狹管效應對山區輸電線路影響分析

周野

摘要： 本文通過對上壩變～重慶油房II回220kV線路#116～#117檔近幾年發生的子導線翻轉扭絞原因分析，得出原因是山區微地形、微氣象位置由于狹管效應產生回旋氣流對導線和間隔棒的沖擊，打破分裂導線的力矩平衡，從而使導線發生翻轉扭絞。提出在山區進行輸電線路設計時，尤其在風口位置盡量避免大檔距、大高差，避開迎風面，同時盡量縮小間隔棒次檔距，以減小狹管效應對輸電線路的影響。

關鍵詞：220kV線路、微氣象、狹管效應、翻轉扭絞

引言

狹管效應是指當氣流由開闊地帶流入地形構成的峽谷時，由于空氣質量不能大量堆積，于是加速流過峽谷，風速增大，當流過峽谷時，空起流速又會減速，這種地形峽谷對氣流的影響，稱為狹管效應。在山區的輸電線路中，若線路檔中溝壑較深，且一側為低矮的開闊的地帶，另一側為逐漸翻山的埡口時，當自然風從低矮的開闊地帶逐漸經過狹窄的溝壑向山坡往上運動過，由于低矮處相對開闊，匯集的風流量大，而受溝谷影響擠壓，易形成狹管效應，導致風速迅速增大，產生一種沿山坡向上升力的紊流效應，形成向上的升力作用于導線。當風向垂直輸電線路運動時，容易形成回旋式的氣流，作用于導線和間隔棒，使輸電線路的分裂導線發生偏轉，影響線路的正常運行及正常壽命，其中上壩變～重慶油房II回220kV線路#116～#117檔多次發生中相子導線翻轉扭絞事故就是一個典型的案例。

1 事故情況

上壩變～重慶油房II回220kV線路起于貴州省道真縣上壩220kV變，止于重慶涪陵油房220kV變，2009年完成施工投運，由重慶涪陵聚龍電力有限公司負責運維。全線分為10mm、20mm兩個冰區，導線型號為2×LGJ-400/50型鋼芯鋁絞線，子導線按水平排列，分裂間距為400mm。其中#116～#117檔位于20mm冰區段，于2012年至2016年期間發生過多次中相子導線翻轉扭絞。根據運行人員現場調查和記錄，發生翻轉扭絞時一般是主要是有風，偶爾伴有霧凇或者結冰情況，導線扭絞只發生在檔距中間，兩端絕緣子串端頭并未翻轉，也未發生損壞，且發生扭絞后不會自動恢復，需要停電后由檢修人員恢復，因此給線路的正常運行帶來嚴重隱患，同時也可能對導線造成損傷，影響線路的運行壽命。線路的扭絞照片如下。

2 事故原因分析

2.1 事故檔現場地形情況

上壩變～重慶油房II回220kV線路 #116～#117檔位于貴州省道真縣與重慶市武隆縣交界處的木花洞青苔溝附近，#116～#117檔從山脊向山下過渡，#116、#117的塔位海拔高程分別為1536m和1403m，兩個塔基高程懸殊133m，兩基塔中間是從下往上逐漸收窄的溝谷，線路一側為低洼平緩的山谷，另一側為順線路的山脊，線路位于風口地帶，屬于典型的微地形微氣象地帶。

2.2 事故檔設計情況

經查相關設計資料，上油線II回 #116～#117檔設計覆冰為20mm，設計基本風速為25m/s，單回路設計， #116 ～ #117檔距493m，高差133m，#116、 #117塔均為耐張塔，該檔為孤立檔，其斷面圖及明細表如下：

2.3 事故原因分析

據線路運行人員介紹，#116～#117檔中相雙分裂子導線近幾年來發生過多次翻轉扭絞情況，通過對發生扭絞時間的現場調查和氣象部門收資了解到，該檔在發生的幾次扭絞情況時往往都出現了5～15m/s大風，同時伴有一定的不均勻覆冰。

從該段線路所經過的地形可以看出，由于#116～#117檔在地理為上由南往北走向，線路從山頂逐漸過渡到半坡，線路的東北側為低洼小盆地，#116～#117檔中間是由西北延伸至東南的山溝，因此該檔剛好處于變坡埡口、迎風口的微地形。當風向從由西北向東南吹時，西北面低洼處大量的風經過該檔中的溝谷逐漸收窄。這種地形容易造成風速和水汽通量的增大，易于形成大風和導線結冰，由于“狹管加速效應”作用，該處風速明顯大于附近其他地方。再加上線路走向與風向基本呈垂直交叉狀態，導線吸收風力能量増大;該檔處于埡口且左低右高，引起西面來風順山坡向上爬升，造成風速和水汽通量的增大，形成向上的回旋氣流沖擊導線及間隔棒，此時如果兩根子導線覆冰不均勻，分裂導線就會高低不平，故回旋氣流就容易將子導線吹翻轉。

下圖中實線所示A、B為導線某一間隔棒處在正常位置的橫斷面，虛線所示A1、B1為導線在其相鄰間隔棒位置的橫斷面，間隔棒A1、B1在外力作用下向箭線E所示方向轉動。箭線A1-A、B1-B、所示為兩間隔棒間的導線施加給間隔棒A1、B1的力在其所處平面內的分力。正常狀態下，沿箭線E所示方向施加的外力矩不足以克服箭線A1-A、B1-B所示的阻力，導線不會發生翻轉，處于力學的相對平衡狀態。

在強風和埡口迎風坡上升氣流的共同作用下，使得沿箭線E所示方向施加的外力矩能夠克服箭線A1-A、B1-B所示的阻力，導線發生逆時針翻轉扭絞，導線達到了新的平衡。在子導線的扭絞點，所有子導線均由導線線束中心通過，靠近扭絞點的間隔棒將不再有附加扭矩的作用，導線將處于平衡狀態，如果想使其復位，則需施加足夠的反向力矩。因此結合#116～#117區段線路設計及建成后情況，判斷為微地形、微氣候強風引起的導線振蕩翻轉即局地上升氣流引起的導線振蕩翻轉。

在聚龍公司運行人員修復#116～#117檔中相導線的翻轉時，對該檔弛度檢查的結果， 總體弛度數值滿足運行要求且與設計值偏差極小，相間、子導線間弛度幾乎沒有偏差。說明即使在導線總體弛度差、相間弛度差、子導線弛度差調整較好的情況下，導線在足夠大的外力矩的作用下也可發生翻轉。

同時經過導線復位后檢查，導線外觀及間隔棒均未發現損傷，這一點說明導線沒有發生舞動。沒有發生舞動就發生偏轉以往在國內在一些220kV線路、500kV線路上也曾出現過，究其原因也基本為微氣候、微地形引起。

3 預防措施及建議

結合國內外發生過的類似情況，為了減小因橫向風產生的回旋渦流影響，當輸電線路在經過山區翻埡口的微地形微氣象時，建議作好以下幾點措施：

1）桿塔布置盡量避免大檔距、大高差。

2）適當大間隔棒的次檔距，增加分裂導線間隔棒數量，增大間隔棒對風力的阻礙作用，有利于防止導線導線翻轉扭絞。

3）施工安裝間隔棒時，確保各相子導線弧垂誤差是否符合施工驗收規范的要求，盡量減少子導線弧垂誤差，合理控制馳度。

4）在進行改造后，考慮在發生扭轉的#116～#117檔內加裝導線振蕩在線監測裝置，記錄導線振蕩，觀察以后是否再會發生翻轉扭絞情況。

參考文獻

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