500kV输电线路舞动情况分析及处理.pdf

第 1 6 卷 ( 2 0 1 4 年第 6 期 ) 电力 安 全 技 术 5 0 0 电线路舞动情况分析及处理 李相栋 ( 国网山东省 电力公 司检修公司，山东 济南 2 6 6 1 0 1 ) 摘要介绍了某5 0 0 k V输电线路的舞动情况，分析了 舞动出现的机理和引发因素，分别提 出了单回线路及同塔双回垂直排列线路舞动的治理方案，总结了防舞治理效果和现存问题，最后提 出了5 0 0 k V输 电线路进一 步防舞动的措施及建议 。 关键词输 电线路 ；舞动；线央回转式间隔棒 ；相间间隔棒 统计资料表明，我国是发生输电线路舞动灾害 最严重的国家之一，舞动故障的频发已严重威胁到 电网的安全、稳定运行。面对 日 益复杂的气象环境 因素 ，为建设强大的国家电网，确保大 电网的长期 安全、稳定运行 ，需要安全、先进 、经济、可靠的 防舞动理论和治理方案作为保证。 1 5 0 0 k V输电线路舞动情况 1 1 输电线路舞动时的天气特征 2 0 1 0 - 0 1 -1 9夜晚，山东境 内开始 出现大风降 温天气。1 月 2 0日，受 强冷空气影响，山东 出现 了大范围冻雨、风雪天气，全省气温持续维持在 0左右。省气象台和海洋预报台发布风暴潮蓝色 警报和海浪蓝色警报。2 0 1 0 - 0 1 - 2 0 T 0 8 ： 0 0 始，山 东各海区风力逐渐增大，出现了 7 8 级阵风 l 0 级的东北大风；同时，鲁西北地 区、半岛地 区和内 陆湖面也出现了 7 级阵风。其中，烟台海上 8 9 级 阵风 1 0级 ，内地 67级 阵风 8 级 ；青 岛 白天 到夜间市区北风逐渐增至6 级阵风 8 级， 海上 78 级阵风 1 0 级，2 1日白天起风力逐渐减小； 潍坊白 天到 2 1日白天偏北风 ，内陆 56级，海上 78 级阵风 1 0 级。烟台、莱芜、青岛市气象局分别于 0 9 ： 3 0 ，1 0 ： 0 0 ，l 2 ： 0 0 启动了重大气象灾害级预 警应急响应。 1 2 线路跳闸特点 2 0 1 0 0 l 一 2 0 T 0 8 ： l 8 2 0 l 0 0 1 2 1 T 0 6 ： 0 0 ，大 风造成输电线路舞动持续时间约 1 0 h ，导致山东电 网 l l 条 5 0 0 k V线路共计跳闸3 1 次，电网结构遭 到严重破坏 。某处线路跳闸次数高达到 8次，当时 温度为 一 l 5，风向与舞动段线路走向夹角为 7 0 。 8 0 。 ，天气状况为天降湿雪。 在此次跳 闸的 l 1 条线路中，其中 8 条是 同塔 双回垂直排列线路，这说明同塔双回垂直排列线路 发生舞动的跳闸比例较高。 当输电线路发生舞动后，若天气条件没有较大 变化，输电线路会受到一个稳定的风激励，引起舞 动，最终导致重复跳闸或重合不成功。1 月 2 0日， 5 0 0 k V潍阳线跳闸 8 次，潍崂线跳闸7 次，这说 明线路重复跳闸次数多。经现场查看发现，舞动区 段较小的线路，故障点集中； 舞动区段较大的线路， 故 障点分散。 由于 5 0 0 k V单回线水平布置的线路相间距离 较大，因此导线舞动造成相间短路的几率小，易造 成引流线对塔身放电。此次舞动跳闸的3 条单回线 路均为引流线对杆塔放电引起的，淄潍线 8 3 号和 潍阳线 4 9 号均为中相引流线对塔身放电，潍崂线 5 5 号塔为右相引流线对塔身放电。 此外，生产人员在现场观察到，导线舞动还会 引起耐张塔引流线的剧烈舞动，引流线舞动时轨迹 时而似 “ 跳大绳” ，时而似 “ 荡秋千” 。 1 3 舞动对线路设备造成的损坏 当输电线路发生舞动时，架空线路做大幅度的 波浪式振动，并兼有摆动，其摆动轨迹从线路方向 看近似椭圆状。导线舞动特征呈低频高幅，且持续 时间长，具有较大的危害性。垂直排列的导线发生 舞动时，易造成线路相间短路； 水平排列的导线发 生舞动时，易造成跳线对瓷瓶距离不足而放电。此 一 9一 电力 安全技术 第 l 6 卷 ( 2 0 1 4 年第 6 期 ) 次 5 0 0 k V输电线路舞动，造成了引流线断裂、导 线断裂、 间隔棒等金具损坏、 铁塔主铁裂纹、断线、 螺栓松脱、导线烧伤断股、光缆引下线断开 、光缆 线夹断裂、基础保护帽严重开裂等故障，对电网和 设备的安全运行造成了严重影响。 2 舞动原因分析 2 1 舞动的机理和引发因素 2 1 1 舞动 的机理 架空线路的舞动是由于导线覆冰或其他原因改 变了导线的截面形状而导致空气的动力不稳定引起 的。舞动是低频率 ( 约为 0 1 3 H z ) 、大振幅 ( 约 为输电线路直径的 5 3 0 0 倍) 的白激振动，是一 种复杂的流固耦合问题。 架空线路的舞动常发生在春、冬季节，其形成 主要取决于线路覆冰、 风激励及线路的结构、 参数。 大多数舞动发生在线路覆冰的情况下，且多为非对 称覆冰，即迎风侧厚，背风侧薄，以线路中等覆冰 情况居多 ，但也不乏薄冰舞动的案例。此外，输 电 线路的舞动还跟线路所处的地形有关，多数发生舞 动的线路位于开阔地带或其迎风侧为开阔地带，而 且大截面线路比小截面线路易于舞动，分裂线路比 单线路易于舞动 。 线路张力低至 2 0 8 0 N mm 时 ， 易发生舞动。 2 1 2 引发舞动的主要因素 ( 1 )线路覆冰的影响。舞动多发生于覆冰的线 路，覆冰厚度一般为 2 54 8 m m。线路上形成覆 冰须具备以下 3 个条件： 空气湿度较大， 一般为 9 0 9 5 ， 雨淞、 冻雨或雨夹雪是导致线路覆冰的常见气候条件； 温度一般为 一 50，温度过高或过低均 不利于导线覆冰 ； 风速 ( 大于 l m s ) 可使空气中的水滴运动。 ( 2 )风激励的影响。覆冰线路的舞动是风、冰 雪、线路之间复杂的流固耦合结果，要形成舞动， 除覆冰因素外，还必须有稳定的层流风激励。舞动 风速范围一般为42 0 m s ，且当主导风向与线路 走向夹角大于 4 5 。 时，线路易产生舞动； 该夹角越 接近 9 0 。 ，舞动的可能性越大。因此，在四周无屏 蔽物的开阔地带或山谷风口易发生线路舞动。 ( 3 )线路结构与参数的影响。分裂线路比单线 一 一 路容易舞动。单线路覆冰时，由于扭转刚度小，在 偏心覆冰作用下线路易发生较大扭转 ，使覆冰接近 圆形；分裂线路覆冰时，由于间隔棒的作用 ，每根 子线路的相对扭转刚度 比单导线大得多 ，在偏心覆 冰作用下，线路的扭转极其微小，不能阻止线路覆 冰的不对称性，线路覆冰易形成翼形断面。因此， 与单导线相比，被风激励的分裂线路产生的升力和 扭矩更大。5 0 0 k V超高压输电线路，多采用 4 分 裂线路 ，因此较易发生舞动。 大截面线路 比小截面线路易舞动。大截面线路 的相对扭转刚度比小截面大，在偏心覆冰作用下扭 转角较小，线路覆冰时更易形成翼形断面，在风激 励作用下，产生的升力和扭矩更大。 2 2 舞动原因 据了解 ，从 1月 1 9日夜间开始 ，山东省境 内 出现大范 围降水天气 ，冷空气于 1 月 2 0日早晨开 始影响该省，其中北部地区降水转为降雪，降水量 在 08 2 mm，气温 由 24降到 一 5一 8。 1 月 2 0日， 该省各海区风力逐渐增大， 出现了 78 级阵风 1 0级的东北风。由此可见 ，降水和降温导 致线路不均匀覆冰，偏北风与东西线路走向的夹角 大于 4 5 。 ，在大风的作用下造成线路舞动 。 3 防舞动治理方案 在治理舞动时，首先要先确定易发生覆冰线路 的舞动区段。易覆冰舞动区段主要根据运行经验、 气象部 门的历史观测资料、对沿线现有输 电线路及 通信线路的覆冰及运行情况进行调查来确定。以下 地段宜定性为易覆冰舞动区段： ( 1 )曾经发生过输电线路覆冰舞动或附近输电 线路发生过舞动的区段； ( 2 ) 处于重冰区或中重冰区，且覆冰季主导风 向与线路走向夹角大于 4 5 。 的区段 ； ( 3 )冬季与早春气温可达到 0以下，有雨雪 且风力在 4 m s以上的区段 ； ( 4 )输电线路的大跨越区段。 ( 5 )符合高山分水岭型、水气增大型、地形抬 升型等典型特征的微地形、微气象区。 3 1 单回线路的治理方案 3 1 1 线夹回转式间隔棒 线夹回转式间隔棒是一种采用稳定性防舞机理 第 1 6 卷 ( 2 0 1 4 年第6 期) 电力 安全技术 研制的防舞装置，既能有效抑制导线的舞动，同时 又具有普通 阻尼间隔棒 的作用。其结构特点是：部 分线夹为普通固定线夹，部分线夹为回转线夹，回 转线夹可转动角度范围为 01 7 4 。 ，且可与普通固 定线夹互换。 线夹回转式间隔棒的安装方案如下： ( 1 )线夹回转式间隔棒采取不等距、不对称的 布置方式 ； ( 2 )最大次档距不大于 5 0 m，端次档距不大于 2 5 m，平均次档距一般为 4 5 122 左右； ( 3 )间隔棒的半数夹头采用回转式，安装时应 使回转式的夹头朝向迎风侧。 线夹回转式间隔棒可根据不同的档距来确定需 要安装的数量。 3 1 2 线夹回转式双摆防舞器 线夹回转式双摆防舞器是一种在线夹回转式间 隔棒上安装双摆的防舞装置。该防舞装置基于线性 动力稳定性原理，可以提高系统的动力稳定性，同 时兼具压重防舞的特点 ， 因此具有 良好的工作性能 ， 应用较为广泛。 线夹回转式双摆防舞器的安装方案如下。 ( 1 ) 双摆质量控制为档内导线质量的7 左右。 ( 2 ) 在双摆防舞器安装位置的 8 m范围内不 需安装回转式间隔棒， 保留8 m处的子导线间隔棒， 同时应注意双摆防舞器与相邻间隔棒的距离不超过 间隔棒的最大次档距 5 0 m。 ( 3 )双摆防舞器在档内采取宏观集中、微观分 散的布置方式，即宏观上将双摆 防舞器在档 内若干 点进行集中布置，微观上将双摆防舞器在档内进行 一 定距离的分散布置。在宏观布置方案中，当档距 L小于 7 0 0 m时，采用 3 点布置原则，分别置于 2 9 L，1 2 L，7 9 L处； 当档距 大于 7 0 0 I I 1 时 ， 采 用 4点 布 置 原 则 ，分 别 置 于 2 9 L，7 1 6 L， 9 1 6 L ，7 9 L处。微观布置方案中分别以上述的 3点和 4点为 中心对称分布双摆 防舞器 ，防舞器安 装间距为 57 m。 ( 4 )双摆防舞器所带的线夹回转式间隔棒的半 数夹头采用回转式，且应在安装时使回转式的夹头 朝向迎风侧。 3 1 3 导线对地距离的校验 加装双摆防舞器后，相当于在档内增加了3 或 4 个集中荷载， 这将引起导线弧垂的变化。经计算， 规律档距在 3 0 06 0 0 m 时 ，相应最高气温下的弧 垂增加值如表 l 所示。 由表 1 可知 ，安装双摆防舞器后 ，大档距的弧 垂增加值较大。当档距为 7 0 0 m时，最高气温下的 弧垂值约增加 1 5 m；由于定位裕度基本大于 1 m， 因此，当档距大于 6 0 0 m时，施工完毕后需实测对 地距离，如果不满足对地距离大于 1 1 m 的要求， 需避免在该档安装双摆防舞器。 3 2 同塔双回垂直排列线路的治理方案 同塔双 回垂直排列线路采用相间间隔棒来预防 覆冰舞动。由于 5 0 0 k V导线相 间距较大，可对传 统相间间隔棒的机械特性和结构形式进行优化，如 采用较细的芯棒直径和分段式结构；或改变联接方 式，部分区段采用新型的柔性相问绝缘子等。 5 0 0 k V相导线垂直排列线路相间间隔棒布置 方法如表 2所示。 4 防舞治理效果及存在问题 4 1 防舞治理效果 2 0 1 0年 ，该 公司对所辖线路部分区段采取 了 防舞措施。2 0 1 1 - 0 2 - 2 7 ，在烟台地区霞昆 I 线及 潍坊地区 2 2 0 k V线路发生多次跳闸期 间，但采取 防舞措施的5 0 0 k V线路区段未发生故障跳闸。 表 1 规律档距在 3 0 0 6 0 0 m时相应最高气温下的弧垂增加值 m 规律档距 3 0 0 3