220 kV鶴木線松花江大跨越微風振動的在線監測分析

劉 洋，張 浩，金鎮山，李字明，張大為

(1.黑龍江省電力科學研究院，黑龍江哈爾濱150030; 2.東北電力大學電氣工程學院，吉林吉林132012)

自20世紀初，美國首先在一條輸電線路的海峽跨越處，發現導線因振動斷股現象以來，人們一直在進行著微風振動問題的研究，包括振動機理、防振理論、振動試驗、防振裝置、防振導線等多方面。同時，在大跨越架空線路上，采用了一些具體的防振技術措施，有效地抑制了微風振動，減輕了對線路的危害。但是，由于微風振動的機理極其復雜，通過理論計算或試驗研究的結果與現場實際往往差別很大。國內的事例很普遍。如500 kV平武線大軍山長江大跨越，1981年11月建成，1987年檢查發現2根地線已累積斷22股; 500 kV徐—上線鎮江大跨越，1988年9月建成，1996年4月發現導線三相3根子導線在間隔棒夾頭處分別斷3股、8股、9股，散股300 mm、1 500 mm、900 mm，并有多只間隔棒夾頭無螺栓、蓋板;±500 kV葛上線吉陽長江大跨越，1987年10月建成，2001年夏天在巡線過程中發現地線有多處斷股，防振錘和阻尼線夾頭脫落。

DL/T741-2001《架空送電線路運行規程》中規定“大跨越段應定期對導、地線進行振動測量”，現行測量方法是在一段時間(如2周)內使用測振儀器進行現場安裝測量，并記錄相關數據。但因現場測試時間有限，測振儀器本身條件和現場工作環境等問題，測量結果有時代表性不高，缺乏實時性。對此，黑龍江省電力科學研究院技術人員，結合實際狀況，提出對220kV鶴木線松花江大跨越裝設導、地線微風振動的在線監測儀，以實現該大跨越導、地線的微風振動、運行溫度和環境氣候遠程在線監測，并根據IEEE和CIGRE方法，判斷導、地線的危險程度，預測疲勞壽命，為進行該線路狀態評價，延長其使用期限，以及完善該大跨越防振體系，設計合理的防振裝置，制定防振導則和現場振動檢測規范，提供了可靠依據。

1 影響微風振動的因素

輸電線路微風振動是由風吹過形成的“卡門漩渦”引起的，主要影響微風振動的因素有以下幾點。

a.引起導線產生微風振動的均勻自然風，風速0.5～10 m/s左右，風向與導線的夾角大于30°，夾角越接近90°越易于產生微風振動。

b.線的自阻尼特性:與導線本身的結構有關，自阻尼特性好的導線可以減輕微風振動。

c.線的分裂根數及間隔棒設計:通常分裂導線的振動次數及在懸垂線夾處的振動應力均比單導線小，并隨分裂根數增多而減少。

d.導線的平均運行應力:應力越大則導線自阻尼吸收能量越小，易于產生微風振動。

e.檔距:檔距越大則接受到風的策動能量也越大，易于產生微風振動。

f.環境:有利于發生均勻風速的環境為經過河流、湖泊、海峽、曠野上空的開闊地帶以及導線的懸掛點很高時。

g.天氣:導線覆冰 /雪之后則吸收風能增大，易于產生強烈的微風振動;雨天容易在大風下產生不規則的低頻率的振動。

2 220 kV鶴木線大跨越微風振動測量參數

a.環境參數:氣溫、濕度，、風速、風向。

b.振動參數:彎曲應變—間接反映導線的相對振動幅度、振動頻率。

c.在線視頻:觀察測試設備和線路本身狀況。

d.導線溫度:協助監視線路運行工況。

e.儀器參數:主板溫度、濕度。

關鍵監測參數:動彎應變參照我國測振標準，導線型號為LGJQ-400和LHBGJ-400/95取峰值100 με為允許值，地線型號為GJ-50和GJ-225取峰值為120 με為允許值，當測量值在該范圍內認為是安全的，超過該值則給出報警。

3 在線監測設備現場布置

3.1 設備安裝

a.振動監測儀安裝在導地線防振錘、阻尼線和懸垂線夾處，見圖1;

b.微氣象環境觀測站安裝在塔體橫擔處，見圖1;

c.線路監測基站安裝在橫擔側面，見圖2;

d.太陽能電池板安裝在上橫擔上面，方向朝南，見圖2。

3.2 監測點布置方案

導線振動監測儀安裝在大跨越耐張檔上導線4號、5號阻尼線夾頭處，見圖3，大跨越上導線1號、3號阻尼線夾頭處，大跨越上導線2號防振錘夾頭處，大跨越上導線懸垂線夾出口，見圖4;地線振動監測儀安裝在大跨越上游地線1號、3號防振錘夾頭，見圖5。

圖1 松花江大跨越線路監測基站、氣象環境觀測站現場圖

圖2 松花江大跨越太陽能板、風振動監測儀現場圖

圖3 松花江大跨越耐張檔上導線振動儀安裝位置圖

圖4 松花江大跨越上導線振動儀安裝位置圖

圖5 松花江大跨越上游回路地線振動儀安裝位置圖

4 數據分析

數據采集時間為2009年11月30日至2010年3月30日，采集間隔為10 min。

4.1 微氣象數據及分析

4.1.1 環境溫度及導線溫度數據

環境溫度是導致微風振動的一個重要原因，當線溫處于比較低的狀態時，導地線張力變大，導線變硬，容易產生微風振動現象。根據220 kV鶴木乙線環境溫度和線溫監測數據分析，見圖6、圖7。在監測期間溫度都在零度以下、甚至更低，是微風振動產生的有利條件。

4.1.2 大跨越現場風向數據

線路走線為東西向，如果風向長期垂直導線吹過，容易產生微風振動現象。根據220 kV鶴木乙線大跨越現場風向數據分析，在監測期間風向多為北風，見圖8，正好垂直吹向導線，是微風振動產生的有利條件。

圖6 松花江大跨越現場環境溫度曲線圖

圖7 松花江大跨越現場線溫曲線圖

圖8 松花江大跨越現場風向圖

4.1.3 大跨越現場風速數據

產生微風振動時的風速通常在0.5～10 m/s。根據220 kV鶴木乙線大跨越現場風速數據分析，見圖9，在監測期間風速多在10 m/s以下，是微風振動產生的有利條件。

綜合上述3種微氣象因素，220 kV鶴木乙線松花江大跨越地理位置及氣象條件，在監測期間有利于微風振動現象的產生。

4.2 振動監測數據及分析

4.2.1 在監測期間，耐張檔上導線4號阻尼線夾頭處、耐張檔上導線5號阻尼線夾頭處的振動最大強度分別為±46 με和±32 με，均低于導線動彎應變的許用值±100 με，也低于1996年設計時實驗數據54.8 Hz時為±90 με和49.9 Hz時為±94 με。

圖9 松花江大跨越現場風速曲線圖

4.2.2 在監測期間，上導線1號阻尼線夾頭處、大跨越上導線3號阻尼線夾頭處、大跨越上導線2號防振錘夾頭處、大跨越上導線懸垂線夾出口處的振動最大強度分別為 ±93.92 με、±59.32 με、±36.25 με和±34.6 με，上導線1號阻尼線夾頭處接近于導線動彎應變的許用值±100 με，見圖10，高于1996年設計實驗數據(28.4Hz時±88 με)，其他各點均低于導線動彎應變的許用值。

圖10 松花江大跨越上導線1號阻尼線夾頭處測振最大振幅數據

4.2.3 在監測期間，大跨越上游地線1號防振錘夾頭處、大跨越上游地線3號阻尼線夾頭處的振動強度為±9.89限με和±11.1με，低于地線動彎應變的許用值120 με。

綜上所述，微氣象條件有利于微風振動的產生。大跨越導地線防振方案能有效地降低了微風振動的振幅。考慮到導線1號阻尼線夾頭處是整個防振方案消振最大的地方，所以在監測期間出現接近導線動彎應變許用值是允許的。從詳細數據分析，該點大振幅值的出現次數不是很多，可以判定為短期振幅過大，不會對導線造成嚴重的破壞。建議運行部門在適當時候對大跨越導線及地線各阻尼線夾頭和防振錘夾頭等夾固點再重新緊固一次，防止蠕變等引起握力松弛，影響防振效果。

5 結論

黑龍江地區有著顯著的地域特點，全年氣溫溫差大，尤其在監測期間設備安裝地區最低氣溫達到了近-40℃多度，這對監測設備運行狀態是個嚴峻的考驗。微風振動在線監測系統對220 kV鶴木線松花江大跨越微風振動現象進行了整個冬季(11～ 3月)的監控，采集到了現場微氣象和微風振動的詳細數據。此方法可以判定導、地線斷股與金具松動是否由微風振動造成的，有很高的參考研究價值。對今后長時期、全天候監控該跨越微風振動情況，分析、解決微風振動危害，有著極其重要的意義。

［1］ IEEE Committee Report:Standardization of Conductor Vibration-Measurements［J］.IEEE transactions on power apparatus and systems，1966，85(1):10-22.

［2］ 楊玉金.500 kV線路大跨越微風振動在線監測［J］.安徽電力，2006，23(2):29-32.