输电线路舞动介绍

输电线路舞动 输电线路舞动简介舞动发生机理目前治理方法介绍国内舞动情况及主要防治措施 目录 输电线路覆冰舞动简介 舞动现场录像 舞动 一种导线风致振动形式 galloping 驰振 艺术化描述 舞动 低频 0 1 3Hz 大振幅 导线直径20 300倍 自激振动 形态 一个或几个半波 轨迹 椭圆 破坏 相间闪络 跳闸 破坏 螺栓松动脱落 破坏 断线 断股 破坏 金具损坏 破坏 绝缘子 引流线 破坏 塔材损害 倒塔 导线舞动影响因素 14 输电线路舞动原因及特点分析 雨淞 雾凇 混合淞 覆冰 温降到 5 0 风速为3 15m s时 如果有大雾或细雨 导线上首先会形成雨淞 如果温度降至 15 8 时 在原有冰层的基础上会形成雾凇 导线覆冰 危害 风激励 舞动能量来源 风速 风向 平稳风 输电线路风振 微风振动 覆冰舞动 次档距振动 风偏 线路参数 线路的机械参数 张力 刚度 连接方式等 线路的结构参数 分裂导线 紧凑型等 20 2009 2010年冬季输电线路覆冰舞动原因 典型气象条件 气象 2009年11月9 13日 河南大范围风雪和冻雨天气 3 0 10m s 山西罕见的雨雪天气 16 5 8 10m s 2009年12月27日 2010年1月6日 2010年1月19 20日 湖南 江西 浙江气温骤降 大风雨雪天气 湖南长沙 湘潭 3 5 15m s 江西 1 0 3 5 8 10m s 浙江衢州0 以下 6m s 辽宁 河北 山东气温骤降 大风雨雪天气 辽宁大连 鞍山 本溪和营口0 以下 5 18m s 河北沧州 2 1 8 14m s 山东 3 0 10 20m s 2009 2010年冬季输电线路覆冰舞动原因 覆冰条件 浙江仙特线覆冰 河南线路典型覆冰 山西朔云线覆冰 偏心覆冰 河南 约15mm 山西 约15mm 湖南 约7mm 江西 约13 14mm 浙江 迎风面约10 22mm 背风面约2 10mm 辽宁 约3 10mm 最大15mm 河北 约2 3mm 山东 最大7 10mm 21 2009 2010年冬季输电线路覆冰舞动原因 线路条件 舞动发生地形特点 多为平坦开阔地带 电压等级 涉及较广 大多为500kV及220kV线路 线路走向和风向夹角 基本大于45 22 紧凑型线路防脱冰跳跃和舞动的特殊性 缩小导线相间距离 增加相导线分裂根数和相导线等效半径等方式 导线分裂数多 导线截面大 离地高度大 电压等级高 相间距离小 增加舞动发生的可能性 抗舞动能力更弱 轻微舞动就可能产生相间闪络 大幅度提高自然输送功率 有效压缩输电线路走廊 2000 2008年220kV 500kV线路舞动与风速关系特点 典型舞动条件分析 1 24 2000 2008年220kV 500kV线路舞动与覆冰关系特点 典型舞动条件分析 2 25 舞动事故的时间分布图 举例 10年1月19 20日 河北东骅线相间故障跳闸 覆冰痕迹 现场主要特征 损伤情况 事故初步分析依据 事故原因分析 线路故障是由于导线覆冰覆冰舞动造成的 舞动发生原理介绍 舞动研究 理论机理 实验研究 数值方法 难题 舞动起因 垂直激发机理 DenHartog机理 扭转激发机理 O Nigol机理 偏心惯性耦合舞动机稳定性舞动机理 现有舞动机理 1 垂直激发机理 DenHartog机理 舞动是由空气动力产生的负阻尼引起 此物理模型比较简单 为单自由度模型 只考虑了导线的横向振动 2 扭转激发机理 O Nigol机理 横向振动总是与扭转振动相伴而生 导线自身的扭振 引发导线在横向的失稳 产生舞动 此物理模型基于导线扭转分析得到 应用于分裂导线舞动分析中较为成功 对单导线的应用现在还存在争论 40 3 惯性耦合激发机理 此机理在实践中的验证比较少 4 稳定性舞动机理 动力不稳定现象 通过稳定性分析确定舞动激发机制 舞动试验 实际观测 试验线路 风洞试验 实际观测 通过在易舞区域的输电线路导线上或试验线路上安装监测设备 观测实际的气象 地貌条件下导线舞动的特征 舞动现象的偶发性和非控性 试验线路 将人造覆冰安装到试验线路上 监测其在实际风场中的振动状态 研究舞动特性及评估舞动设计方案和舞动装置的防治效果 日本的Mogami试验线路和加拿大IREQ试验线路 试验能力有限 风洞试验 主要应用于模型分析中 通过试验得到不同冰型情况下导线结构的空气动力参数以及响应数据 验证理论及数值分析模型的准确性和可靠性 现有防治措施介绍 防舞方法 设计阶段 线路走向 线路参数 机械性能 运行阶段 防舞装置 48 防舞技术路线避合理选择线路的走向和路径 避开舞动多发地区及微气象 微地形区域 49 防舞技术路线抗适当提高线路的机械及电气强度 以提高线路抗舞动的能力 防对已发生或可能发生舞动的线路 需及时设计防舞方案 加装防舞器 50 防舞技术路线 避 抗 理论研究不够 实践经验欠缺 可操作性较差 防 舞技术相对成熟 且易于操作 经济性也较 避 和 抗 好 对于易舞区新建 在运线路基本都采用 防 的措施 加装防舞装置是防舞工作的主要内容 加装防舞装置的防舞设计 方法较易于实现 造价也相对较低 因此应是主要的防舞设计方法 结论 已有线路 52 防舞技术研究成果常用防舞装置包括 线夹回转式间隔棒 相间间隔棒 双摆防舞器 失谐摆 防舞鞭 偏心重锤 阻尼防舞器 扰流器等 每种防舞器都有其使用特点及要求 就防舞效果而言到目前为止 防舞器也只能一定程度上抑制舞动 尚不能完全防止舞动的发生 常用防舞装置及其特点 扰流防舞器 改变导线外形 改变空气动力特性 绕流线 空气动力阻尼器 终端阻尼器 扰流线的直径 0 75 扰流线的覆盖长度 0 25 覆冰较薄的地区 常用防舞装置及其特点 失谐摆 提高导线的整体扭转刚度 摆锤摆长及质量 布置方式 改变系统结构特性 常用防舞装置及其特点 集中防振锤 改变系统结构特性 集中防振锤的质量 临界风速 中点托升原理 相邻节距不相等 整体布置不对称 考虑局部强度和微风振动 常用防舞装置及其特点 相间间隔棒 改变系统结构特性 运动时互相牵制 抑制舞动 机械强度 相间过电压 避免上下安装在一条直线上 避开波节点 安装在波腹处或附近 常用防舞装置及其特点 双摆防舞器 稳定性防舞机理 质量设计 摆角设计 摆长设计 防舞器数量 常用防舞装置及其特点 分散式偏心重锤 控制振动系统扭转运动的反馈增益 补偿扭转运动的滞后相位 常用防舞装置及其特点 线夹回转式间隔棒 降低导线不均匀覆冰 主要抑制次档距振荡 同时考虑电磁吸引和扭转复原 非线性数学规划的方法对间隔棒的布置方案进行优选 60 单导线线路防舞设计对于较低电压等级 相导线为单导线的线路防舞 可采用相间间隔棒 失谐摆 集中防振锤 防舞鞭等 防舞鞭尚未实现国产化 造价较高 分裂导线线路防舞设计适用于分裂导线防舞的防舞装置较多 根据我国舞动防治经验 可采用线夹回转式间隔棒 双摆防舞器 相间间隔棒 偏心重锤 集中防振锤等 典型线路的防舞设计方法 61 紧凑型线路防舞设计对于500kV及以上电压等级的紧凑型线路 考虑到其线路特点 防舞设计建议优先采用线夹回转式间隔棒 其次是相间间隔棒 可以将它们组合应用 防舞效果更好 特高压线路防舞设计特高压线路由于其电压等级高 架线高 档距大 分裂数多 导线截面大等特点 特高压线路的防舞建议优先采用线夹回转式间隔棒或线夹回转式间隔棒双摆防舞器 其次是失谐间隔棒等 典型线路的防舞设计方法 62 舞动研究重视不够 研究基础薄弱理论研究难度大防舞技术手段有限 防舞效果不够理想防舞工作缺乏指导性的规范 标准防治工作重 治 轻 防 主动性差防舞技术的采用有一定的盲目性试验研究手段待完善 存在的问题 国内舞动情况及常用治理方案 我国属于舞动频发国家 传统舞动带北起黑龙江南到湖南 干冷气流 暖湿气流 65 2000 2008年220kV 500kV线路舞动区域分布特点 舞动新趋势 国内气候的变化 特别是恶劣气象条件的频发 新建线路的大量增加 舞动发生的地域范围扩大 舞动发生频率增加 舞动造成的危害和破坏性变大 67 舞动新特点分析 1 舞动发生频率高 2009 2010年冬季输电线路覆冰舞动特点 2009 11 2010 1不足3个月内共发生三次大规模舞动现象 68 2009 2010年冬季输电线路覆冰舞动特点 2009 2010年冬舞动涉及八个省份 舞动区域由传统易舞区扩展到舞动少发区 2009 11山西 河南山区线路也发生了舞动 舞动不再局限于平坦 开阔地带 舞动新特点分析 2 舞动区域在扩大 2009 11 2010 1舞动线路波及10 500kV各电压等级的输配电线路 69 舞动新特点分析 3 一次恶劣天气造成舞动范围大 2009 2010年冬季输电线路覆冰舞动特点 单个省域内 仅山东省就包括济南 青岛 淄博 潍坊 烟台 泰安 滨州 威海和莱芜9个地区 全网范围内 涉及河南 山西 湖南 江西 浙江 辽宁 河北 山