緊湊型線路覆冰舞動跳閘機理及治理

摘要：從線路所處氣象條件、地形條件、路徑走向和結構參數的特點，結合近年來山西電網湊型線路覆冰舞動跳閘的原因進行了總結分析，對防覆冰舞動治理方法進行了初步探討，針對緊湊型線路相間距離小，在微氣象、大檔距、大高差區段采取的治理措施等。

關鍵詞：覆冰舞動 氣象條件 地形條件 故障跳閘

0 引言

某幾條500千伏緊湊型線路自投運以來，山區微氣象、大檔距、大高差區段，每年冬季雨雪大風天氣連續發生覆冰舞動相間故障跳閘，而且故障區段基本一致，給輸電線路的安全穩定運行帶來巨大的挑戰。為了對緊湊型線路防覆冰舞動治理，深入分析其發生機理，提出解決方案。

1 發生覆冰舞動的機理

導線舞動是由導線不均勻覆冰造成的空氣動力不穩定引起的一種在垂直平面內的低頻、大振幅自激振，是一種復雜的流固耦合現象。導線的截面本身為近似圓形，一般不會空氣動力失穩。覆冰時，誘發導線按照疊加頻率振動并隨風舞動，造成導線相間距離不足，引起相間短路，重合閘不動作。引起導線舞動的因數主要有三個方面：

1.1 導線不均勻覆冰。導線不均勻覆冰多為非對稱覆冰，即迎風側厚，背風側薄，會形成新月形、扇形、D形等不規則形狀，改變導線空氣動力性能，在風的激勵下易誘發舞動。

1.2 風的激勵。一方面，風力的作用為導線的不均勻覆冰提供了前提條件，影響了覆冰的形狀，進而影響導線空氣動力性能；另一方面，當不均勻覆冰形成后，穩定的層流風為導線舞動提供了必要的激勵。據統計，在風速為7-10m/s，風攻角為60°-80°的天氣情況下易發生導線舞動。

1.3 線路結構。據統計，在同樣的地理與氣象條件下，分裂導線比單導線容易產生舞動。這是因為，單導線覆冰時，由于扭轉剛度小，在偏心覆冰作用下導線易發生大幅扭轉，使覆冰接近圓形；分裂導線覆冰時，由于間隔棒的作用，單根子導線難以發生扭轉，導線覆冰易形成翼形斷面，因此，對于分裂導線，由風激勵產生的升力和扭轉遠大于單導線，更易形成舞動。

當水平方向的風吹到不均勻覆冰的導線上時，將產生一定的作用力，在一定的條件下，會引起導線發生低頻率，大振幅的自激振動，其形態上導線上下抖動，稱為舞動。產生舞動因數很多，而且又相互影響，總結起來，主要作用因數有四個方面，路徑走向、地形條件、氣象條件、結構參數。

①線路路徑走向的影響。線路產生舞動的大小和狀態，主要在于風向和導線的夾角，當夾角達90°時，對導線發生舞動的影響最大；相反，當夾角為零時，即風向與導線走向平行時，則引起舞動的可能性最小，實踐證明，在發生舞動的區段，線路與風向夾角均大于45°，未發生舞動的區段，導線與風向夾角均小于45°。

②線路結構參數的影響。在相同的氣象和地理條件下，緊湊型線路，導線為六分裂，分裂數多，截面大，在覆冰后，容易發生導線舞動。對導線中心而言，導線覆冰總是偏心而且朝向迎風面的，這個偏心將會引起導線自身發生扭轉，從而不斷改變導線的迎風面，這樣不斷覆冰，不斷扭轉，使覆冰導線的形狀趨于圓形，以致消弱了空氣對導線的作用力，對舞動產生了抑制作用，而分裂導線不同，每隔一定距離安裝一個子導線間隔棒，將每條子導線連接在一起，在每一個次檔距內的子導線，其兩端被間隔棒固定，其扭轉剛度大大高于相同截面的單導線，在偏心覆冰后難以繞其自身軸線轉動，偏心覆冰的狀況得不到緩解，導致在分裂導線上的空氣動力作用比單導線大的多，截面積大的導線比截面積小的導線容易產生舞動，這與其自身的扭轉剛度有很大關系，截面積大的導線扭轉剛度大，在偏心覆冰后很難產生自身的扭轉，使得覆冰層更多的堆積在同一方向，導致導線的迎風面與背風面得冰層厚度差增大，導線覆冰的偏心度比截面積小的導線嚴重的多。因此產生舞動的概率增大。

緊湊型線路三相導線倒三角排列，相間距離7.2米，較常規線路小，大風覆冰舞動時易造成相間故障。

③氣象分析。導線與風向的夾角雖然是引起導線舞動的一個主要原因，但是導線的舞動是在風和覆冰的聯合作用下產生的，即風向指的是導線覆冰時的風向。在歷年來線路覆冰舞動故障發生前后，都是雨雪天氣，并伴有大風。

④地形環境分析。幾次故障地形：地向分別為中間一溝大風口、埡口地形、高山溝谷，故障區段大多位于大高差、大檔距區段，由此看見高海拔大風口地段是覆冰舞動的原因之一。

2 存在問題

2.1 線路結構參數不合理。緊湊型線路，導線為六分裂，分裂數多，截面大，在覆冰后，容易發生導線舞動。三相導線倒三角排列，相間距離7.2米，較常規線路小，大風舞動時易造成相間故障。

2.2 路徑選擇不合理。未考慮局部微地形、微氣象，以及大檔距影響，線路局部地段存在先天不足，無法抵御特殊氣象的侵襲。

2.3 特殊惡劣氣象出現的頻度和強度增強，輸電線路遭受的侵襲愈發頻繁，再加上微地形因素和緊湊型線路塔形結構的綜合影響，導致覆冰舞動跳閘。

2.4 采用加裝相間間隔棒的方法，無法有效的避免相間故障的發生。（如下圖）

3 防范措施和治理效果

在2010年曾經對重點舞動區進行了改造治理，加裝了相間間隔棒和可旋轉式子導線間隔棒，起到了一定的效果，但是由于近年來惡劣天氣頻發，覆冰舞動導致相間間隔棒斷裂，發生相間短路跳閘。經過近幾年運行經驗總結，采取了防舞動專項治理計劃，重點采取了如下措施：

3.1 根據現場情況，開展易覆冰區域排查，加強大檔距、大跨越、大高差地段的排查力度，分析總結冰雪天氣下，線路的覆冰情況。做好今后惡劣天氣下設備覆冰的觀測工作，對重點覆冰區段請設計單位校核，根據校核結果，上報采取局部改造，減少耐張段長度，縮小檔距等措施。

3.2 落實差異化設計要求，新建線路經過微地形、微氣象區，應進行特殊設計，采取相應措施，提高線路抵御特殊氣象能力，同時運行單位要提早對大檔距、大高差微氣象區線路進行嚴格審查，根據運行經驗，進行改造。

3.3 雖然在重點區段加裝相間間隔棒改造，但發生相間間隔棒斷裂跳閘頻發，實踐證明采取加裝相間間隔棒等輔助措施難以解決線路固有問題。對重點區段計劃實施緊湊型線路改常規線路改造，將導線倒三角排列改為水平排列，相間距離增大4.3米，有效效解決緊湊型線路先天缺陷。

相間間隔棒連接金具斷裂

4 結束語

在輸電線路防舞動改造治理時，缺乏相關的實踐運行經驗和科學依據，目前各種防舞動措施不是一勞永逸的，例如加裝相間間隔棒措施，出現斷裂等問題，所以我們目前使用的防舞治理措施，必須經過不斷實踐摸索，加上環境惡化，惡劣極端天氣發生頻率增加，所以防舞動治理也要與時俱進，堅持利用理論與實踐相結合的治理方針，逐步提高防舞動治理水平。

參考文獻：

[1]張勇平，劉鴻斌，鄧春，劉亞新，龔延興，王珣.沽太500kV雙回線路覆冰舞動故障分析[J].中國電力，2010（03）

[2]鄭宇清，范潤明.500kV緊湊型輸電線路的舞動原因及防治措施[J].山西電力，2007（05）

[3]蔣興良，周仿榮，王少華，孫才新.輸電導線覆冰舞動機理及防治措施[J].電力建設，2008（09）.

作者簡介：王志利（1983-），男，山西大同人，2007年畢業于山西大學工程學院電氣工程及其自動化專業，助理工程，主要從事輸電線路運行與檢修管理工作。