220 kV雙分裂導(dǎo)線粘連影響及檢測分析

咸日常，袁博，張連凱，趙延華，劉新光，劉國樹

（1.山東理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，山東淄博255000；2.國網(wǎng)山東省電力公司淄博供電公司，山東淄博255062；3.國網(wǎng)山東送變電工程公司，山東濟南250118；4.國網(wǎng)山東膠州市供電公司，山東青島266300）

220 kV雙分裂導(dǎo)線粘連影響及檢測分析

咸日常1，袁博1，張連凱1，趙延華2，劉新光3，劉國樹4

（1.山東理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，山東淄博255000；2.國網(wǎng)山東省電力公司淄博供電公司，山東淄博255062；3.國網(wǎng)山東送變電工程公司，山東濟南250118；4.國網(wǎng)山東膠州市供電公司，山東青島266300）

針對一起220 kV斜排列雙分裂導(dǎo)線在運行中出現(xiàn)的導(dǎo)線粘連現(xiàn)象，為評估導(dǎo)線粘連后對周圍環(huán)境的影響，研究導(dǎo)線粘連的反事故技術(shù)措施，提出一種檢測方法，分別從電磁場強度、導(dǎo)線溫度、噪聲分貝值等方面進行了實地測量與分析。通過介紹導(dǎo)線粘連的危害和影響，結(jié)合理論計算分析雙分裂導(dǎo)線粘連的原因，并通過MATLAB仿真計算，驗證負荷電流驟增是導(dǎo)線粘連的主因；結(jié)合線路電流幅值日曲線對所測數(shù)據(jù)進行分析，提出加裝間隔棒、降低電流負荷、增大導(dǎo)線間距等防治措施。

220 kV線路；雙分裂導(dǎo)線；導(dǎo)線粘連；防治措施

0 引言

與單導(dǎo)線相比，分裂導(dǎo)線等效增大了導(dǎo)線半徑，降低了電暈現(xiàn)象的發(fā)生比率［1］，大幅提高線路的輸送容量，得到廣泛的應(yīng)用［2］。在我國，220 kV電壓等級的輸電線路多采用斜排列的雙分裂導(dǎo)線，相比于其他排列方式，這種方式具有投資較小、施工簡單、導(dǎo)線不易發(fā)生舞動等優(yōu)點［3］，且每相子導(dǎo)線間無需加裝間隔棒。但是，在常年的線路運行中，斜排列雙分裂導(dǎo)線的上、下子導(dǎo)線間距會有所減小，低于安裝初始值和設(shè)計值，在負荷電流過大、導(dǎo)線張力不平衡等情況下，當彼此間的電磁引力大于導(dǎo)線自重時，便會出現(xiàn)粘連現(xiàn)象。

2014年春節(jié)期間，由于濱州轄區(qū)內(nèi)的線路潮流發(fā)生變化，220 kV桓秋線作為連接濱州和淄博兩地電網(wǎng)的重要線路，為了保障電力供應(yīng)，調(diào)度部門命令提高線路的輸送容量。在此期間，巡視人員發(fā)現(xiàn)桓秋線C相導(dǎo)線出現(xiàn)兩處子導(dǎo)線粘連的現(xiàn)象，同時伴有刺耳的“嗡嗡”響聲，一處位于2號、3號桿塔間，其檔距為281 m；另一處位于3號、4號桿塔間，其檔距為377 m，粘連長度超過了100 m。為了分析這一現(xiàn)象和制定相應(yīng)的對策，先后使用電磁場測量儀、紅外測溫儀、噪聲分貝測量儀，對粘連相的電磁場值、導(dǎo)線溫度、噪聲分貝值進行測量分析。

1 導(dǎo)線粘連的影響

當雙分裂導(dǎo)線出現(xiàn)粘連后，子導(dǎo)線間的幾何間距變小，使導(dǎo)線等效半徑大幅減小，從而降低導(dǎo)線的電暈放電起始電壓［4-6］，這一數(shù)值將降低至正常值的三分之一左右，極易出現(xiàn)電暈放電現(xiàn)象，并導(dǎo)致線路粘連段處的對地電容減小，線路損耗增加，此外，還能干擾附近通信設(shè)施的正常工作。當線路中負荷電流較大時還會伴有較大噪聲，對周圍環(huán)境產(chǎn)生噪聲污染。另外，粘連的導(dǎo)線在外界因素尤其是大風(fēng)的影響下，極易出現(xiàn)鞭擊現(xiàn)象，磨損導(dǎo)線，長此以往有可能造成導(dǎo)線斷股甚至斷線，導(dǎo)線遭受鞭擊后的表面磨損情況如圖1所示。

圖1 導(dǎo)線鞭擊后表面磨損情況

2 導(dǎo)線粘連原因分析

2.1 電磁吸引力

雙分裂導(dǎo)線能夠發(fā)生導(dǎo)線粘連現(xiàn)象，除了弧垂變大、風(fēng)力影響、環(huán)境溫度等外在因素，首要內(nèi)在因素是導(dǎo)線間電磁吸引力的作用。

在進行理論分析時，可將斜排列雙分裂導(dǎo)線等效成為簡化的模型，模型中的兩子導(dǎo)線相互平行，且每根導(dǎo)線中的電流值I1與I2大小相等、方向相同，如圖2所示。以導(dǎo)線1為例：當導(dǎo)線1流過的電流為I1時，根據(jù)右手螺旋定則，其產(chǎn)生的磁場將會垂直于圖示平面，根據(jù)左手定則，導(dǎo)線2中的電流在磁場中會產(chǎn)生電磁力F2；同理，導(dǎo)線1同樣會受到I2的電磁力F1。

圖2 導(dǎo)線電磁吸引力示意圖

根據(jù)畢奧—薩伐爾定律，子導(dǎo)線間相互作用的電磁力計算公式［4］為

式中：μ為介質(zhì)的磁導(dǎo)率，μ=4π×10-7N／A2·m；L為導(dǎo)體的長度，m；D為導(dǎo)線間的距離，m。

在計算導(dǎo)線的電磁力時，通常以單位長度計量，取L=1 m；分裂兩導(dǎo)線中的電流I1≈I2，所以式（1）可簡化為

由式（2）可看出，μ為定值，則電磁力的大小正比于線路中負荷電流的平方，且與子導(dǎo)線間的距離成反比。電磁引力對子導(dǎo)線間距的影響如圖3所示，在相互引力作用下，上導(dǎo)線電磁力導(dǎo)致弧垂增大、下導(dǎo)線電磁力使其位置得到抬升，最終上、下導(dǎo)線又在各自導(dǎo)線張力和自身重力的綜合作用下達到平衡。

圖3 電磁引力對導(dǎo)線間距的影響

導(dǎo)則規(guī)定220 kV斜排列雙分裂子導(dǎo)線間的距離設(shè)計標準值為400 mm［7］，若此時負荷電流為1 000 A，則由式（2）可計算出，導(dǎo)線間的電磁引力為0.125N／m，遠遠小于導(dǎo)線的自身重量，不會發(fā)生粘連現(xiàn)象。但是，在線路的架設(shè)和實際運行中，受導(dǎo)線持續(xù)的老化延伸、導(dǎo)線的溫升差異以及施工誤差等因素的影響，往往會使子導(dǎo)線之間的距離不符合要求。當導(dǎo)線中流過的負荷電流過大或子導(dǎo)線受風(fēng)力的作用而出現(xiàn)擺動不同步時，局部導(dǎo)線將會在瞬間十分接近甚至相碰，此時，由式（2）可知電磁力與子導(dǎo)線間距離成反比，若導(dǎo)線間的電磁力大于導(dǎo)線的自身重量，將會發(fā)生粘連現(xiàn)象。

在不同負荷電流值、不同分裂間距的狀態(tài)下，其對應(yīng)的電磁力幅值如表1所示。

表1 雙分裂導(dǎo)線單位長度電磁力幅值表

2.2 風(fēng)力對導(dǎo)線粘連的影響

220 kV桓秋線所采用的雙分裂導(dǎo)線型號為2×LGJ-400／50，且沒有加裝間隔棒。在線路的大檔距處，風(fēng)力越大，導(dǎo)線的擺動幅度就越大，在上、下子導(dǎo)線擺動不同步時，兩線就可能在上導(dǎo)線向下擺動的波谷處和下導(dǎo)線向上擺動的波峰處相碰［8］，再加上比較大的負荷電流所產(chǎn)生的電磁吸引力大于導(dǎo)線自身的重力，此時，上、下導(dǎo)線便會出現(xiàn)粘連現(xiàn)象。可見，風(fēng)力是促使導(dǎo)線粘連的又一重要因素。

另外，導(dǎo)線的粘連是作用于導(dǎo)線上的各種力在某些時刻達到平衡而致，這種粘連比較脆弱。當外界因素發(fā)生變化時，平衡即被打破，粘連脆弱的區(qū)段將會被分開，但是電磁引力會將兩子導(dǎo)線再次吸合，從而出現(xiàn)更為嚴重的鞭擊現(xiàn)象。而風(fēng)力又能夠加重這一鞭擊現(xiàn)象，導(dǎo)致導(dǎo)線的磨損加重，嚴重威脅了線路的安全運行。在實地測量時，風(fēng)力為4～5級，明顯聽到了導(dǎo)線間的鞭擊聲響。

2.3 導(dǎo)線溫升差異的影響

鋼芯鋁絞線的熱脹冷縮影響弧垂的變化，導(dǎo)線的溫度越高，其弧垂越大。導(dǎo)線的制作工藝誤差、光照情況的差別都將導(dǎo)致兩子導(dǎo)線出現(xiàn)溫度差異，若上導(dǎo)線溫度略高于下導(dǎo)線，就會使上導(dǎo)線的弧垂大于下導(dǎo)線，導(dǎo)致分裂間距小于設(shè)計的標準值，在一定程度上增加了粘連現(xiàn)象發(fā)生的概率。國內(nèi)研究結(jié)果表明，檔距為300～400 m時，在上、下子導(dǎo)線溫度相差10℃的情況下，子導(dǎo)線檔中弧垂變化差值可以達到0.3～0.7 m［9］。

由于桓秋線發(fā)生粘連的時間出現(xiàn)在冬末春初，光照強度及周圍環(huán)境的溫度都很低，而且上、下子導(dǎo)線均使用同一批次產(chǎn)品，兩者之間的制作工藝誤差可以忽略，其導(dǎo)線溫升差異較小，通過分析可以判定，溫度差異并非該線路粘連現(xiàn)象發(fā)生的主因。

2.4 導(dǎo)線粘連的條件

綜上所述，理論分析和實際運行情況均表明，在線路正常運行情況下，負荷電流所產(chǎn)生的電磁力遠遠小于導(dǎo)線自身的重力，因此，電磁力并不足以使導(dǎo)線粘連。但是，當負荷電流過大、風(fēng)力較大、導(dǎo)線溫升差異等因素出現(xiàn)時，會使導(dǎo)線的間距變小，甚至在某些瞬間相碰，進而導(dǎo)致子導(dǎo)線粘連在一起；隨后，較大的電磁力與導(dǎo)線張力在一定程度上達到平衡，并足以維持導(dǎo)線的粘連。

3 實地檢測方法及數(shù)據(jù)分析

為了評估導(dǎo)線粘連后對周圍環(huán)境的影響，采用的檢測方法包括電磁場、溫度、噪聲等方面，將實地所測得的各項數(shù)據(jù)與相關(guān)領(lǐng)域標準、法規(guī)的規(guī)定值進行比較，以判斷是否對周圍環(huán)境、居民生活等構(gòu)成影響。

3.1 電磁場幅值的實地測量

為了對比C相導(dǎo)線正常區(qū)段與粘連區(qū)段電磁場之間的差別，判斷粘連段處電磁場對周圍環(huán)境是否構(gòu)成影響，使用EHP50C型電磁場測量儀，分別對兩參考區(qū)段的C相導(dǎo)線正下方和距離其左右兩側(cè)15 m處等6個地點進行了測量，測量值與國際標準值的對比如表2所示。

表2 粘連段處電磁場實測值的比較

由表2分析可知：1）導(dǎo)線粘連區(qū)段與正常區(qū)段的電磁場幅值存在一定的差別，證明了導(dǎo)線發(fā)生粘連后，線路周圍的電磁場分布將發(fā)生改變。2）對電場值而言，粘連段正下方的幅值略低于國際標準規(guī)定值，但是在左、右兩側(cè)均高出國際標準值。3）對磁場值而言，導(dǎo)線粘連區(qū)段的數(shù)值均遠大于國際標準值。

根據(jù)《500 kV超高壓送變電工程電磁輻射環(huán)境影響評價技術(shù)規(guī)范》中的相關(guān)要求，220 kV線路下方及兩側(cè)15 m范圍內(nèi)距地面1.5 m處的工頻電場、工頻磁場強度不得超過4 kV／m、0.1 mT的標準限值要求。結(jié)合對表1的分析可知，雖然電場、磁場值絕大多數(shù)都超過了國際標準，但卻符合我國相關(guān)規(guī)范的規(guī)定值。

3.2 溫度值的實地測量

為了對比導(dǎo)線粘連段和正常段之間的溫度差異，使用DL700E型紅外熱像儀分別對兩者進行了溫度測量。圖4為粘連處的熱成像圖譜，其溫度達到了18.4℃，而隨后對正常處測量的結(jié)果為13℃，當時周圍環(huán)境的平均溫度為10℃。粘連導(dǎo)線比正常導(dǎo)線的溫度高5.4℃，可見，在導(dǎo)線粘連后，其溫度會有所升高。

圖4 紅外溫度測量圖

3.3 噪聲分貝值的實地測量

為了判斷導(dǎo)線粘連時發(fā)出的刺耳噪聲對周圍環(huán)境的影響是否構(gòu)成噪聲污染，使用AR824N型數(shù)顯式噪音計對聲音的分貝值進行測量，測量點與3.1所述的參考點相同，所得數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 實測所得噪聲分貝值dB

根據(jù)GB3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標準》中五類標準的劃分，該地區(qū)處在交通干線兩側(cè)一定距離之內(nèi)，應(yīng)滿足第四類聲環(huán)境功能區(qū)要求。對于該區(qū)域，要求晝間環(huán)境噪聲不超過70 dB，夜間不超過60 dB，因此其噪聲分貝值已嚴重超過國家標準規(guī)定值，構(gòu)成了噪聲污染。

當導(dǎo)線粘連段處于人口密集區(qū)或居民生活區(qū)時，將會影響到居民的正常生活。

3.4 數(shù)據(jù)分析

提取當日調(diào)度自動化系統(tǒng)中桓秋線的實時負荷電流值，如圖5所示，電流日負荷值在800 A以上，用電高峰期更是超過了1000A，再結(jié)合上述分析，可以得出負荷電流的增加是導(dǎo)致導(dǎo)線粘連的主要原因，且施工時子導(dǎo)線間距不足、天氣大風(fēng)的影響、粘連后子導(dǎo)線間的溫度差值等又是促成或維持粘連的因素。

圖5 線路電流負荷實時曲線

4 不同電流幅值下的磁場仿真

為了探究不同電流負荷值對導(dǎo)線周圍磁場的影響，選取了桓秋線電流負荷日曲線中的最小值和最大值作對照，使用MATLAB仿真軟件分別對導(dǎo)線中電流幅值I=800 A、I=1 000 A時，導(dǎo)線周圍的磁場強度和離地高度1.5 m處時的磁場強度做對應(yīng)的仿真計算。

仿真所選用的模型為220 kV雙分裂導(dǎo)線，單回路三角形排列，與桓秋線的實際情況相對應(yīng)，公式所采用的數(shù)據(jù)值均為實際參數(shù)值。

線路周圍的工頻磁場是由流過導(dǎo)線的電流所產(chǎn)生的。因此，將安培定律直接應(yīng)用到工頻磁場計算中。模型中第i相導(dǎo)線在空間一點Pj（x，y）產(chǎn)生磁感應(yīng)強度大小的計算公式［6］為

其中，i為導(dǎo)線編號（1，2，3）；Ii為第i相導(dǎo)線的電流；μ=μ0=4π×10-7H／m。

故，x方向和y方向的磁感應(yīng)強度分別為

由疊加定理可得，i相導(dǎo)線在Pj（x，y）點產(chǎn)生的x和y方向磁感應(yīng)強度為

合成磁感應(yīng)強度為

將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入公式，所得仿真結(jié)果如圖6～圖9所示。

圖6 I=800 A時，線路周圍磁感應(yīng)強度

圖7 I=800 A時，離地1.5 m處磁感應(yīng)強度

圖8 I=1 000 A時，線路周圍磁感應(yīng)強度

圖9 I=1 000 A時，離地1.5 m處磁感應(yīng)強度

對比上述仿真圖形可知：當線路中電流幅值增大時，其周圍磁場值也會相應(yīng)增大，且當線路處于日負荷最小和最大時，磁場增加較為明顯，驗證了負荷電流的增加是導(dǎo)線發(fā)生粘連的主因。

5 導(dǎo)線粘連防治措施

造成導(dǎo)線粘連現(xiàn)象的主要原因是兩子導(dǎo)線相碰或者間距足夠小，同時負荷電流足夠大而使電磁力足以維持兩導(dǎo)線的粘連。為了防止導(dǎo)線粘連對線路安全運行造成危害，減輕電磁場和可聽噪聲對周圍環(huán)境的影響，結(jié)合線路運行的實際情況，提出以下幾種治理措施。

1）加裝間隔棒。加裝間隔棒可以克服分裂導(dǎo)線之間的吸引力，能夠徹底解決導(dǎo)線粘連問題，而且還可以帶電作業(yè)、安裝簡便，是解決導(dǎo)線粘連最直接、最有效的方法。

2）降低線路負荷電流。通過控制線路的輸送容量來減小負荷電流值，從而削弱子導(dǎo)線之間的電磁引力，當導(dǎo)線自重大于電磁引力時，粘連導(dǎo)線便會自行分離。所以，應(yīng)盡可能控制線路的負荷電流在導(dǎo)線極限電流值的80%以下，以免發(fā)生粘連現(xiàn)象。

3）增大導(dǎo)線間距?？梢酝ㄟ^收緊上導(dǎo)線或者放松下導(dǎo)線來增大導(dǎo)線之間的間距，利用導(dǎo)線張力克服電磁引力。但是，此操作需要在線路的整個耐張段內(nèi)實施，可能會調(diào)整若干個檔距內(nèi)的導(dǎo)線間距，較為繁瑣、工作量大。

4）更換大間距線夾?？梢酝ㄟ^更換新型大間距線夾來減小導(dǎo)線間的電磁引力，防止導(dǎo)線粘連現(xiàn)象的發(fā)生。

6 結(jié)語

通過分析導(dǎo)線粘連的現(xiàn)象、原因及影響，提出一種對粘連導(dǎo)線的電磁場、噪聲、溫度等方面的檢測方法，將實測值與規(guī)定值進行比較，以此判斷粘連導(dǎo)線對周圍環(huán)境的影響程度。總結(jié)出治理和預(yù)防導(dǎo)線粘連的幾種措施，其中，加裝間隔棒，簡單易行、免維護，可徹底解決導(dǎo)線粘連問題，對于線路的安全運行具有積極的意義。

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The Influence and Detection Analysis of 220 kV Twin Bundle Adhesion

In order to evaluate the effects of adhesive conductors on the surrounding environment,anti-accident measures of the conductor adhesion were studied with a case of conductor adhesion in the 220kV twin bundle.A kind of detection methods was proposed,and the field survey and analysis were completed from the aspects of the electric field,magnetic field values, conductor temperature and noise decibel values.The harm and influence of conductor adhesion were introduced,and causes of the twin bundle adhesion were analyzed based on theoretical calculation.The main reason of the conductor adhesion was verified to be the load current surge with MATLAB simulation.The test data were analyzed with the curve of line current,and countermeasures were proposed such as adding interval rods,reducing the current load and increasing conductor spacing.

220 kV lines；twin bundle；conductor adhesion；countermeasures

TM930

：A

：1007－9904（2014）05－0019－06

2014-07-17

咸日常（1965—），男，高級工程師，研究方向為電力系統(tǒng)過電壓與絕緣配合、電力變壓器的運行與維護等；

張連凱（1989—），男，研究方向為輸配電線路運行與防雷技術(shù)應(yīng)用。