220kV輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)與防舞設(shè)計(jì)

220kV輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)與防舞設(shè)計(jì)摘要：220kv覆冰輸電線路輸電導(dǎo)線在一定風(fēng)速下常發(fā)生舞動(dòng)，它是一種低頻率、大振幅的自激振動(dòng)。舞動(dòng)的振幅通常很大，對(duì)輸電線路的安全運(yùn)行具有很大的威脅。本文首先探討了本地區(qū)220kv輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)情況，分析了其影響因素，最后提出了相關(guān)防舞動(dòng)設(shè)計(jì)保護(hù)措施：消除扭轉(zhuǎn)力矩、提高導(dǎo)線橫向振動(dòng)固有頻率、加強(qiáng)線路設(shè)備的耐振性能和提高輸電線路的電氣強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：220kv輸電線路舞動(dòng)防舞

220kv架空輸電線路舞動(dòng)是輸電線覆冰后在風(fēng)激勵(lì)的影響下引起的低頻率、大幅度振動(dòng)。舞動(dòng)可造成輸電線斷股，金具損壞，相間閃絡(luò)斷路，線間短路等惡性事故，嚴(yán)重威脅著輸電線路的安全運(yùn)行。我國(guó)是世界上輸電線路覆冰最嚴(yán)重的國(guó)家之一，比如2008年南方冰雪災(zāi)害就導(dǎo)致了大面積導(dǎo)線舞動(dòng)現(xiàn)象。但是導(dǎo)線舞動(dòng)涉及多學(xué)科，使對(duì)導(dǎo)線舞動(dòng)的機(jī)理分析和防舞措施的研究存在很大的困難。本文為此具體探討了220kv輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)情況與防舞設(shè)計(jì)措施。

1220kv輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)情況

由于我國(guó)能源分布的不平衡，為滿足遠(yuǎn)距離輸電的要求，超高壓線路得到很快發(fā)展，220kv輸電線路導(dǎo)線也相繼得到工程應(yīng)用。在某些地形、地勢(shì)復(fù)雜地區(qū)及大跨越線段地區(qū)，導(dǎo)線的直徑、離地高度也會(huì)有更大的提高，特別是在溫差比較大的地區(qū)，輸電線路覆冰問(wèn)題將更加突出，在風(fēng)激勵(lì)的作用下極易出現(xiàn)輸電線舞動(dòng)現(xiàn)象【4】。由于舞動(dòng)的振幅大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，易釀成很大危害，輕則造成相間閃絡(luò)、損壞地線和導(dǎo)線金具及部件，重則造成線路跳閘停電、斷線、倒塔等嚴(yán)重事故。這既對(duì)電網(wǎng)本身造成損害，又會(huì)對(duì)社會(huì)造成重大經(jīng)濟(jì)損失。本地區(qū)220kv電網(wǎng)在2010年2月10日發(fā)生大范圍線路舞動(dòng)，有5條次220kv線路跳閘，對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行造成極大的危害，導(dǎo)致電網(wǎng)局部解列，舞動(dòng)涉及的地域范圍有14個(gè)供電區(qū)。局部電網(wǎng)解列，嚴(yán)重威脅江蘇電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，威脅到電氣化鐵路，重點(diǎn)企業(yè)的正常供電和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

2220kv輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)的影響因素

2.1氣象因素

特定的氣象條件是引起導(dǎo)線舞動(dòng)的主要因素之一。其中覆冰雪與風(fēng)是導(dǎo)線舞動(dòng)主要的外激勵(lì)源，它們?cè)谝欢ǖ臍庀髼l件下產(chǎn)生，且彼此影響。當(dāng)大氣層中存在大量微小的過(guò)冷水滴而沒(méi)有足夠的凝結(jié)核時(shí)，在下降過(guò)程中遇到輸電導(dǎo)線時(shí)就有可能附著在導(dǎo)線表面，形成覆冰。當(dāng)風(fēng)速較小時(shí)，在導(dǎo)線的迎風(fēng)面形成覆冰；當(dāng)風(fēng)速較大時(shí)，在導(dǎo)線的背風(fēng)面形成覆冰。導(dǎo)線覆冰后的形狀又會(huì)影響空氣動(dòng)力的狀態(tài)。覆冰、空氣動(dòng)力狀態(tài)和其他氣象因素具有很大的隨機(jī)性，在舞動(dòng)研究與計(jì)算時(shí)，通常是根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料來(lái)進(jìn)行的。

2.2地理因素

線路的地理?xiàng)l件亦是引起導(dǎo)線舞動(dòng)的重要因素，本地區(qū)有平穩(wěn)層流大風(fēng)，且當(dāng)線路走向與風(fēng)向夾角大于45°的開(kāi)闊地帶及峽谷、迎風(fēng)山坡、山脊等微地形是容易發(fā)生舞動(dòng)的地帶。統(tǒng)計(jì)還表明線路走向與風(fēng)向的夾角越接近垂向，則舞動(dòng)的可能性越大，這是因?yàn)轱L(fēng)垂直吹向非對(duì)稱橢圓形導(dǎo)線時(shí)產(chǎn)生的升力和扭矩最大。

2.3線路因素

對(duì)結(jié)構(gòu)物的起作用的空氣動(dòng)力主要是風(fēng)向垂直于結(jié)構(gòu)物的軸線方向來(lái)流或非垂直來(lái)流的垂直分量。所以，垂直來(lái)流對(duì)結(jié)構(gòu)物的空氣動(dòng)力最大，所表現(xiàn)出的空氣動(dòng)力現(xiàn)象最為典型和突出。導(dǎo)線舞動(dòng)的大小與狀態(tài)，主要決定于風(fēng)向?qū)?dǎo)線軸線的夾角。當(dāng)夾角為90°時(shí)，誘發(fā)舞動(dòng)的可能性最大；反之，當(dāng)夾角為0°，即風(fēng)向平行于導(dǎo)線軸線時(shí)，則引起舞動(dòng)的可能性最小。一般導(dǎo)線舞動(dòng)是在覆冰后，即發(fā)生在冬季。冬季以北風(fēng)為主，所以，當(dāng)線路東西走向時(shí)，風(fēng)向與導(dǎo)線軸線的夾角在90°附近，極易產(chǎn)生舞動(dòng)。

2220kv輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)的防舞動(dòng)設(shè)計(jì)保護(hù)

2.1消除扭轉(zhuǎn)力矩

導(dǎo)線產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩，而且扭轉(zhuǎn)力矩是相當(dāng)大的，導(dǎo)線及線夾處承受相當(dāng)大的力隅矩，這是關(guān)鍵問(wèn)題。因而舞動(dòng)的防治首先要設(shè)法消除導(dǎo)線的扭轉(zhuǎn)力矩。對(duì)于分裂導(dǎo)線，可采用左右2種捻向?qū)Ь€，達(dá)到扭力矩平衡，在全檔導(dǎo)線上均無(wú)扭轉(zhuǎn)力矩存在，就要大大抑制舞動(dòng)的發(fā)生。

2.2提高導(dǎo)線橫向振動(dòng)固有頻率

導(dǎo)線舞動(dòng)必伴有橫向振動(dòng)，橫向振動(dòng)是舞動(dòng)形成的一個(gè)重要條件，如導(dǎo)線不發(fā)生橫向振動(dòng)就不會(huì)形成舞動(dòng)，因而消除橫向振動(dòng)因素是一個(gè)防舞措施。工程設(shè)計(jì)對(duì)于易發(fā)生舞動(dòng)的東西走線且位于湖區(qū)開(kāi)闊平坦地形，應(yīng)控制檔距不采用大檔距，因固有橫向振動(dòng)頻率大于1，則難發(fā)生橫向振動(dòng)。

2.3加強(qiáng)線路設(shè)備的耐振性能

通過(guò)采用特強(qiáng)型導(dǎo)線調(diào)整導(dǎo)線的應(yīng)力，在導(dǎo)線懸垂和耐張線夾處包上護(hù)線條，改善各類金具的耐振性能。220kv輸電線路除在大跨越和大檔距線段安裝一部分防振裝置外，一般利用分裂導(dǎo)線安裝的間隔棒作為基本的防振裝置【8】。檔距中央的間隔棒主要是用來(lái)防止碰撞，安裝距離呵大些，而導(dǎo)線懸掛點(diǎn)附近的間隔棒除了能防止扭轉(zhuǎn)外，更重要的是能夠起防振的作用，安裝相對(duì)密集一些。為加強(qiáng)防振措施，在依靠間隔棒減振作用的基礎(chǔ)上，需安裝一定數(shù)量的防振錘和阻尼線，導(dǎo)線懸掛點(diǎn)處要包裝高強(qiáng)度的護(hù)線條，同時(shí)考慮采用釋放型的懸垂線央，以減小振動(dòng)對(duì)設(shè)備的影響，通過(guò)增大導(dǎo)線的阻尼性能，減弱和吸收導(dǎo)線振動(dòng)能量，降低或抑制導(dǎo)線的振動(dòng)。

2.4提高輸電線路的電氣強(qiáng)度

使相間導(dǎo)線及相對(duì)地存有足夠的電氣間隙，確保導(dǎo)線舞動(dòng)時(shí)不致發(fā)生相間及相對(duì)地?fù)舸┒搪?。提高輸電線路的機(jī)械強(qiáng)度，使其能抵抗輕等或中等強(qiáng)度導(dǎo)線舞動(dòng)。重冰區(qū)輸電線路檔距需均勻且不宜過(guò)大，從而減少鐵塔所受的不平衡張力差。相鄰檔高度差盡量小以避免脫冰跳躍或不均勻覆冰時(shí)懸垂串上翻、碰壞絕緣子和出現(xiàn)永久接地故障。為防止覆冰及脫冰跳躍時(shí)鋼芯鋁絞線斷線、斷股現(xiàn)象，重冰線路的導(dǎo)可町采用機(jī)械強(qiáng)度較高的鋼芯鋁合金線或鋁包鋼絞線。為減輕或防止重冰線路由于不平衡張力和脫冰跳躍震動(dòng)而損害導(dǎo)線，宜采用預(yù)絞絲護(hù)條保護(hù)。重要線路需每隔若干基增設(shè)基抗串側(cè)耐張塔，桿塔間垂直檔距較大時(shí)宜采用雙線央以增加導(dǎo)線的抗彎強(qiáng)度。

總之，當(dāng)前我國(guó)已經(jīng)呈現(xiàn)出舞動(dòng)頻發(fā)的趨勢(shì)，我們還需要加強(qiáng)對(duì)國(guó)內(nèi)外舞動(dòng)治理技術(shù)新動(dòng)態(tài)的跟蹤，才能做到有針對(duì)性的治理，保證導(dǎo)線舞動(dòng)治理工作的長(zhǎng)期性和連貫性。

參考文獻(xiàn)

[1]郭應(yīng)龍，李國(guó)興，尤傳永.輸電線路舞動(dòng)[m].北京：中國(guó)電力出版社，2009：88-91.

[2]朱寬軍，尤傳永，趙淵如.輸電線路的舞動(dòng)