輸電線路舞動分析及防范措施研究

張瑞

（國網山東省電力公司莘縣供電公司，山東聊城，252400）

0 引言

輸電線路舞動問題始終是我國電網建設與管理所關注的重點問題。據公開數據統計，自上世紀五十年代至今，我國發生的已記載的舞動事件超過六十起，涉及不同等級的輸電線路。輸電線路舞動的產生，以已發導線墜落、高壓輸電線路螺栓松動、絕緣子破損、跳線、輸電線路導線斷股等問題的產生，從而影響電力系統運行的穩定與安全。由此可見，加強輸電線路舞動分析及防范措施研究，是提升電力系統穩定、安全與可靠運行重要舉措，有利于推動我國電力事業優化發展。

1 輸電線路舞動分析—以110kV緊湊型輸電線路為例

緊湊型輸電線路（Compact transmission line）是電網建設過程中應用較為廣泛的輸電線路技術，能夠通過導線優化排列，減小輸電線路的相間距離，并實現三組導線同一塔窗配置，從而增加電容，提升自然輸送功率。加之110kV緊湊型輸電線路電壓等級相對較低且不存在強烈的電暈，在電磁場環境下具有一定優勢[1]。但是，雖然緊湊型輸電線路存在優勢，但其結構也使其相對常規輸電線路更容易產生舞動，據公開數據統計顯示，在輸電線路舞動事故中，緊湊型輸電線路占據16%以上。因此，以110kV緊湊型輸電線路為例具有一定的代表性。

1.1 情況概述

某地區110kV輸電線路于2009年正式開始運行，在運行期間共發生停電跳閘故障25次，其中緊湊型輸電線路占據總故障的百分之九十二。其中舞動故障共13條次、鳥害故障共3條次、雷擊故障共3條次風偏故障2條次、受外力影響與破壞產生的故障共2條次。最為嚴重的一條次舞動故障，舞動時長約為56小時，故障發生時，故障區段天氣狀況相對惡劣，氣象資料顯示：當地最低氣溫為-1.8℃，降水量為6.19mm；據故障區監測數據顯示：氣溫為-3.1攝氏度，降雪量298mm，風速在10m/s～14m/s之間；現場觀測發現：輸電線路引流線的舞動較為嚴重，導向覆冰厚度達到14.5以上，風速每分鐘10米，風向與輸電線路成垂直狀態。

由此可見，舞動故障是影響電網運行安全的關鍵因素，輕則導致輸電線路零部件損壞，如相間間隔棒損壞（如圖1所示）、子導線間隔棒破損；重則導致輸電線路絕緣子鋼腳斷裂倒地（如圖2所示）、導線斷股、桿塔倒地。

圖1 相間間隔棒損壞

圖2 絕緣子鋼腳斷裂倒地

1.2 舞動成因

對輸電線路舞動故障進行綜合分析，了解到導致110kV緊湊型輸電線路發生舞動的原因主要體現在以下幾方面：

1.2.1 外界環境影響因素

外界環境因素是影響輸電線路發生舞動事故的關鍵因素，其影響程度相對較大，所帶來的危害也相對較為嚴重。對外界環境因素進行劃分，又可分為以下幾點：

(1)氣象因素

風速、風向、溫度、覆冰厚度等是影響輸電線路產生舞動的重要氣象因素。例如，在冬季與初春時期，冷氣流和暖氣流會在交匯過程中形成較強的風力。在此環境下，位于地勢開闊通風口地區的輸電線路，其風速相對較高，能夠達到4m/s～20m/s。同時，風向通常與輸電線路走向形成的夾角不低于45°。因此，容易引發舞動事故的產生。一般情況下，當風向與輸電線路夾角為90°時，形成舞動的概率越高，當夾角為0°時，輸電線路產生舞動的概率越低。又如，舞動事故歸納與總結發現，當導線覆冰厚度達到10mm左右時，輸電線路易發生舞動[2]。由于覆冰厚度與溫度存在密切關聯性，在溫度驟降到零度以下或一天內溫度變化明顯（在零度上下波動）時，輸電線路發生舞動的可能性較大。此外，在對其進行模擬驗證分析時，也得到同樣結果。即設定輸電線路工況分別為：風速為8m/s、風速10m/s與風速16m/s。輸電線路受風影響角度設定為35°、45°，檔距為400。對其舞動情況進行模擬分析，得到表1所示結果。

表1 不同工況下110kV輸電線路舞動情況

(2)地形因素

在對舞動故障區段的地線進行分析過程中發現：相對于平原地區而言，位于山地或丘陵地帶的輸電線路發生舞動的可能性相對較小。追其原因，山地或丘陵地帶的輸電線路雖多處于風口地帶，但由于山地或丘陵地區的地形相對復雜，且風紊流系數相對較高。因此，不容易形成持久且穩定的風。而平原地區由于地形簡單，形成的風梯度變化不明顯，以產生穩定且持久性強的風激勵，當風向與導向走向垂直時，以引發舞動故障的產生。

(3)季節因素

從輸電線路舞動時間進行分析，了解到本文所研究地區的輸電線路舞動多發

生在冬季、秋冬交替時期。故障產生的時間段以晝夜交替或一天內溫度變化明顯的時間分為內容。隨著氣候環境的不斷變化，輸電線路舞動的區段也在隨之而改變。

1.2.2 輸電線路自身因素

除外界因素外，輸電線路自身因素，包括線路塔型、線路導線截面積、檔距等，也是導致舞動故障產生的主要因素。就線路塔型而言，緊湊型輸電線路發生舞動的可能性遠遠高于其他類型的輸電線路。追其原因，緊湊型輸電線路導向之間的間距相對較少，通常在6.7m～7m之間。因此，易受外界因素影響，在發生舞動后，出現相間短路故障。與此同時，110kV輸電線路中，相同檔距條件下，截面積較大的導線，其扭轉剛度相對較大，因此當導線覆冰時，更容易產生凸出冰翼，從而引發舞動停電跳閘故障的產生。此外，其他條件不變，輸電線路的檔距越大，發生舞動故障的可能性越大，且舞動故障對導線、桿塔等所帶來的影響越大。追其原因，大檔距，容易增強導線舞動幅度，當幅度超過一定數值時，導線將產生損壞，引發停電故障的產生。

2 輸電線路舞動防范措施

關于輸電線路舞動防范，通?？蓮墓芾砼c技術2個層面入手，采取行之有效措施進行處理，降低輸電導線舞動的不利影響。

就導線舞動管理而言：（1）立足區域氣候條件、地線情況，充分考慮氣候與地線之間的關系，進行輸電線路塔型設計，減少緊湊型線路的應用，降低氣候與地線對緊湊型輸電線路的影響。（2）依托自動化、智能化等先進技術，構建在線監測診斷系統，對輸電線路進行監測與分析，實現微氣象數據的有效分析，探尋舞動規律，并以此為依據，制定相適宜的防范方案。（3）聯系輸電線路運行狀況與區域氣候變化情況，繪制輸電線路舞動區域分布圖，并以此為依據，指導線路檢修與舞動防治工作。

圖3 配置相間間隔棒次檔距舞動示意圖

就導線技術改進而言：（1）根據不同區段舞動嚴重程度，配置相適宜的防舞動相間間隔棒，如環式連接間隔棒、線夾回轉式導線間隔棒等，進行舞動防治；（2）對于大檔距輸電線路，通過配置耐張塔或直線塔來縮短檔距，降低舞動影響。同時，也可在大檔距中配置防舞動拉線，以控制輸電線路舞動的產生，實現舞動防范；（3）對極易產生舞動和舞動影響較大的區域，進行針對性線路改造，以減少舞動的產生或實現輸電線路抗舞動能力的提升，從而降低舞動故障對電網安全運行的不利影響[3]。

3 結論

綜上所述，本文以110kV輸電線路為例，就影響輸電線路產生舞動故障的因素進行了分析。分析表明，影響輸電線路產生舞動故障的因素有很多，而地形因素、自然氣象因素、輸電線路參數等是導致舞動故障產生的主要因素。對此，電力企業以及相關工作人員在輸電線路建設與管理過程中，應明確掌握輸電線路舞動故障成因，并根據實際情況，從管理與技術兩個層面入手，進行防范，以提升管控質量，增強輸電線路運行的安全水平。