架空輸電線路導線限位式防舞技術研究

王曉輝 于文建

摘要：經濟在快速的發展，社會在不斷的進步，隨著我國經濟的快速發展，社會對電能的需求和質量的要求不斷提高。但輸電線路暴露在大自然中，受到風、冰、雷等環境因素的影響，我國部分地區電網事故依然存在，這會造成重大的經濟損失與社會影響。架空輸電線路導線舞動是長期以來影響電網架空線路度冬安全的重要因素。冬季，水平方向的風吹到因偏心覆冰而變為非圓斷面的導線時，將產生一定的空氣動力，在一定的條件下，會誘發導線產生一種低頻（0.1～3Hz）、大振幅（約為導線直徑的5～300倍）的自激振動。這種振動屬于馳振（Galloping），形態上下翻飛、形如龍舞，稱為舞動。

關鍵詞：架空輸電線路;導線舞動;防舞動設計

引言

架空輸電線路導線災害中，舞動是較為嚴重的一種災害形式。統計資料表明，我國屬于舞動災害最嚴重的國家之一，截止目前，我國共發生有文字記錄的舞動事故約290起（同一時間、同一地區發生的記為1起）。隨著我國電網規模的快速發展和惡劣氣象的頻繁出現，電網發生舞動事故的頻率明顯增加，危害程度增大，幾乎每年都會發生較嚴重的舞動故障，造成了嚴重的經濟損失和社會影響。目前常用的防舞裝置主要包括相間間隔棒、雙擺防舞器及回轉型間隔棒等，但對于一些氣象環境復雜地區仍不能完全解決舞動問題。研究新型架空輸電線路導線大幅振蕩防治技術，研制適用于復雜環境下新型導線大幅振蕩防治裝置，針對不同環境等條件下導線舞動現象提出有效的防治方案，提升架空輸電線路防災設計水平，對保障超特高壓線路的安全運行具有非常重要的意義。

1輸電線路導線舞動的概述

輸電線路導線舞動不同于一般的導線振動，它是指導線在一定風速條件下發生的一種運動軌跡近似橢圓形的低頻率（0.1～3Hz）、大振幅（約為導線直徑20～300倍）的自激振動現象。國內外有關導線舞動的研究有以下幾個里程碑：1930年Davison有關導線舞動研究的論文以及1932年DenHartong發表的《Theicinggallopingoftransmissionlines》被視為研究導線舞動的開端;20世紀八九十年代的“500kV葛洲壩-常德-株洲”湘江大跨越以及沅水大跨越的舞動事故的調查研究標志著國內大規模有關研究的開始。2003年500kV龍斗線、斗雙線（位于湖北省境內的輸電線路）舞動事故，2007年500kV海萬線I、II回（位于河北省境內的緊湊型輸電線路）舞動故障，以及2008年我國貴州和湖南地區史無前例的冰災中出現的舞動故障，造成線路跳閘、停運，變電站失壓，電廠發電機組停運，給整個電力系統的安全穩定運行造成了極大的威脅。隨著經濟社會的發展，用電負荷日益增大，電網迎峰越冬形勢日益嚴峻，因此，著手高壓輸電線路導線防舞動技術研究也成為目前輸電線路急需解決的關鍵性問題之一。

2舞動的成因

形成舞動的因素非常復雜，而各種因素又相互影響，構成了舞動激發與擴展的復雜情況。歸納起來，對導線舞動的激發與擴展起主要作用的因素大致有覆冰影響、風的激勵和線路系統的結構與參數。（1）覆冰影響：對導線舞動來說，冰風因素是主要的激勵源，起關鍵作用。氣溫低于0℃或在0℃左右，空氣濕度達到約90%，遇有凍雨或雨夾雪天氣，在風的作用下，導線覆冰逐漸累積，形成偏心覆冰，改變導線截面，改變空氣動力狀態，產生負阻尼效應，積累能量，激發舞動。（2）風的激勵：風是舞動的能量來源，包含風速、風向及流態（平穩風）。產生舞動的風速在4～20m/s，風速大小影響成冰形狀，且風向與線路走向的夾角≥45°時，不均勻覆冰的導線易發生舞動。在四周無屏蔽物的開闊地帶（如江河湖泊、平原等）及埡口、迎風山坡、山脊等微地，風會持續吹向導線，容易發生舞動。（3）線路結構與參數：導線類型、張力、弧垂、檔距及導線結構參數是引起舞動的內因。相同條件下，分裂導線比單導線更易發生舞動，大截面的導線比小截面的導線易于產生舞動。這與它們自身的扭轉剛度有很大關系。

3防舞動設計

3.1限位式防治裝置應用

通過對某公司架空輸電線路舞動區域分布及特點和冰區災害分布及特點進行分析，并與相關線路運行部門討論，最終確定限位式防治裝置試點應用線路，并根據限位式防舞方案開展試點應用工作。2018年1月，限位式防治裝置某試點應用線路發生大范圍舞動現象，與安裝限位式防治裝置線路相關參數相似的耐張段發生多級鐵塔損壞、掉串等事故。試點應用線路舞動后，對安裝限位式防治裝置區域進行現場巡查，發現無鐵塔損壞、掉串等現象，限位式防治裝置無損壞且可正常工作。通過試點應用表明，安裝限位式防治裝置能夠有效提升架空輸電線路的防舞能力，可以有效地保證線路舞動時的正常運行。

3.2抗舞設計

從機械與電氣的角度，抗舞設計是在不破壞舞動條件的前提下，通過提高線路本身的電氣和機械強度來抵抗舞動，達到減輕或消除舞動危害的目的。機械方面包含采用高強鋼提高鐵塔強度、采用雙帽防松式的鐵塔螺栓;合理選擇導線和金具強度，通常在線夾握持的電線外面加上一層護線條或預絞絲，防止線夾和電線損壞。電氣方面包含加大導線與導線、導線與地線間的距離，防止碰線閃絡。

3.3抑舞設計

從改變與調整導線系統參數出發，導線舞動嚴重的地區或某些部位可采用抑舞措施來達到抑制舞動的目的。抑舞設計是一種采用防舞設備抑制舞動發生，控制舞動規模、削弱舞動強度一種方法，主要是通過在線路上安裝防舞設備來抑制舞動幅度、消除舞動危害。典型線路的導線防舞設計方法主要有：（1）單導線線路防舞設計：對于電壓等級較低線路，相導線多為單導線，可采用相間間隔棒、失諧擺、防振鞭等。但防振鞭為實現國產化，造價較高。（2）分裂導線線路防舞設計：適用于分裂導線的防舞動設備較多，根據我國防舞經驗，可采用線夾回轉式間隔棒、雙擺放武器、相間間隔棒、偏心重錘、集中防震錘等。（3）緊湊線路防舞動設計：對于500kV及以上的緊湊型線路，考慮其線路特點，防舞設計優先采用回轉式間隔棒，其次是相間間隔棒，也可將二者組合應用，防舞效果更好。（4）特高壓線路防舞動設計：特高壓線路由于電壓等級高、導線對地位置高、檔距大、分裂數多、導線截面大，特高壓線路的防舞設計優先采用線夾回轉式間隔棒或線夾回轉式雙擺防舞器，其次是失諧間隔棒等。

結語

1）基于節點分割原理，提出了限位式防舞機理，通過數值仿真計算，驗證了其有效性，為架空輸電線路防舞治理提供了理論依據。2）結合架空輸電線路的導線、分裂數及排列類型等方面的技術參數，提出了限位式防舞方案，并通過數值仿真計算及防治效果評估試驗，驗證了其有效性，為試點應用工作奠定了基礎。3）依據試點應用線路的相關參數，結合安裝限位式防治裝置后線路的舞動幅值、弧垂最低點最大張力等特性，開展了限位式防治裝置試點應用工作，驗證了限位式防治方法的有效性，為限位式防治裝置的應用提供了相關依據。

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