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輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)是長(zhǎng)期以來(lái)影響本地區(qū)電網(wǎng)輸電線路度冬安全的重要因素,其可以造成輸電線路跳閘、鐵塔橫擔(dān)部分螺栓脫落以及鐵塔橫擔(dān)、跳線、絕緣子、金具受損,使得電網(wǎng)運(yùn)行形勢(shì)極為嚴(yán)峻。

并且由于架空輸電線路桿塔是一種大跨度高聳結(jié)構(gòu)、導(dǎo)線剛度較柔、自振周期大,對(duì)風(fēng)載荷的激勵(lì)十分敏感。在一些外在因素的作用下,輸電線路的舞動(dòng)幅度大,因此容易引起相間閃絡(luò),造成線路跳閘停電,而這種情況下的故障會(huì)給電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來(lái)較大的危害。

解析法

解析法是根據(jù)達(dá)朗貝爾原理建立懸索的自由振動(dòng)方程進(jìn)行求解的方法。架空導(dǎo)線的垂跨比一般小于 1/8,并且主要關(guān)心面內(nèi)豎向振動(dòng)和面外振動(dòng),可以忽略縱線向的振動(dòng)。

有限元法

解析法計(jì)算動(dòng)力特性只適用于兩端鉸接的單檔導(dǎo)線受到豎向均布荷載的情況,對(duì)于實(shí)際工程中多種荷載和復(fù)雜邊界條件下的多檔輸電線的動(dòng)力特性問(wèn)題,需要利用有限元方法進(jìn)行計(jì)算。研究認(rèn)為,在一定的風(fēng)速和攻角條件下,就會(huì)發(fā)揮舞動(dòng)。由于可見(jiàn),架空導(dǎo)線是否舞動(dòng)與覆冰導(dǎo)線截面的氣動(dòng)力特性有關(guān)。

一是對(duì)舞動(dòng)的線路設(shè)備進(jìn)行全面檢查,分析評(píng)估舞動(dòng)對(duì)線路設(shè)備造成的影響。對(duì)舞動(dòng)幅度大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的線路金具和絕緣子進(jìn)行抽樣試驗(yàn),對(duì)疲勞受損元件結(jié)合停電進(jìn)行更換。二是對(duì)線路舞動(dòng)區(qū)段開(kāi)展防舞動(dòng)治理,同塔雙回線路至少一條線路采取防舞措施,重要聯(lián)絡(luò)線優(yōu)先治理,其它未舞動(dòng)區(qū)段結(jié)合地形、地貌、線路走向、桿塔結(jié)構(gòu)等因素,開(kāi)展舞動(dòng)可能性分析,必要時(shí)進(jìn)行治理,確保在發(fā)生大面積舞動(dòng)的情況下,各電壓等級(jí)線路,尤其是核心骨干網(wǎng)架、戰(zhàn)略性輸電通道、重要負(fù)荷供電線路等線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。三是對(duì)線路加裝線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒、相間間隔棒、雙擺防舞器等防舞裝置進(jìn)行防舞技術(shù)改造。四是在舞動(dòng)區(qū)安裝必要的舞動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置,對(duì)輸電線路舞動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。建設(shè)分布式小型氣象站,對(duì)氣象信息進(jìn)行監(jiān)視和預(yù)警。為調(diào)度和應(yīng)急處置提供技術(shù)手段,為舞動(dòng)治理提供數(shù)據(jù)支撐。

比如 2013 年,某某境內(nèi)遭遇大風(fēng)侵襲,瞬時(shí)最大風(fēng)力達(dá) 7 級(jí),當(dāng)?shù)仉姌I(yè)局立即啟動(dòng)惡劣天氣應(yīng)急預(yù)案,迅速組織人員對(duì)各變電站設(shè)備及供電線路進(jìn)行特殊巡視,認(rèn)真檢查設(shè)備區(qū)母線及引流線有無(wú)松動(dòng)、斷股現(xiàn)象及設(shè)備上有無(wú)大風(fēng)刮起的雜物,對(duì)輸電線路易舞動(dòng)區(qū)域和線下建筑區(qū)域加強(qiáng)巡視力度,杜絕一切因大風(fēng)引起危及設(shè)備、線路的安全隱患,確保電網(wǎng)在惡劣天氣下的安全運(yùn)行。

總之,輸電線的導(dǎo)線舞蹈給安全可靠運(yùn)行造成了極大的危害,我們需要積極加強(qiáng)力學(xué)分析,才能做到有針對(duì)性的治理,保證導(dǎo)線舞動(dòng)治理工作的長(zhǎng)期性和連貫性。

線路舞動(dòng)除引起電氣故障外,還同時(shí)造成螺栓松動(dòng)、脫落,金具、絕緣子、跳線損壞,導(dǎo)線斷股、斷線,塔材、基礎(chǔ)受損等嚴(yán)重的機(jī)械損傷。

發(fā)生規(guī)律

從氣象條件看,2009年11月入冬以來(lái)的氣象特點(diǎn)較往年存在較大差異,主要表現(xiàn)為降水多、降溫幅度大、范圍廣、過(guò)程頻繁、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、極端降溫事件多等,每一次天氣過(guò)程中均有雨雪冰凍,并伴有大風(fēng)降溫,極易誘發(fā)線路覆冰舞動(dòng)。7次大面積線路舞動(dòng),基本都經(jīng)歷了雨淞或雨夾雪天氣過(guò)程,并有明顯的導(dǎo)線覆冰,覆冰厚度約為4～ 25 mm。

從線路走向看,舞動(dòng)線路的路徑區(qū)域以平坦開(kāi)闊平原或丘陵為主,96%的舞動(dòng)線路(區(qū)段)為東西走向。由于我國(guó)冬季的主導(dǎo)風(fēng)向以北風(fēng)或偏北風(fēng)為主,發(fā)生舞動(dòng)線路的走向與主導(dǎo)風(fēng)向的夾角普遍> 45°。少數(shù)南北走向的舞動(dòng)線路,舞動(dòng)發(fā)生時(shí)的線路受微地形、微氣象影響,舞動(dòng)發(fā)生時(shí)風(fēng)向與線路走向夾角較大。

從線路結(jié)構(gòu)看,不同結(jié)構(gòu)的線路舞動(dòng)發(fā)生情況不盡相同,其中500 kV和220 kV線路舞動(dòng)情況較多,占舞動(dòng)線路總數(shù)的60%。發(fā)生舞動(dòng)的500 kV線路,其導(dǎo)線多為4分裂、6分裂型式,220 kV線路導(dǎo)線多為雙分裂型式；按桿塔結(jié)構(gòu)型式分,架線較高的同塔雙/多回線路占舞動(dòng)線路的61.5%,舞動(dòng)發(fā)生區(qū)域內(nèi)的緊湊型線路普遍發(fā)生了舞動(dòng)。

線路舞動(dòng)特點(diǎn)

與以往線路舞動(dòng)事件相比,2009—2010年冬季線路舞動(dòng)表現(xiàn)出一些新的特點(diǎn)：

1、舞動(dòng)范圍擴(kuò)大,頻度明顯增加：2009— 2010年冬季7次舞動(dòng)過(guò)程波及14個(gè)網(wǎng)省公司,湖北、河南、遼寧等傳統(tǒng)的易舞區(qū)線路舞動(dòng)仍較嚴(yán)重,而歷史上極少發(fā)生舞動(dòng)的河北、山東、浙江、山西、陜西、安徽和江蘇等省份也相繼發(fā)生了大范圍的舞動(dòng)現(xiàn)象,舞動(dòng)區(qū)域范圍明顯擴(kuò)大。冬季每一次大風(fēng)降溫、冰凍雨雪天氣過(guò)程,都有線路舞動(dòng)事件發(fā)生,僅河南就發(fā)生了3次大范圍的線路舞動(dòng),舞動(dòng)發(fā)生頻度明顯增加。

2、舞動(dòng)發(fā)生規(guī)模較大,涉及電壓范圍廣：據(jù)統(tǒng)計(jì),2000— 2008年間公司系統(tǒng)500 kV、220 kV舞動(dòng)線路總數(shù)分別為43條和54條；而2009— 2010年冬季的7次舞動(dòng)中,500 kV、220 kV舞動(dòng)線路為148和212條,遠(yuǎn)超過(guò)前9年總和。同時(shí),舞動(dòng)線路范圍涉及10～ 500 kV各個(gè)電壓等級(jí)線路,部分通訊線路、電鐵接觸網(wǎng)也發(fā)生了舞動(dòng)故障。

因此,舞動(dòng)已不能簡(jiǎn)單認(rèn)為是個(gè)別地區(qū)、個(gè)別區(qū)段的小概率事件,當(dāng)氣象、覆冰、線路結(jié)構(gòu)參數(shù)等條件滿足舞動(dòng)發(fā)生條件時(shí),各區(qū)域、各電壓等級(jí)輸電線路均可能發(fā)生舞動(dòng),并導(dǎo)致線路事故的發(fā)生。

3、新型線路抗舞能力較弱：7次線路舞動(dòng)過(guò)程中,同塔雙(多)回線路較之單回線路、緊湊型線路較485之普通線路更易受到舞動(dòng)影響,在相同氣象、覆冰及地貌條件下,新型線路更易發(fā)生舞動(dòng),舞動(dòng)發(fā)生后也更易發(fā)生跳閘故障,同時(shí)造成機(jī)械故障。在7次線路舞動(dòng)過(guò)程中,同塔雙回線路舞動(dòng)390條,占舞動(dòng)線路總數(shù)的62%；單回線路舞動(dòng)244條,占總數(shù)的38%。同塔雙回舞動(dòng)線路中62%發(fā)生跳閘故障,單回舞動(dòng)線路中39%發(fā)生跳閘故障；330 kV 4條舞動(dòng)線路均為同塔雙回線路。

復(fù)雜結(jié)構(gòu)舞動(dòng)

投運(yùn)及建設(shè)中輸電線路,大多采用6分裂、8分裂等多分裂導(dǎo)線結(jié)構(gòu),電網(wǎng)網(wǎng)架復(fù)雜,桿塔平均高度較高,并大量采用采用同塔雙回桿塔,我國(guó)能源分布特點(diǎn)又決定了主要輸電線路網(wǎng)架結(jié)構(gòu)都是東西走向,線路距離較長(zhǎng),線路走廊氣候和地理?xiàng)l件調(diào)價(jià)復(fù)雜,并且線路主體部分與冬季主導(dǎo)風(fēng)向夾角較大,這些都形成了易于引起舞動(dòng)的主要因素。

大面積停運(yùn)

線路舞動(dòng)影響范圍大,持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),相間故障多發(fā),容易導(dǎo)致電網(wǎng)大面積停電事故。2010-01-20山東發(fā)生大面積舞動(dòng),自8時(shí)18分起至21時(shí)50分,13條500 kV線路跳閘36條次,41條220 kV線路跳閘86條次,電網(wǎng)結(jié)構(gòu)遭受?chē)?yán)重破壞,煙威電網(wǎng)僅通過(guò)嶗陽(yáng)線并網(wǎng)。1月28日河北、山東、河南發(fā)生大面積舞動(dòng),華北與山東聯(lián)網(wǎng)的辛聊雙回線、黃濱雙回線先后故障,山東與華北兩次短時(shí)解列,陽(yáng)城電廠送出的3回線路也先后因舞動(dòng)導(dǎo)致永久故障,陽(yáng)城電廠全停。

機(jī)械故障

舞動(dòng)不僅引起短路跳閘,長(zhǎng)時(shí)間舞動(dòng)還會(huì)導(dǎo)致桿塔螺栓松動(dòng)、強(qiáng)度降低,金具、絕緣子、跳線損壞；導(dǎo)線斷股、斷線,塔材、基礎(chǔ)受損甚至倒塔等大量機(jī)械損壞,搶修難度大。另外,舞動(dòng)造成的桿塔螺栓松動(dòng)、導(dǎo)線、金具、絕緣子隱性損傷等缺陷短時(shí)間內(nèi)往往難以發(fā)現(xiàn),對(duì)線路安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。

治理范圍

1、已發(fā)生舞動(dòng)的輸電線路相應(yīng)舞動(dòng)區(qū)段應(yīng)開(kāi)展防舞治理；其它未舞動(dòng)區(qū)段應(yīng)開(kāi)展舞動(dòng)可能性分析,結(jié)合地形、地貌、線路走向、桿塔結(jié)構(gòu)等因素,必要時(shí)開(kāi)展防舞治理。

2、與舞動(dòng)線路處于同一區(qū)域的未舞動(dòng)線路應(yīng)開(kāi)展舞動(dòng)可能性分析,必要時(shí)開(kāi)展防舞治理。同塔雙回線路應(yīng)對(duì)其中一條線路采取防舞措施。

3)500 kV及以上電壓等級(jí)和220 kV重要輸電線路應(yīng)結(jié)合氣象條件、地形、地貌、線路走向、線路參數(shù)、桿塔結(jié)構(gòu)等因素開(kāi)展舞動(dòng)可能性分析,必要時(shí)開(kāi)展防舞治理。

技術(shù)措施

在運(yùn)輸電線路舞動(dòng)治理的主要措施是加裝防舞裝置或進(jìn)行防舞技術(shù)改造,其中防舞裝置主要包括：線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒、相間間隔棒、雙擺防舞器等,上述防舞裝置可組合應(yīng)用。防舞技術(shù)改造包括：改善鐵塔螺栓的防松性能；適當(dāng)提高桿塔關(guān)鍵部位和相關(guān)金具的強(qiáng)度；適當(dāng)縮小檔距和耐張段長(zhǎng)度,改變局部地區(qū)的線路走向,避開(kāi)舞動(dòng)地帶等。

選擇原則

1、500(330)kV及以上電壓等級(jí)輸電線路：①同塔雙(多)回輸電線路:優(yōu)先采用線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒、相間間隔棒,其次是雙擺防舞器、失諧擺及偏心重錘等。不同回路可采用不同的防舞裝置；②單回輸電線路：可采用線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒、雙擺防舞器、失諧擺等；③緊湊型輸電線路：優(yōu)先采用相間間隔棒,其次是線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒；④特高壓輸電線路：優(yōu)先采用線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒或線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒雙擺防舞器,其次是雙擺防舞器等。

2、220 kV及以下電壓等級(jí)輸電線路：①相導(dǎo)線垂直或三角排列時(shí)優(yōu)先采用相間間隔棒,其次是線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒、雙擺防舞器等;②相導(dǎo)線水平排列時(shí)優(yōu)先采用線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒,其次是雙擺防舞器、相間間隔棒、防舞鞭等。