500 kV垂直排列雙回緊湊型線路舞動間隙計算及防舞措施

蔣少波 梁盼望 李 輝 楊 力

（中國能源建設集團湖南省電力設計院有限公司，湖南長沙410007）

0 引言

隨著經(jīng)濟社會快速發(fā)展，輸電線路走廊日益緊張，在路徑走廊擁擠地區(qū)采用緊湊型輸電方案具有巨大的社會效益和經(jīng)濟效益[1]。因緊湊型線路通過壓縮導線相間距離來壓縮輸電線路走廊，因此存在相間距離小于常規(guī)輸電線路的固有缺陷，發(fā)生舞動后損害將更嚴重。

隨著檔距增大，緊湊型線路舞動后相間距離縮小，常不滿足操作過電壓間隙要求。因此，本文針對500 kV垂直排列雙回緊湊型線路開展舞動間隙計算，針對間隙不足的情況，提出安裝相間間隔棒的防舞措施，抑制導線舞動后相間距離不足的問題。

1 計算模型

本文研究以500 kV垂直排列雙回緊湊型線路為例，導線采用4×JL3/G1A-630/45鋼芯鋁絞線，分裂間距500 mm，地線采用2根OPGW光纜，兩相導線水平距離為7.7 m，回路間層間距離18.6 m。

2 舞動間隙放電機理

舞動產(chǎn)生的主要原因是導線不均勻覆冰形成翼形截面，在陣風作用下產(chǎn)生升力激發(fā)舞動，分裂導線由于間隔棒使得子導線轉動不靈活，更容易形成不均勻冰層，更容易發(fā)生覆冰舞動。導線覆冰舞動的主要特征：一是導線覆冰較輕，多在5 mm以下；二是舞動氣溫在-5～0 ℃；三是陣風多為3～6級（5～15 m/s）；四是線路走向與冬季北風的夾角較大，在45°以上；五是舞動多發(fā)生在平丘開闊地帶或風口；六是導線應力較大時或線路檔距較大時容易發(fā)生舞動。通常情況下當導線舞動時地線沒有舞動，雙回共塔線路經(jīng)常出現(xiàn)上下層導線異向舞動，容易造成舞動閃絡。

3 舞動間隙計算方法

根據(jù)國內外觀測記錄，導線舞動全振幅可達幾米到十幾米，一般線路舞動幅值為導線弧垂的20%（≤12 m），大跨越線路舞動幅值為導線弧垂的40%（≤20 m）。導線舞動軌跡如圖1所示，縱向為橢圓形，橫向為波浪形。

根據(jù)舞動橢圓形運動軌跡，導線舞動間隙校驗計算如下：

圖1 導線舞動軌跡

圖1中橢圓形長軸a=0.2fc（m），橢圓形短軸b=0.4a（m），導線向上舞動幅值a2=0.8a（m），導線向下舞動幅值a1=0.2a（m）；橢圓形軌跡傾角，垂直方向舞動間隙校驗取θ=0°，水平方向舞動間隙校驗取θ=45°；導地線弧垂風偏角φ=tan-1（r4/r1）。舞動接近距離計算通常采用制圖法，當忽略舞動夾角和風偏影響時，舞動接近垂直距離計算如下：

導線與導線間的舞動接近垂直距離：

導線與地線間的舞動接近垂直距離：

式中：fc、fg為導線弧垂和地線弧垂（m）（冰厚為5 mm，氣溫為0 ℃，風速為10 m/s）；λc、λg為導線串長和地線串長（m）；Hc、Hg為導線層高和地線支架高度（m）。

4 計算結果

通常在校驗舞動間隙時按工作電壓間隙校驗能夠保證線路安全運行，500 kV線路工作電壓相間隙取值為1.2≈2.20 m。

設計覆冰15 mm，設計大風30 m/s，代表檔距400 m，舞動覆冰5 mm，舞動風速10 m/s，舞動氣溫-5 ℃，導線之間的水平位移為7.5/2=3.75 m，垂直距離為，導線之間舞動間隙計算結果如表1所示。

表1 舞動間隙計算結果

根據(jù)計算結果可知，當線路與風向夾角小于45°、檔距大于500 m時需要安裝相間間隔棒，當風向與線路夾角大于45°、檔距大于300 m時需要安裝相間間隔棒。當緊湊型線路位于3級舞動區(qū)時，對于風向與線路夾角大于45°、檔距大于250 m的全部安裝相間間隔棒，有利于抑制導線舞動。

5 防舞措施方案

防舞動裝置能在一定程度上改變導線舞動的振形，降低舞動的幅值，減少線路跳閘的概率，維持桿塔的強度。根據(jù)我省電力公司防舞動綜合治理的經(jīng)驗，500 kV及以上電壓等級：（1）同塔雙回（多回）輸電線路：優(yōu)先采用線夾回轉式間隔棒、相間間隔棒，不同回路可采用不同的防舞裝置；（2）單回輸電線路：可采用線夾回轉式間隔棒、雙擺防舞器、失諧擺等；（3）緊湊型輸電線路：優(yōu)先采用相間間隔棒。

目前防舞動采用的裝置如下：

相間間隔棒應設計合適的長度和足夠的強度，具備一定的抗冰閃能力，能滿足舞動時動荷載要求。配套金具應采用防電暈、可絞式金具。根據(jù)以往的經(jīng)驗，相間間隔棒可根據(jù)檔距大小安裝一組或兩組，一般應安裝在1/2L或1/3L處。

雙擺防舞器應設計合適的擺長和重量，具備足夠的耐磨強度、良好的防電暈性能，與導線連接處應有防導線磨損措施。安裝位置可選擇在2/9L或1/3L處，檔內雙擺防舞器重量應占導線重量的7%～10%，以此來確定安裝個數(shù)。

防舞鞭是和熱塑性非金屬材料預絞成型，具有剛性、耐腐蝕性的防舞裝置。它利用空氣動力學擾流原理，強制性改變了舞動氣流的方向，使導線變成非圓截面，破壞了舞動條件，從而達到降低舞動幅值、舒緩舞動強度的作用。防舞鞭的具體安裝方案為：安裝數(shù)量為奇數(shù)時，先以檔距中點為中心安裝一組，再每隔4.5 m間隔向兩側安裝；安裝數(shù)量為偶數(shù)時，以檔距中點為中心先空出4.6 m（中心兩側各2.3 m），再向兩側安裝，每相鄰兩根間隔4.5 m。

失諧擺與雙擺防舞器的作用和安裝方法相同，適用于單導線線路。比照雙擺防舞器進行設計安裝。

線夾回轉式間隔棒是一種新型防舞裝置，其活動夾頭可改變覆冰導線的覆冰形狀，從而減小覆冰導線的空氣動力系數(shù)，達到防舞目的。該防舞裝置兼顧間隔棒和防舞器的雙重作用，不會額外增加輸電線路上的集中載荷，對線路的張力基本沒有影響。

需要說明的是，各種防舞裝置都只能夠降低舞動幅值，而不能完全消除舞動，應視具體情況選擇技術合理、造價經(jīng)濟的方法。

針對緊湊型輸電線路，安裝相間間隔棒可有效抑制線路舞動時的危害，相間間隔棒錯開對稱安裝，一般采用環(huán)式連接，由于相間間隔棒的重力作用，連續(xù)檔增加集中荷載后引起導線弧垂下降，造成相間距離縮小，需根據(jù)安裝點實測的相間距離適當縮短相間間隔棒長度，使其安裝后呈自然狀態(tài)。

相間間隔棒的安裝位置要盡量避開導線舞動時可能出現(xiàn)的各種波形的波節(jié)點；應盡量將相間間隔棒安裝在舞動常發(fā)波形的波腹處或附近；擴大上—中、中—下相間的間隔棒安裝距離，即不將上下兩只間隔棒安裝在同一直線上，為了便于安裝，宜采用間距可調式連接金具。

如表2所示，500 kV垂直排列緊湊型雙回線路左上相—下相及右上相—下相安裝的相間間隔棒相間距離為7.8 m，左上相—右上相安裝的相間間隔棒相間距離為7.5 m。

表2 500 kV緊湊型輸電線路相間間隔棒布置方法

若相間間隔棒安裝位置±2 m內存在子導線間隔棒，應將相間間隔棒移至該子導線間隔棒位置安裝，并拆除原子導線間隔棒。相間間隔棒安裝位置應避開被跨越物（一般鐵路、高速鐵路、高速、國道、省道、城市主干道、110 kV及以上電力線路）。

6 結語

本文針對500 kV垂直排列緊湊型輸電線路開展舞動間隙計算，結果表明，緊湊型線路因壓縮了相間距離，線路舞動后的相間間隙問題尤為嚴重，當線路位于3級舞動區(qū)時，如風向與線路夾角大于45°，檔距超過250 m后，需通過安裝相間間隔棒抑制導線舞動，相間間隔棒一般采取錯開對稱安裝，可有效提高緊湊型線路抗舞動能力。