500?kV輸電線路舞動情況分析及處理

李相棟

（國網山東省電力公司檢修公司，山東 濟南 266101）

500?kV輸電線路舞動情況分析及處理

李相棟

（國網山東省電力公司檢修公司，山東 濟南 266101）

介紹了某500 kV輸電線路的舞動情況，分析了舞動出現的機理和引發因素，分別提出了單回線路及同塔雙回垂直排列線路舞動的治理方案，總結了防舞治理效果和現存問題，最后提出了500 kV輸電線路進一步防舞動的措施及建議。

輸電線路；舞動；線夾回轉式間隔棒；相間間隔棒

統計資料表明，我國是發生輸電線路舞動災害最嚴重的國家之一，舞動故障的頻發已嚴重威脅到電網的安全、穩定運行。面對日益復雜的氣象環境因素，為建設強大的國家電網，確保大電網的長期安全、穩定運行，需要安全、先進、經濟、可靠的防舞動理論和治理方案作為保證。

1 500 kV輸電線路舞動情況

1.1 輸電線路舞動時的天氣特征

2010-01-19夜晚，山東境內開始出現大風降溫天氣。1月20日，受強冷空氣影響，山東出現了大范圍凍雨、風雪天氣，全省氣溫持續維持在0 ℃左右。省氣象臺和海洋預報臺發布風暴潮藍色警報和海浪藍色警報。2010-01-20T08：00始，山東各海區風力逐漸增大，出現了7～8級陣風10級的東北大風；同時，魯西北地區、半島地區和內陸湖面也出現了7級陣風。其中，煙臺海上8～9級陣風10級，內地6～7級陣風8級；青島白天到夜間市區北風逐漸增至6級陣風8級，海上7～8級陣風10級，21日白天起風力逐漸減小；濰坊白天到21日白天偏北風，內陸5～6級，海上7～8級陣風10級。煙臺、萊蕪、青島市氣象局分別于09：30，10：00，12：00啟動了重大氣象災害Ⅳ級預警應急響應。

1.2 線路跳閘特點

2010-01-20T08：18～2010-01-21T06：00，大風造成輸電線路舞動持續時間約10 h，導致山東電網11條500 kV線路共計跳閘31次，電網結構遭到嚴重破壞。某處線路跳閘次數高達到8次，當時溫度為-1～5 ℃，風向與舞動段線路走向夾角為70°～80°，天氣狀況為天降濕雪。

在此次跳閘的11條線路中，其中8條是同塔雙回垂直排列線路，這說明同塔雙回垂直排列線路發生舞動的跳閘比例較高。

當輸電線路發生舞動后，若天氣條件沒有較大變化，輸電線路會受到一個穩定的風激勵，引起舞動，最終導致重復跳閘或重合不成功。1月20日，500 kV濰陽線跳閘8次，濰嶗線跳閘7次，這說明線路重復跳閘次數多。經現場查看發現，舞動區段較小的線路，故障點集中；舞動區段較大的線路，故障點分散。

由于500 kV單回線水平布置的線路相間距離較大，因此導線舞動造成相間短路的幾率小，易造成引流線對塔身放電。此次舞動跳閘的3條單回線路均為引流線對桿塔放電引起的，淄濰線83號和濰陽線49號均為中相引流線對塔身放電，濰嶗線55號塔為右相引流線對塔身放電。

此外，生產人員在現場觀察到，導線舞動還會引起耐張塔引流線的劇烈舞動，引流線舞動時軌跡時而似“跳大繩”，時而似“蕩秋千”。

1.3 舞動對線路設備造成的損壞

當輸電線路發生舞動時，架空線路做大幅度的波浪式振動，并兼有擺動，其擺動軌跡從線路方向看近似橢圓狀。導線舞動特征呈低頻高幅，且持續時間長，具有較大的危害性。垂直排列的導線發生舞動時，易造成線路相間短路；水平排列的導線發生舞動時，易造成跳線對瓷瓶距離不足而放電。此次500 kV輸電線路舞動，造成了引流線斷裂、導線斷裂、間隔棒等金具損壞、鐵塔主鐵裂紋、斷線、螺栓松脫、導線燒傷斷股、光纜引下線斷開、光纜線夾斷裂、基礎保護帽嚴重開裂等故障，對電網和設備的安全運行造成了嚴重影響。

2 舞動原因分析

2.1 舞動的機理和引發因素

2.1.1 舞動的機理

架空線路的舞動是由于導線覆冰或其他原因改變了導線的截面形狀而導致空氣的動力不穩定引起的。舞動是低頻率(約為0.1～3 Hz)、大振幅(約為輸電線路直徑的5～300倍)的自激振動，是一種復雜的流固耦合問題。

架空線路的舞動常發生在春、冬季節，其形成主要取決于線路覆冰、風激勵及線路的結構、參數。大多數舞動發生在線路覆冰的情況下，且多為非對稱覆冰，即迎風側厚，背風側薄，以線路中等覆冰情況居多，但也不乏薄冰舞動的案例。此外，輸電線路的舞動還跟線路所處的地形有關，多數發生舞動的線路位于開闊地帶或其迎風側為開闊地帶，而且大截面線路比小截面線路易于舞動，分裂線路比單線路易于舞動。線路張力低至20～80 N/mm2時，易發生舞動。

2.1.2 引發舞動的主要因素

(1) 線路覆冰的影響。舞動多發生于覆冰的線路，覆冰厚度一般為2.5～48 mm。線路上形成覆冰須具備以下3個條件：

① 空氣濕度較大，一般為90 %～95 %，雨淞、凍雨或雨夾雪是導致線路覆冰的常見氣候條件；

② 溫度一般為-5～0 ℃，溫度過高或過低均不利于導線覆冰；

③ 風速(大于1 m/s)可使空氣中的水滴運動。

(2) 風激勵的影響。覆冰線路的舞動是風、冰雪、線路之間復雜的流固耦合結果，要形成舞動，除覆冰因素外，還必須有穩定的層流風激勵。舞動風速范圍一般為4～20 m/s，且當主導風向與線路走向夾角大于45°時，線路易產生舞動；該夾角越接近90°，舞動的可能性越大。因此，在四周無屏蔽物的開闊地帶或山谷風口易發生線路舞動。

(3) 線路結構與參數的影響。分裂線路比單線路容易舞動。單線路覆冰時，由于扭轉剛度小，在偏心覆冰作用下線路易發生較大扭轉，使覆冰接近圓形；分裂線路覆冰時，由于間隔棒的作用，每根子線路的相對扭轉剛度比單導線大得多，在偏心覆冰作用下，線路的扭轉極其微小，不能阻止線路覆冰的不對稱性，線路覆冰易形成翼形斷面。因此，與單導線相比，被風激勵的分裂線路產生的升力和扭矩更大。500 kV超高壓輸電線路，多采用4分裂線路，因此較易發生舞動。

大截面線路比小截面線路易舞動。大截面線路的相對扭轉剛度比小截面大，在偏心覆冰作用下扭轉角較小，線路覆冰時更易形成翼形斷面，在風激勵作用下，產生的升力和扭矩更大。

2.2 舞動原因

據了解，從1月19日夜間開始，山東省境內出現大范圍降水天氣，冷空氣于1月20日早晨開始影響該省，其中北部地區降水轉為降雪，降水量在0～8.2 mm，氣溫由2～4 ℃降到-5～-8 ℃。1月20日，該省各海區風力逐漸增大，出現了7～8級陣風10級的東北風。由此可見，降水和降溫導致線路不均勻覆冰，偏北風與東西線路走向的夾角大于45°，在大風的作用下造成線路舞動。

3 防舞動治理方案

在治理舞動時，首先要先確定易發生覆冰線路的舞動區段。易覆冰舞動區段主要根據運行經驗、氣象部門的歷史觀測資料、對沿線現有輸電線路及通信線路的覆冰及運行情況進行調查來確定。以下地段宜定性為易覆冰舞動區段：

(1) 曾經發生過輸電線路覆冰舞動或附近輸電線路發生過舞動的區段；

(2) 處于重冰區或中重冰區，且覆冰季主導風向與線路走向夾角大于45°的區段；

(3) 冬季與早春氣溫可達到0 ℃以下，有雨雪且風力在4 m/s以上的區段；

(4) 輸電線路的大跨越區段。

(5) 符合高山分水嶺型、水氣增大型、地形抬升型等典型特征的微地形、微氣象區。

3.1 單回線路的治理方案

3.1.1 線夾回轉式間隔棒

線夾回轉式間隔棒是一種采用穩定性防舞機理研制的防舞裝置，既能有效抑制導線的舞動，同時又具有普通阻尼間隔棒的作用。其結構特點是：部分線夾為普通固定線夾，部分線夾為回轉線夾，回轉線夾可轉動角度范圍為0～174°，且可與普通固定線夾互換。

線夾回轉式間隔棒的安裝方案如下：

(1) 線夾回轉式間隔棒采取不等距、不對稱的布置方式；

(2) 最大次檔距不大于50 m，端次檔距不大于25 m，平均次檔距一般為45 m左右；

(3) 間隔棒的半數夾頭采用回轉式，安裝時應使回轉式的夾頭朝向迎風側。

線夾回轉式間隔棒可根據不同的檔距來確定需要安裝的數量。

3.1.2 線夾回轉式雙擺防舞器

線夾回轉式雙擺防舞器是一種在線夾回轉式間隔棒上安裝雙擺的防舞裝置。該防舞裝置基于線性動力穩定性原理，可以提高系統的動力穩定性，同時兼具壓重防舞的特點，因此具有良好的工作性能，應用較為廣泛。

線夾回轉式雙擺防舞器的安裝方案如下。

(1) 雙擺質量控制為檔內導線質量的7 %左右。

(2) 在雙擺防舞器安裝位置的±8 m范圍內不需安裝回轉式間隔棒，保留8 m處的子導線間隔棒，同時應注意雙擺防舞器與相鄰間隔棒的距離不超過間隔棒的最大次檔距50 m。

(3) 雙擺防舞器在檔內采取宏觀集中、微觀分散的布置方式，即宏觀上將雙擺防舞器在檔內若干點進行集中布置，微觀上將雙擺防舞器在檔內進行一定距離的分散布置。在宏觀布置方案中，當檔距L小于700 m時，采用3點布置原則，分別置于2/9 L，1/2 L，7/9 L處；當檔距L大于700 m時，采用4點布置原則，分別置于2/9 L，7/16 L， 9/16 L，7/9 L處。微觀布置方案中分別以上述的3點和4點為中心對稱分布雙擺防舞器，防舞器安裝間距為5～7 m。

(4) 雙擺防舞器所帶的線夾回轉式間隔棒的半數夾頭采用回轉式，且應在安裝時使回轉式的夾頭朝向迎風側。

3.1.3 導線對地距離的校驗

加裝雙擺防舞器后，相當于在檔內增加了3或4個集中荷載，這將引起導線弧垂的變化。經計算，規律檔距在300～600 m時，相應最高氣溫下的弧垂增加值如表1所示。

由表1可知，安裝雙擺防舞器后，大檔距的弧垂增加值較大。當檔距為700 m時，最高氣溫下的弧垂值約增加1.5 m；由于定位裕度基本大于1 m，因此，當檔距大于600 m時，施工完畢后需實測對地距離，如果不滿足對地距離大于11 m的要求，需避免在該檔安裝雙擺防舞器。

3.2 同塔雙回垂直排列線路的治理方案

同塔雙回垂直排列線路采用相間間隔棒來預防覆冰舞動。由于500 kV導線相間距較大，可對傳統相間間隔棒的機械特性和結構形式進行優化，如采用較細的芯棒直徑和分段式結構；或改變聯接方式，部分區段采用新型的柔性相間絕緣子等。

500 kV相導線垂直排列線路相間間隔棒布置方法如表2所示。

4 防舞治理效果及存在問題

4.1 防舞治理效果

2010年，該公司對所轄線路部分區段采取了防舞措施。2011-02-27，在煙臺地區霞昆Ⅰ線及濰坊地區220 kV線路發生多次跳閘期間，但采取防舞措施的500 kV線路區段未發生故障跳閘。

表1 規律檔距在300～600 m時相應最高氣溫下的弧垂增加值m

5 進一步措施和建議

表2 500 kV相導線垂直排列線路相間間隔棒布置方法

根據淄博管理處當日特巡匯報，500 kV益濰Ⅰ、Ⅱ線益都站附近出現導線舞動現象，而同一地段500 kV益川Ⅰ、Ⅱ線未發現導線舞動現象(1～50號區段已于2010年加裝防舞裝置)；500 kV光壽Ⅰ、Ⅱ線、壽油Ⅰ、Ⅱ線發現導線有輕微舞動現象。這說明：500 kV同塔雙回線路加裝相間間隔棒的防舞措施對于防止導線舞動具有非常顯著的效果。

4.2 存在問題

4.2.1 不能準確掌握實際舞動區段

2010年，線路舞動治理區段的確定原則如下：

(1) 舞動跳閘線路區段；

(2) 舞動造成缺陷較多的線路區段；

(3) 觀測到線路舞動的區段；

(4) 線路走向和區域容易引起舞動的區段；

(5) 輸電線路的大跨越區段。

其中，(1)、(2)、(4)、(5)區段均可根據后期的資料確定，而(3)區段必須根據當時的觀測情況確定。由于不能及時全面掌握線路的實際舞動范圍，致使在確定線路舞動區段時出現偏差。

4.2.2 缺少詳細技術資料

2010年、2011年的500 kV線路舞動事件為工作人員積累了豐富的舞動資料，但能夠作為舞動研究依據的資料仍然較少，如線路舞動地區精確的氣象條件(氣溫、風向、風速等)、線路及周邊覆冰情況、能夠反映舞動軌跡及幅值的視頻資料等。

5.1 確定線路舞動區段

全面收集線路舞動資料，認真分析氣象條件、線路走向、地形地勢與線路舞動的聯系，摸清線路舞動規律，確定下一步輸電線路舞動治理的區段。

5.2 開展舞動區段線路的防舞治理工作

上述2011-02-27線路舞動事件說明，采取防舞措施能夠有效地治理輸電線路的舞動，可以繼續采取同塔雙回線路加裝相間間隔棒、單回路水平排列線路加裝線夾回轉式間隔棒和雙擺防舞器的方案，加強對線路舞動區段的防舞治理工作。對于易舞動區域但無法確定舞動區段的線路，應采取全線治理的原則進行治理工作。

5.3 加強對輸電線路舞動的觀測和實時監測

加強對舞動觀測的影像記錄和舞動實時在線監測數據的收集，了解舞動發生的最新情況和特點，為舞動的研究和防治工作積累資料。

5.4 提高線路故障巡視水平和收資敏感性

要收集故障點特性、環境資料、氣象資料等信息，為故障原因的分析、防范措施的制定等提供有效的依據。

1 王少華，蔣興良，孫才新.輸電線路導線舞動的國內外研究現狀[J].高電壓技術，2005(10).

2014-03-04。

李相棟(1984-)，男，工程師，主要研究方向輸電線路運行與檢修，email：1lixiangdong@163.com。