試論輸電線路舞動(dòng)分析及解決措施

楊慶　吳建軍

摘 要：惡劣的氣候條件對(duì)架設(shè)與自然環(huán)境中的輸電線路有一定影響，如輸電線路在冰雪、風(fēng)霜等惡劣天氣的影響下會(huì)出現(xiàn)舞動(dòng)現(xiàn)象，近年來(lái)惡劣氣象頻發(fā)，導(dǎo)線舞動(dòng)引發(fā)的災(zāi)害概率大幅度提升，如出現(xiàn)線路跳閘、損壞電力設(shè)備，導(dǎo)致大面積停電事故的發(fā)生，嚴(yán)重影響輸電線路安全與穩(wěn)定。該文詳細(xì)分析了我國(guó)近年來(lái)輸電線路舞動(dòng)跳閘事故情況，指出該現(xiàn)象發(fā)生的原因與特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的解決措施，望對(duì)有效減少輸電線路舞動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生有所參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：輸電線路 舞動(dòng) 原因分析 解決措施

中圖分類號(hào)：TM751 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）10（c）-0029-02

惡劣天氣情況易導(dǎo)致架空輸電線路出現(xiàn)舞動(dòng)現(xiàn)象，嚴(yán)重的舞動(dòng)對(duì)輸電線路具有危害性，例如發(fā)生閃絡(luò)、跳閘，損壞金具及絕緣子，桿塔螺栓松動(dòng)導(dǎo)致倒塔等，這些都會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的電力事故。舞動(dòng)問題在本質(zhì)上為非線性動(dòng)力學(xué)問題，加之各種復(fù)雜的隨機(jī)因素作用，徹底治理難度很大，是架空輸電線路機(jī)械力學(xué)領(lǐng)域公認(rèn)的世界性難題。隨著我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，近年來(lái)我國(guó)架空輸電線路舞動(dòng)事故發(fā)生的頻率和強(qiáng)度明顯增加，舞動(dòng)已成為當(dāng)前我國(guó)威脅線路安全的最主要因素之一，電網(wǎng)安全運(yùn)行面臨著新的挑戰(zhàn)。輸電線路舞動(dòng)原因復(fù)雜、防治難度大、破壞力強(qiáng)，因此其治理工作具有一定難度。為建設(shè)統(tǒng)一、堅(jiān)強(qiáng)、智能電網(wǎng)，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，加深對(duì)輸電線路舞動(dòng)的研究極為關(guān)鍵。

1 輸電線路舞動(dòng)特點(diǎn)及原因分析

1.1 舞動(dòng)特點(diǎn)分析

1.1.1 舞動(dòng)范圍大、頻率高

輸電線路舞動(dòng)故障目前已經(jīng)遍及到大多數(shù)地區(qū)，舞動(dòng)故障通常發(fā)生在寒冷的冬季，例如大風(fēng)降溫、冰凍雨雪等極端的天氣里，舞動(dòng)故障率極高，且涉及到10～500 KV各個(gè)電壓等級(jí)的輸電線路，舞動(dòng)故障已經(jīng)不是局部地區(qū)發(fā)生的小概率事件，一旦氣候條件滿足相關(guān)要求時(shí)，各區(qū)域、各電壓等級(jí)的輸電線路都極有可能出現(xiàn)舞動(dòng)故障。

1.1.2 輸電線路損失嚴(yán)重

輸電線路舞動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)不僅僅會(huì)引發(fā)電氣故障，還會(huì)導(dǎo)致螺栓出現(xiàn)脫落或松動(dòng)、損壞金具或絕緣子，線路出現(xiàn)斷線或斷股等嚴(yán)重的故障。據(jù)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，在輸電線路舞動(dòng)過程中，會(huì)導(dǎo)致線路出現(xiàn)三百多次跳閘故障，引發(fā)一百多次機(jī)械故障。在發(fā)生跳閘故障的線路中，單相跳閘故障線路所占比例為34.8%，相間故障所占比例為71.6%，導(dǎo)線斷股故障所占比重為8.7%，金具損壞故障所占比重為5.9%，桿塔結(jié)構(gòu)損傷故障所占比例為4.2%。

1.1.3 新型線路抵御性能差

在輸電線路舞動(dòng)故障中，新型線路與普通線路相比，在相同的氣候條件及地貌條件下，新型線路更加容易受到舞動(dòng)的影響，一旦出現(xiàn)舞動(dòng)，也更易出現(xiàn)跳閘故障、機(jī)械故障。近年來(lái)的分析發(fā)現(xiàn)，同塔雙回線路發(fā)生舞動(dòng)現(xiàn)象的頻率最高，單回線路舞動(dòng)頻率遠(yuǎn)高于緊湊型線路。

1.2 舞動(dòng)故障原因分析

輸電線路舞動(dòng)故障的發(fā)生與風(fēng)速、風(fēng)向、流態(tài)、線路結(jié)構(gòu)及參數(shù)等因素密切相關(guān)。其原因主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，目前各電壓等級(jí)輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)程中沒有明確標(biāo)識(shí)出線路舞動(dòng)的防治技術(shù)措施，更沒有明確劃分出易舞區(qū)段，這就導(dǎo)致后期防舞措施的實(shí)施。第二，線路設(shè)計(jì)荷載一般為靜載負(fù)荷，而輸電線路在舞動(dòng)過程中，會(huì)出現(xiàn)較大的動(dòng)載荷，舞動(dòng)會(huì)增加桿塔橫擔(dān)掛線等部位的承受荷載超出設(shè)計(jì)荷載，從而會(huì)導(dǎo)致橫擔(dān)及鐵塔螺栓等遭受破壞。第三，在設(shè)計(jì)桿塔的過程中，風(fēng)荷載方向及線路轉(zhuǎn)角度數(shù)是固定的。而輸電線路的舞動(dòng)方向存在隨意性，因此線路的轉(zhuǎn)向度數(shù)極有可能超出設(shè)計(jì)值，從而導(dǎo)致橫擔(dān)方向力超出桿塔設(shè)計(jì)承載力，最終導(dǎo)致橫擔(dān)失穩(wěn)或發(fā)生損壞。

2 輸電線路舞動(dòng)的解決措施

2.1 抗舞措施

抗舞措施的特征是：不會(huì)破壞舞動(dòng)條件，而通過提高線路電氣及機(jī)械強(qiáng)度有效減少輸電線路舞動(dòng)現(xiàn)象的出現(xiàn)，確保電力設(shè)備在線路舞動(dòng)過程中保持安全運(yùn)行。提高輸電線路及相關(guān)設(shè)備的機(jī)械強(qiáng)度，能夠有效降低設(shè)備遭受舞動(dòng)故障的損失。具體措施如下：提高桿塔塔身及橫擔(dān)的剛度、改善金具的耐振性，這些措施都能夠提高桿塔結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)荷載，避免金具出現(xiàn)松動(dòng)或損壞。

2.2 避舞措施

避舞措施是指，工作人員在分析當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件及地形地貌的基礎(chǔ)上，合理選擇輸電線路的路徑及走向。由于大風(fēng)、覆冰氣象頻發(fā)區(qū)域輸電線路舞動(dòng)現(xiàn)象較為頻繁，因此工作人員在設(shè)計(jì)線路的過程中，要能夠避開這些區(qū)域，例如江河、峽谷、山脊等特殊區(qū)域。除此之外，還要能夠盡量確保輸電線路的走向與主導(dǎo)風(fēng)向相平行。與此同時(shí)，還需要做好以下措施：首先，對(duì)于已發(fā)生舞動(dòng)的輸電線路，要能夠予以足夠的重視，采取相應(yīng)的防舞措施，對(duì)于其他未發(fā)生舞動(dòng)的區(qū)域線路，工作人員要能夠做好地形地貌、線路走向等因素的分析工作，結(jié)合實(shí)際情況做好防范措施。其次，工作人員要能夠分析舞動(dòng)線路同區(qū)域未舞動(dòng)線路的可能性，對(duì)可能性較高的線路采取防治措施，同塔雙回線路中一條線路必須要采取防舞措施。最后，對(duì)于220KV及500KV以上電壓等級(jí)的輸電線路，工作人員要能夠結(jié)合多項(xiàng)因素來(lái)分析輸電線路的舞動(dòng)可能性，必要時(shí)需要采取相關(guān)防舞治理措施。

2.3 抑舞措施

抑舞措施主要是在舞動(dòng)故障頻發(fā)的輸電線路上，安裝防舞裝置以此來(lái)抑制線路舞動(dòng)的幅度，最終保障輸電線路正常運(yùn)行。具體措施如下：在導(dǎo)線上纏繞繞流線。使用特定的繞流線來(lái)纏繞導(dǎo)線，可以減少導(dǎo)線表面覆冰現(xiàn)象的出現(xiàn)，從而破壞舞動(dòng)形成條件；在輸電線路上安裝空氣動(dòng)力阻尼器，一旦輸電線路受到風(fēng)力的作用，導(dǎo)線阻力的垂直分量會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過升力的垂直分量，這樣也能夠有效避免輸電線路出現(xiàn)舞動(dòng)故障。其次，可以通過研究輸電線路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，改變線路的動(dòng)力學(xué)特性，具體措施包括：安裝失諧擺、抑扭環(huán)、壓重防舞裝置等構(gòu)件，來(lái)增加輸電線路的自重，抑制橫向舞動(dòng)、降低舞動(dòng)幅值。還可以通過安裝線間間隔棒來(lái)改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、抑制線路舞動(dòng)，減少混線等現(xiàn)象的出現(xiàn)事故。除了上述措施之外，還可以在檔距兩端安裝阻尼器，這樣能夠優(yōu)化導(dǎo)線舞動(dòng)系統(tǒng)的自阻尼效果，減少輸電線路舞動(dòng)現(xiàn)象的出現(xiàn)；還可以使用一種新型防舞裝置TDD，該裝置能夠有效增加系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)阻尼，將風(fēng)能轉(zhuǎn)為系統(tǒng)的動(dòng)能，保障輸電線路的正常運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，輸電線路舞動(dòng)故障已經(jīng)不是局部地區(qū)發(fā)生的小概率事件，一旦氣候條件滿足相關(guān)要求時(shí)，各區(qū)域、各電壓等級(jí)的輸電線路都極有可能出現(xiàn)舞動(dòng)故障。然而輸電線路舞動(dòng)故障具有隨機(jī)性與破壞性，且我國(guó)在輸電線路舞動(dòng)方面采取的措施效果并不十分明顯，相關(guān)研究技術(shù)及理論成果較為匱乏，相關(guān)防舞措施的效果參差不齊。我國(guó)輸電線路舞動(dòng)研究工作還需不斷研究與運(yùn)用，以解決惡劣自然氣候條件下架空輸電線路舞動(dòng)故障問題，保障我國(guó)輸電線路的安全運(yùn)行。

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