶涪陵聚龍電力有限公司負責(zé)運維。全線分為10mm、20mm兩個冰區(qū)，導(dǎo)線型號為2×LGJ-400/50型鋼芯鋁絞線，子導(dǎo)線按水平排列，分裂間距為400mm。其中#116～#117檔位于20mm冰區(qū)段，于2012年至2016年期間發(fā)生過多次中相子導(dǎo)線翻轉(zhuǎn)扭絞。根據(jù)運行人員現(xiàn)場調(diào)查和記錄，發(fā)生翻轉(zhuǎn)扭絞時一般是主要是有風(fēng)，偶爾伴有霧凇或者結(jié)冰情況，導(dǎo)線扭絞只發(fā)生在檔距中間，兩端絕緣子串端頭并未翻轉(zhuǎn)，也未發(fā)生損壞，且發(fā)生扭絞后不會自動恢復(fù)，需要停電后由檢修人員恢復(fù)，因此給線路的正常運行帶來嚴重隱患，同時也可能對導(dǎo)線造成損傷，影響線路的運行壽命。線路的扭絞照片如下。

2 事故原因分析

2.1 事故檔現(xiàn)場地形情況

上壩變～重慶油房II回220kV線路 #116～#117檔位于貴州省道真縣與重慶市武隆縣交界處的木花洞青苔溝附近，#116～#117檔從山脊向山下過渡，#116、#117的塔位海拔高程分別為1536m和1403m，兩個塔基高程懸殊133m，兩基塔中間是從下往上逐漸收窄的溝谷，線路一側(cè)為低洼平緩的山谷，另一側(cè)為順線路的山脊，線路位于風(fēng)口地帶，屬于典型的微地形微氣象地帶。

2.2 事故檔設(shè)計情況

經(jīng)查相關(guān)設(shè)計資料，上油線II回 #116～#117檔設(shè)計覆冰為20mm，設(shè)計基本風(fēng)速為25m/s，單回路設(shè)計， #116 ～ #117檔距493m，高差133m，#116、 #117塔均為耐張塔，該檔為孤立檔，其斷面圖及明細表如下：

2.3 事故原因分析

據(jù)線路運行人員介紹，#116～#117檔中相雙分裂子導(dǎo)線近幾年來發(fā)生過多次翻轉(zhuǎn)扭絞情況，通過對發(fā)生扭絞時間的現(xiàn)場調(diào)查和氣象部門收資了解到，該檔在發(fā)生的幾次扭絞情況時往往都出現(xiàn)了5～15m/s大風(fēng)，同時伴有一定的不均勻覆冰。

從該段線路所經(jīng)過的地形可以看出，由于#116～#117檔在地理為上由南往北走向，線路從山頂逐漸過渡到半坡，線路的東北側(cè)為低洼小盆地，#116～#117檔中間是由西北延伸至東南的山溝，因此該檔剛好處于變坡埡口、迎風(fēng)口的微地形。當風(fēng)向從由西北向東南吹時，西北面低洼處大量的風(fēng)經(jīng)過該檔中的溝谷逐漸收窄。這種地形容易造成風(fēng)速和水汽通量的增大，易于形成大風(fēng)和導(dǎo)線結(jié)冰，由于“狹管加速效應(yīng)”作用，該處風(fēng)速明顯大于附近其他地方。再加上線路走向與風(fēng)向基本呈垂直交叉狀態(tài)，導(dǎo)線吸收風(fēng)力能量増大;該檔處于埡口且左低右高，引起西面來風(fēng)順山坡向上爬升，造成風(fēng)速和水汽通量的增大，形成向上的回旋氣流沖擊導(dǎo)線及間隔棒，此時如果兩根子導(dǎo)線覆冰不均勻，分裂導(dǎo)線就會高低不平，故回旋氣流就容易將子導(dǎo)線吹翻轉(zhuǎn)。

下圖中實線所示A、B為導(dǎo)線某一間隔棒處在正常位置的橫斷面，虛線所示A1、B1為導(dǎo)線在其相鄰間隔棒位置的橫斷面，間隔棒A1、B1在外力作用下向箭線E所示方向轉(zhuǎn)動。箭線A1-A、B1-B、所示為兩間隔棒間的導(dǎo)線施加給間隔棒A1、B1的力在其所處平面內(nèi)的分力。正常狀態(tài)下，沿箭線E所示方向施加的外力矩不足以克服箭線A1-A、B1-B所示的阻力，導(dǎo)線不會發(fā)生翻轉(zhuǎn)，處于力學(xué)的相對平衡狀態(tài)。

在強風(fēng)和埡口迎風(fēng)坡上升氣流的共同作用下，使得沿箭線E所示方向施加的外力矩能夠克服箭線A1-A、B1-B所示的阻力，導(dǎo)線發(fā)生逆時針翻轉(zhuǎn)扭絞，導(dǎo)線達到了新的平衡。在子導(dǎo)線的扭絞點，所有子導(dǎo)線均由導(dǎo)線線束中心通過，靠近扭絞點的間隔棒將不再有附加扭矩的作用，導(dǎo)線將處于平衡狀態(tài)，如果想使其復(fù)位，則需施加足夠的反向力矩。因此結(jié)合#116～#117區(qū)段線路設(shè)計及建成后情況，判斷為微地形、微氣候強風(fēng)引起的導(dǎo)線振蕩翻轉(zhuǎn)即局地上升氣流引起的導(dǎo)線振蕩翻轉(zhuǎn)。

在聚龍公司運行人員修復(fù)#116～#117檔中相導(dǎo)線的翻轉(zhuǎn)時，對該檔弛度檢查的結(jié)果， 總體弛度數(shù)值滿足運行要求且與設(shè)計值偏差極小，相間、子導(dǎo)線間弛度幾乎沒有偏差。說明即使在導(dǎo)線總體弛度差、相間弛度差、子導(dǎo)線弛度差調(diào)整較好的情況下，導(dǎo)線在足夠大的外力矩的作用下也可發(fā)生翻轉(zhuǎn)。

同時經(jīng)過導(dǎo)線復(fù)位后檢查，導(dǎo)線外觀及間隔棒均未發(fā)現(xiàn)損傷，這一點說明導(dǎo)線沒有發(fā)生舞動。沒有發(fā)生舞動就發(fā)生偏轉(zhuǎn)以往在國內(nèi)在一些220kV線路、500kV線路上也曾出現(xiàn)過，究其原因也基本為微氣候、微地形引起。

3 預(yù)防措施及建議

結(jié)合國內(nèi)外發(fā)生過的類似情況，為了減小因橫向風(fēng)產(chǎn)生的回旋渦流影響，當輸電線路在經(jīng)過山區(qū)翻埡口的微地形微氣象時，建議作好以下幾點措施：

1）桿塔布置盡量避免大檔距、大高差。

2）適當大間隔棒的次檔距，增加分裂導(dǎo)線間隔棒數(shù)量，增大間隔棒對風(fēng)力的阻礙作用，有利于防止導(dǎo)線導(dǎo)線翻轉(zhuǎn)扭絞。

3）施工安裝間隔棒時，確保各相子導(dǎo)線弧垂誤差是否符合施工驗收規(guī)范的要求，盡量減少子導(dǎo)線弧垂誤差，合理控制馳度。

4）在進行改造后，考慮在發(fā)生扭轉(zhuǎn)的#116～#117檔內(nèi)加裝導(dǎo)線振蕩在線監(jiān)測裝置，記錄導(dǎo)線振蕩，觀察以后是否再會發(fā)生翻轉(zhuǎn)扭絞情況。

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