勝利油田電網輸配電線路舞動原因分析及防治對策

劉文波 李來鴻

(勝利油田電力管理總公司河口供電公司，山東東營 257200)

勝利油田電網輸配電線路舞動原因分析及防治對策

劉文波 李來鴻

(勝利油田電力管理總公司河口供電公司，山東東營 257200)

本文介紹了勝利油田所轄電網2010年冬季發生輸配電線路導線舞動經過及其影響，從線路走向、地形地勢條件、線路結構參數和氣象條件幾方面分析了形成舞動的原因，介紹了目前國內外防舞動裝置的特點和適應范圍，并結合勝利油田電網實際提出了一些提高線路抵抗舞動能力的方法和措施。

線路舞動;氣象條件;地勢條件;防舞動裝置

一、引言

2010年2月勝利油田所轄電網線路因覆冰發生強烈舞動，造成萊州灣海區、埕子口、濱海海區、孤島地區110kV、35kV線路、6(10)kV線路大面積跳閘，影響采油廠涉及勝采、東辛、現河、純梁、濱南、孤島、孤東、樁西、河口、海洋、臨盤、清河等12家采油廠和石油開發中心、東勝、魯明、魯勝4家油公司，造成損失慘重。

根據我國近來發生的舞動情況記載，大部分線路舞動發生在東北地區、湖北和湖南等地，勝利油田所轄電網發生舞動情況比較少。所以，在線路舞動研究、防治措施以及舞動的搶險救災方面沒有引起足夠重視，投入資金也較少。但是，隨著全球氣候的變化，惡劣、異常天氣增多，以后類似情況有可能增多。而且，勝利油田電網擔負著勝利油田原油生產供電任務，從保證國家能源角度也要引起高度重視，必須增加投入。投入必要的人力、物力進行舞動研究，對重要和易發生舞動的線路加裝防舞裝置;備足搶險工具和物資，進行搶險演練，全面提高抗災能力。

二、輸配電線路舞動跳閘原因分析

(一)舞動原理分析

冬季，當水平方向的風吹到因覆冰而變為非圓斷面的輸電導線時，將產生一定的空氣動力，在一定條件下，會誘發導線產生一種低頻率(約為0．1—3Hz)、大振幅(約為導線直徑的5～300倍)的自激振動，就其性質而言，這種振動屬于馳振。由于其形態上下翻飛，形如龍舞，也稱為舞動。形成舞動的因素較為復雜，而各種因素又相互影響，構成了舞動激發與擴展的復雜情況。歸納起來，對導線舞動的激發與擴展起主要作用的因素大致有四個方面，即線路的走向、地形與地勢，當地的氣象條件，線路系統的結構與參數。

1．線路走向的影響

一段線路舞動的大小與狀態，主要決定于風向對導線的夾角，當其夾角為90°時，對舞動的影響最大;反之，當夾角為零時，即風向平行于導線軸線時，則引起舞動的可能性最小。冬季以北風居多，發生舞動的線路多為東西走向。而與舞動區段相連接，走向為西北－東南段和南北走向段的線路(即與當天風向夾角小于45°的區段)，均沒有發生舞動現象。

2．地形與地勢的影響

根據國內外的統計資料，導線舞動多數產生于平原開闊地區，這是不難理解的。因為，與山區或丘陵地區相比，平原與開闊地區無論從風速還是空氣的流態開說，都更加有利于舞動的形成。

3．線路結構和參數的影響

如果把氣象條件和地形、地勢條件看作是引起導線舞動的外因，那么，線路本身的結構和參數就是引起舞動的內因了。這些因素包括:導線的類型(分裂導線或單導線)、張力、弧垂、檔距以及導線的特性與參數等等。在同樣的氣象條件和地理環境下，分裂導線比單導線更容易產生舞動。對導線的中心線而言，導線的覆冰一般總是偏心而朝向迎風面的，這個偏心質量將會引起導線圍繞自身軸線產生扭轉，從而改變導線的迎風面。這樣不斷覆冰、不斷扭轉的結果，使覆冰導線的截面形狀趨于圓形，以至于削弱了作用在導線上的空氣動力荷載，對舞動有一定的抑制作用。而分裂導線則不同，一般每隔幾十米就有一個間隔棒，將各子導線連接在一起。在每一個次檔距內的子導線，其兩端被間隔棒固定，扭轉剛度大大高于相同截面的單導線，在偏心覆冰后很難繞其自身軸線扭轉，偏心覆冰狀況得不到緩解，所以，作用在分列導線上的空氣動力荷載比單導線大得多。大截面的導線比小截面的導線易于產生舞動，這與其自身的扭轉剛度有很大的關系。大截面的導線扭轉剛度大，在偏心覆冰后難以產生自身的扭轉，使得覆冰層更多的堆積在同一方向，使導線的迎風面與背風面的冰層厚度差增大，覆冰導線的偏心度比小截面導線嚴重得多，因此產生舞動的可能性要大得多。

4．氣象條件對舞動的影響

風向雖然是引起導線舞動的一個主要因素，但是導線的舞動是由于冰和風的聯合作用產生的，即風向是指使導線覆冰時的風向。在本次舞動區域的范圍內，由于地處平原，地勢較為平坦開闊，沒有能夠影響風向發生改變的地形，故引起導線舞動的天氣可以確定為冬季，由于冬季勝利油田地區多刮北風，尤其在有北風的雨雪天氣內，容易發生東西走向的輸電線路導線的舞動。

易引起導線覆冰的氣象條件有以下三種:

霧凇。是由于山區底層云含有的過冷水滴形成的。在導線上的附著力較弱，覆冰層不厚，冰重不大，偏心情況也不嚴重，一般對導線不構成威脅;

霜凇。當溫度在冰點上下，風力比較猛時，便會形成霜凇。其水滴凍結比較弱，而在導線上的附著力比較強，會對導線和桿塔構成威脅;

雨凇。多發生在凍雨區的低海拔地區，在溫度接近冰點。風速較大時產生，冰質透明，在導線上的附著力極強，冰的密度也很高，在0．90～0．92g/cm之間。在雨淞地區，由于凍雨的持續時間較長，可能形成較厚而堅實、不易脫落的覆冰層，成為發生導線舞動的重大威脅。

(二)勝利油田電網本次舞動的特點

垂直排列的線路發生舞動的居多，三角形排列的較少，在轉角附近發生舞動的多，檔距較大的線路發生舞動的多，35kV及以下電壓等級的線路舞動的居多，110kV及以上線路舞動的較少。

氣象條件同時具備了發生舞動的各種因素:風力較強、溫度在冰點附近、接近的雨凇環境。

舞動現象基本符合理論研究的結果:發生舞動區段內的輸電線路走向與風向基本垂直，而與風向夾角小于45°的線路沒有發生舞動。

三、防范措施

鑒于導線舞動對線路安全運行造成的危害十分重大，諸如線路頻繁跳閘與停電、導線的磨損、燒傷與斷線，金具及部分構件的損壞等等，都會造成重大的經濟損失與社會影響。因此，必須采取行之有效的措施進行防治。

(一)結合勝利油田所轄電網的實際情況和地理條件可以采取一些切合實際防治辦法

比如:事故中，有一部分6kV線路的橫擔由于只是單純由包裹固定在電桿上，線路發生舞動時，橫擔易發生傾斜和扭曲。針對這種情況，部分公司借鑒35kV線路的設計在其橫擔下方加上兩個斜拉桿來固定橫擔，形成一個倒三角結構，增強了穩定性。有的公司通過線路改造，將一部分懸吊式絕緣子更換成為硅橡膠絕緣棒，增加導線間的距離。采用專門的抗舞動金具，如抗舞動線夾可以在舞動發生的情況下，保護導線不受損傷。這些都是投資不大，但是能起到很好的防治效果。

(二)從設計施工角度考慮，要重點從以下幾方面考慮

1．避開易于形成舞動的覆冰區域與線路走向。

一般來說，溫度在0～－5℃，風速在10m/s左右的雨淞地區，是舞動的多發地區，根據相關資料，可以把舞動發生地區分為四類，列于表中。

表1 舞動發生地區分類

針對上述因素，在線路設計時應盡量避開這些因素的影響，在技術經濟指標允許的條件下，盡可能繞過強舞動地區，而在線路走向上，應盡可能減小冬季風向與線路走向間的夾角。

2．提高導線系統抵抗舞動的能力

如對桿塔、絕緣子、金具、檔距、局部地區線路走向、運行張力等進行防舞設計，減少舞動誘因，提高線路抗舞能力。

(1)對灘海地區常年浸泡在水中的35kV及以上電壓等級輸電線路采用管塔架設

優先選用機械性能好的鋼芯鋁合金絞線。鑒于鋁絞線、鋼芯鋁絞線在多冰雪地區斷線、斷股頻繁，為了防止或減少導線斷線、斷股現象，在多冰雪區優先選用鋼芯鋁合金絞線。

(2)合理選用抗污閃能力強以及抗拉、抗彎強度高的絕緣子

原6－10kV架空線路設計直線桿多采用瓷橫擔絕緣子及PS－15型針式絕緣子，建議在新架線路及已有線路改造時，應根據不同地區選用PS－20或有機復合合成絕緣子。

(3)合理確定導線相間距離，并采用加強型雙橫擔

原6－10kV架空線路設計普通直線桿采用長度為1．3米L63×6型單橫擔、單絕緣子固定方式，僅在跨越桿型采用雙橫擔、雙絕緣子固定方式。鑒于灘海地區風力較內陸地區大，因此在灘海地區新建和改造線路中直線桿均采用雙橫擔、雙絕緣子固定方式，提高抗風能力，防止支架歪斜和導線脫落、斷擔故障。同時，將橫擔長度增長至1．6米。

(4)縮小6(10)kV配電線路檔距

由原來的50－60米縮短為45米，在相間適當加裝絕緣間隔棒，以減少因導線舞動造成的相間短路故障。

(5)合理采用陸上電纜及海底電纜

對于灘海易受舞動侵害、外力破壞較少的地區合理采用陸上電纜及海底電纜。對海油陸采平臺等修建進海路的地方，建議在進海路設計時即在道路一側預留電纜溝，建成后通過電纜向海油陸采平臺供電。對于已建成的海油陸采平臺(進海路未預留電纜溝)和其他受路徑限制的油井(常年被水包圍)的情況，可以適當的采用海底電纜直埋方式向以上負荷供電。通過合理的采用電纜供電，可以有效的避免線路發生倒桿、污閃等故障的發生。

(6)提高簡易變防護水平

現有簡易變設備簡陋、自動化水平低，可考慮提高防護水平，將變電設備安裝于室內，并增加遠方監控功能。

(7)提高配網自動化水平

對于灘海地區架空線路，適當增加分段開關及FTU，提高配網自動化水平，減少故障時停電影響范圍。

(三)采取防止舞動的措施

采取各種防舞裝置與措施，改變與調整導線系統的參數，達到抑制舞動的發生，或減輕舞動的強度，以保證線路的安全，也是防治舞動的重要方面。對于已建成的線路，則更是唯一的辦法。這類措施主要是通過在線路安裝某種防舞裝置來實現其抑制舞動的功能。歸納起來，防止舞動的措施可以分為如下幾類:

通過改變導線特性來起到抑制舞動作用，多數防舞器屬于此類，包括失諧擺、抑制扭振型防舞器、雙擺防舞器、整體式偏心重錘等。

通過提高導線系統的自阻尼來抑制舞動，如終端阻尼器。

通過提高風動阻力來達到抑制舞動的目的，如空氣動力阻尼器。

通過擾亂沿檔氣流來達到抑制舞動的目的，如擾流防舞器。

通過各種防覆冰措施來達到抑制舞動的目的，如采用低居里點合金材料，使用防雪導線以及大電流融冰等。

提高導線的運行張力和縮短檔距也可以到一定的抑制舞動的效果。

采用高強鋼等新材料，提高線路的機械強度，使其能抵抗1、2次中等強度的舞動。

耐張塔引流應增設減少引流線舞動的跳線串，以防止引流線舞動與桿塔放電:在輸電線路易覆冰舞動地區建議設計為硬引流線。

采取防治結合，借鑒系統內先進的技術和成果，結合本地區舞動發生的特點，對本地區發生的舞動及時跟蹤，及時了解舞動發生的情況和新特點，為舞動的研究和防治積累資料。

對易覆冰地區的線路，可采取融冰措施。如:利用焦耳效應、短路電流熱效應、高頻高壓激勵時介質損耗發熱以及雙分裂導線間電磁力、短時脈沖引起的電動力除冰。

四、結束語

導線的舞動由于它的大振幅，導致問題的強非線性;由于風雨冰雪的隨機性，使得采用確定性模型常常無法全面模擬舞動過程;由于舞動現場的千變萬化，又使得某些局部的經驗無法適應各方面的實際情況，難以得到全面的推廣。所以，目前的各種防舞裝置都不是萬能的和一勞永逸的，要從理念上和實踐上徹底解決舞動問題，還需要進行大量的工作，包括機理研究、基本參數試驗和測定、防舞工程實踐、相應的實驗室與現場試驗等等，需要我們不斷地實踐和摸索，采取理論與實踐相結合的方針，提高我們防舞動治理工作的水平。

［1］郭應龍，李國興，尤傳永:《輸電線路舞動》，中國電力出版社2002年版。

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［3］范欽珊，官飛，趙坤民等:《覆冰導線舞動的機理分析及動態模擬》，《清華大學學報》(自然科學版)，1995，35(2):34－40。

［4］朱寬軍，劉超群，任西春:《架空輸電線路舞動時導線動態張力分析》，《中國電力》，2005，38(10):40 －44。

［5］趙作利:《輸電線路導線舞動及其防治》，《高電壓技術》，2004，30(2):57－58。

［6］苑舜:《電網導線舞動研究方法的探討》，《東北電力技術》，2005(5):24－25。

［7］陳正華:《輸電線路導線舞動及其防治對策的綜述》，《內蒙古石油化工》，2007(4):42－43。

［8］丁錫廣，陶文秋:《減輕送電線路導線舞動災害的措施》，《高電壓技術》，2004，30(10):11 －14。

F62

A

1003－4145［2012］專輯－0336－03

2012－06－01

劉文波(1967—)，男，高級工程師，碩士研究生，主要研究方向為電力系統自動控制。李來鴻(1975—)，男，高級工程師，碩士研究生，主要研究方向為電力系統自動化。

(責任編輯:宋緒芬)