探究架空輸電線路舞動與治理措施

探究架空輸電線路舞動與治理措施摘要】我國是輸電線路舞動災害發(fā)生最多的國家，并且，線路舞動嚴重的話，會威脅電力生產的安全運行。線路舞動引發(fā)的災害概率大幅度提升，如出現線路跳閘、損壞電力設備，導致大面積停電事故的發(fā)生，嚴重影響輸電線路的安全與穩(wěn)定。本文將簡單論述輸電線路舞動的總體概況以及線路舞動的防治措施，并且，最終指出輸電線路舞動研究中的發(fā)展方向。

【關鍵詞】輸電線路；導線舞動；治理措施

引言

輸電線路運行過程中會受到各種各樣自然條件的影響，造成輸電線路的舞動。并且舞動是一種較為嚴重的事故，例如發(fā)生閃絡、跳閘，損壞金具及絕緣子，桿塔螺栓松動導致倒塔等，這些都會引發(fā)嚴重的電力事故。舞動問題在本質上為非線性動力學問題，加之各種復雜的隨機因素，徹底治理難度很大，是架空輸電線路機械力學領域公認的世界性難題。隨著我國電網建設的發(fā)展，近年來我國架空輸電線路舞動事故的發(fā)生頻率和強度明顯加強，舞動已經成為當前我國威脅線路安全的最主要因素之一，電網安全的運行面臨著新的挑戰(zhàn)。

1.簡述線路舞動的情況

近幾年來，隨著全球氣象條件的不斷惡化，輸電線路舞動事故也在不斷發(fā)生，從2010年到2016年我國就發(fā)生多起輸電線路舞動事故，這嚴重威脅到輸電線路的安全運行及供電可靠性。因此，研究防舞措施，根據理論結合實際對防舞進行設計，并驗證所選防舞裝置的有效性，為運行單位合理選用防舞裝置提供依據，具有一定的理論和實用意義。導線舞動在空氣動力學方面也是一個復雜的問題。不僅因不對稱覆冰的分裂導線上，在開闊的地帶容易發(fā)生舞動現象。即使在無冰的單導線上，在特定有利舞動環(huán)境及風向、風速條件下也會發(fā)生罕見的舞動。舞動頻率在0.1到1赫茲之間、半波長為整檔一個或數個的駐波，舞動軌跡常出現以偏離垂向為長軸的橢圓運動，常伴隨有導線繞相軸線同步交變扭轉。最大舞動全振幅多出現于基波或與2、3半波復合模式下，振幅與檔距和弧垂大小成比例，振高一般不超過波節(jié)點連線，腹底會低于導線弧垂下，全振幅一般不超過12m，也曾發(fā)現過12~15m，對大跨越可能接近20m。

2.線路舞動造成的危害

我國是發(fā)生線路舞動最多的國家，對輸電線路舞動的現場進行考察，其有很大可能導致電氣故障事件的發(fā)生，螺栓松動或者是脫落的現象也是極為普遍的，金屬器具以及絕緣子極易遭受破損，輸電線路斷線或者是斷股的現象也是極為常見的。據有關資料顯示，輸電線路發(fā)生舞動故障時，常常會導致輸電線路出現300多次跳閘故障，機械故障也是不下百次的。在產生跳閘故障的線路中，單相跳閘故障所占比例在三成左右，相間故障比例大于70%，輸電線路斷股故障、金屬器具損壞故障、桿塔結構發(fā)生破壞故障所占的比例不大于10%。

3.輸電線路舞動現象的特點及原因分析

3.1舞動特點的分析

（1）范圍大、頻率高、涉及電壓等級廣

在過去的統(tǒng)計中，大范圍、高頻率的舞動現象很少見，但如今去頻頻出現，一方面是由于在地域分布上，舞動區(qū)域已經不能只局限在規(guī)定的范圍內，而是要延伸到公司電網的各大地區(qū)中。另一方面是由于在時間頻率上，因為全網在一個冬季中就發(fā)生了六次大范圍、高頻率的舞動，這幾乎是每一次大風、降溫、冰凍雨雪天氣，都會有線路發(fā)生舞動。最后一方面是舞動涉及了各個電壓等級。

（2）新型線路對舞動災害的抵御能力不強

在大規(guī)模的舞動現象中，同塔雙回線路相比單回線路而言，更容易受到舞動的影響，而且在相同氣象、覆冰及地理條件的影響下，新型線路更容易發(fā)生舞動，并且舞動發(fā)生后也更容易發(fā)生跳閘事故，同時還容易造成機械事故的發(fā)生。2010年-2016年全省輸電線路舞動統(tǒng)計結果：同塔雙回線路舞動328條，單回線路舞動113條，緊湊型線路舞動6條。

3.2舞動原因分析

現如今，覆冰舞動事故是冬季線路發(fā)生的最為頻繁的一種事故，而且舞動是由于導線發(fā)生偏心，在風的作用下產生的一種低頻率、大振幅的自激振動。并且，舞動的形成主要取決于三方面因素：覆冰、風的刺激和輸電線路的結構及參數。其中，覆冰多發(fā)生在風作用下的雨淞、霜淞及濕雪堆積于導線的氣候條件下。

舞動的形成與風速、風向以及流態(tài)等各個因素有著密切的關系，與此同時，線路的結構和參數對舞動的形成也起著重要的影響作用。其中，造成舞動事故的發(fā)生主要有以下幾個方面。

（1）線路的設計是首先按照靜載考慮的，當線路發(fā)生舞動時，會產生較大的動載荷，然而舞動產生的動載荷會造成桿塔橫擔掛線部位，導致鐵塔整個橫擔失衡或者被破壞等。此外，線路舞動還會在導、地線與金具的連接處產生較大的交變應力，從而將會導致導、地線斷線及金具損壞等現象。

（2）在各電壓等級的輸電線路設計中，往往會缺少線路舞動的具體防治指標和相關措施，這就很容易造成對舞動區(qū)段劃分不明確，導致舞動事故的發(fā)生情況。

（3）準確確定桿塔設計的風載荷方向及及線路轉角度數。因為，線路舞動的方向是隨機的、不確定的，這樣很容易造成導、地線轉向的度數變化，甚至還有可能超出預先設計時的線路轉角度數，從而引起桿塔整個橫擔發(fā)生損壞。

4.防治輸電線路舞動的措施

4.1增強線路系統(tǒng)抵御舞動故障的能力

輸電線路在形成舞動故障時，就垂直于線路的橫截面內運轉方向呈現的是橢圓形，當輸電線路舞動的幅度過大時，相鄰兩根運動的線路就有很大的可能產生碰撞閃弧現象，極易造成線路損壞或跳閘故障。為了減少或者避免上述故障發(fā)生的幾率，防舞措施的引進與應用可以對線路舞動的幅值產生抑制作用。除了上述防舞措施之外，還可以在輸電塔頭的結構設計上下大功夫，也就是在相關措施的輔助下防治相鄰線路之間、線路與地線之間產生碰線現象。此外，水平布置方式的應用，減少了線路之間碰線閃絡的現象，這主要是因為該方式可以使技術人員按照一定的規(guī)則使線路舞動的水平方向位移遠遠小于線路水平相間的距離。另外，增強桿塔塔身與橫擔的強度、改良金屬器具的抗振能力，均可以減少輸電線路金屬器具發(fā)生松動或者損壞的幾率，達到抵御舞動的效果。

4.2避開與易產生舞動故障的覆冰區(qū)域，調整線路走向

一般來說，當溫度在-5~0攝氏度范圍內，風速不低于10m/s的區(qū)域內，會增加輸電線路舞動故障發(fā)生的概率。從風向的角度分析，在冰凍季節(jié)刮風的方向與線路軸線的夾角大于45度時，舞動故障易于形成，也就是說，夾角越小線路上受到的分離程度越小，此時就降低了舞動故障的發(fā)生幾率。

因此在對輸電線路機型設計的過程中，應該盡量避開冰凍、風向這類的不利因素。在經濟允許的條件下，在先進技術的配合中，盡最大努力避開強舞動區(qū)域尤其是在輸電線路安置方向上，技術人員應該盡最大努力減小冬季風向與線路走向兩者之間的夾角。

4.3安裝空氣動力阻尼器

在輸電線路上安裝空氣動力阻尼器，一旦線路受到風力的作用，導致阻力的垂直分量會遠遠超過升力的垂直分量，這樣也能夠有效的避免輸電線路出現舞動故障。其次，可以通過研究輸電線路系統(tǒng)的結構特點，改變線路的動力學特征。

結束語

總而言之，我國開展的舞動工作，在范圍和深度上都不夠嚴謹，到目前為止，任然沒有形成一個能解決導線舞動問題的統(tǒng)一結論，