探究架空輸電線路舞動(dòng)與治理措施

探究架空輸電線路舞動(dòng)與治理措施摘要】我國(guó)是輸電線路舞動(dòng)災(zāi)害發(fā)生最多的國(guó)家，并且，線路舞動(dòng)嚴(yán)重的話，會(huì)威脅電力生產(chǎn)的安全運(yùn)行。線路舞動(dòng)引發(fā)的災(zāi)害概率大幅度提升，如出現(xiàn)線路跳閘、損壞電力設(shè)備，導(dǎo)致大面積停電事故的發(fā)生，嚴(yán)重影響輸電線路的安全與穩(wěn)定。本文將簡(jiǎn)單論述輸電線路舞動(dòng)的總體概況以及線路舞動(dòng)的防治措施，并且，最終指出輸電線路舞動(dòng)研究中的發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】輸電線路；導(dǎo)線舞動(dòng)；治理措施

引言

輸電線路運(yùn)行過程中會(huì)受到各種各樣自然條件的影響，造成輸電線路的舞動(dòng)。并且舞動(dòng)是一種較為嚴(yán)重的事故，例如發(fā)生閃絡(luò)、跳閘，損壞金具及絕緣子，桿塔螺栓松動(dòng)導(dǎo)致倒塔等，這些都會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的電力事故。舞動(dòng)問題在本質(zhì)上為非線性動(dòng)力學(xué)問題，加之各種復(fù)雜的隨機(jī)因素，徹底治理難度很大，是架空輸電線路機(jī)械力學(xué)領(lǐng)域公認(rèn)的世界性難題。隨著我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，近年來我國(guó)架空輸電線路舞動(dòng)事故的發(fā)生頻率和強(qiáng)度明顯加強(qiáng)，舞動(dòng)已經(jīng)成為當(dāng)前我國(guó)威脅線路安全的最主要因素之一，電網(wǎng)安全的運(yùn)行面臨著新的挑戰(zhàn)。

1.簡(jiǎn)述線路舞動(dòng)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(dòng)事故也在不斷發(fā)生，從2010年到2016年我國(guó)就發(fā)生多起輸電線路舞動(dòng)事故，這嚴(yán)重威脅到輸電線路的安全運(yùn)行及供電可靠性。因此，研究防舞措施，根據(jù)理論結(jié)合實(shí)際對(duì)防舞進(jìn)行設(shè)計(jì)，并驗(yàn)證所選防舞裝置的有效性，為運(yùn)行單位合理選用防舞裝置提供依據(jù)，具有一定的理論和實(shí)用意義。導(dǎo)線舞動(dòng)在空氣動(dòng)力學(xué)方面也是一個(gè)復(fù)雜的問題。不僅因不對(duì)稱覆冰的分裂導(dǎo)線上，在開闊的地帶容易發(fā)生舞動(dòng)現(xiàn)象。即使在無(wú)冰的單導(dǎo)線上，在特定有利舞動(dòng)環(huán)境及風(fēng)向、風(fēng)速條件下也會(huì)發(fā)生罕見的舞動(dòng)。舞動(dòng)頻率在0.1到1赫茲之間、半波長(zhǎng)為整檔一個(gè)或數(shù)個(gè)的駐波，舞動(dòng)軌跡常出現(xiàn)以偏離垂向?yàn)殚L(zhǎng)軸的橢圓運(yùn)動(dòng)，常伴隨有導(dǎo)線繞相軸線同步交變扭轉(zhuǎn)。最大舞動(dòng)全振幅多出現(xiàn)于基波或與2、3半波復(fù)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(diǎn)連線，腹底會(huì)低于導(dǎo)線弧垂下，全振幅一般不超過12m，也曾發(fā)現(xiàn)過12~15m，對(duì)大跨越可能接近20m。

2.線路舞動(dòng)造成的危害

我國(guó)是發(fā)生線路舞動(dòng)最多的國(guó)家，對(duì)輸電線路舞動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行考察，其有很大可能導(dǎo)致電氣故障事件的發(fā)生，螺栓松動(dòng)或者是脫落的現(xiàn)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(xiàn)象也是極為常見的。據(jù)有關(guān)資料顯示，輸電線路發(fā)生舞動(dòng)故障時(shí)，常常會(huì)導(dǎo)致輸電線路出現(xiàn)300多次跳閘故障，機(jī)械故障也是不下百次的。在產(chǎn)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(jié)構(gòu)發(fā)生破壞故障所占的比例不大于10%。

3.輸電線路舞動(dòng)現(xiàn)象的特點(diǎn)及原因分析

3.1舞動(dòng)特點(diǎn)的分析

（1）范圍大、頻率高、涉及電壓等級(jí)廣

在過去的統(tǒng)計(jì)中，大范圍、高頻率的舞動(dòng)現(xiàn)象很少見，但如今去頻頻出現(xiàn)，一方面是由于在地域分布上，舞動(dòng)區(qū)域已經(jīng)不能只局限在規(guī)定的范圍內(nèi)，而是要延伸到公司電網(wǎng)的各大地區(qū)中。另一方面是由于在時(shí)間頻率上，因?yàn)槿W(wǎng)在一個(gè)冬季中就發(fā)生了六次大范圍、高頻率的舞動(dòng)，這幾乎是每一次大風(fēng)、降溫、冰凍雨雪天氣，都會(huì)有線路發(fā)生舞動(dòng)。最后一方面是舞動(dòng)涉及了各個(gè)電壓等級(jí)。

（2）新型線路對(duì)舞動(dòng)災(zāi)害的抵御能力不強(qiáng)

在大規(guī)模的舞動(dòng)現(xiàn)象中，同塔雙回線路相比單回線路而言，更容易受到舞動(dòng)的影響，而且在相同氣象、覆冰及地理?xiàng)l件的影響下，新型線路更容易發(fā)生舞動(dòng)，并且舞動(dòng)發(fā)生后也更容易發(fā)生跳閘事故，同時(shí)還容易造成機(jī)械事故的發(fā)生。2010年-2016年全省輸電線路舞動(dòng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果：同塔雙回線路舞動(dòng)328條，單回線路舞動(dòng)113條，緊湊型線路舞動(dòng)6條。

3.2舞動(dòng)原因分析

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

舞動(dòng)的形成與風(fēng)速、風(fēng)向以及流態(tài)等各個(gè)因素有著密切的關(guān)系，與此同時(shí)，線路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)對(duì)舞動(dòng)的形成也起著重要的影響作用。其中，造成舞動(dòng)事故的發(fā)生主要有以下幾個(gè)方面。

（1）線路的設(shè)計(jì)是首先按照靜載考慮的，當(dāng)線路發(fā)生舞動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的動(dòng)載荷，然而舞動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)載荷會(huì)造成桿塔橫擔(dān)掛線部位，導(dǎo)致鐵塔整個(gè)橫擔(dān)失衡或者被破壞等。此外，線路舞動(dòng)還會(huì)在導(dǎo)、地線與金具的連接處產(chǎn)生較大的交變應(yīng)力，從而將會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)、地線斷線及金具損壞等現(xiàn)象。

（2）在各電壓等級(jí)的輸電線路設(shè)計(jì)中，往往會(huì)缺少線路舞動(dòng)的具體防治指標(biāo)和相關(guān)措施，這就很容易造成對(duì)舞動(dòng)區(qū)段劃分不明確，導(dǎo)致舞動(dòng)事故的發(fā)生情況。

（3）準(zhǔn)確確定桿塔設(shè)計(jì)的風(fēng)載荷方向及及線路轉(zhuǎn)角度數(shù)。因?yàn)椋€路舞動(dòng)的方向是隨機(jī)的、不確定的，這樣很容易造成導(dǎo)、地線轉(zhuǎn)向的度數(shù)變化，甚至還有可能超出預(yù)先設(shè)計(jì)時(shí)的線路轉(zhuǎn)角度數(shù)，從而引起桿塔整個(gè)橫擔(dān)發(fā)生損壞。

4.防治輸電線路舞動(dòng)的措施

4.1增強(qiáng)線路系統(tǒng)抵御舞動(dòng)故障的能力

輸電線路在形成舞動(dòng)故障時(shí)，就垂直于線路的橫截面內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)方向呈現(xiàn)的是橢圓形，當(dāng)輸電線路舞動(dòng)的幅度過大時(shí)，相鄰兩根運(yùn)動(dòng)的線路就有很大的可能產(chǎn)生碰撞閃弧現(xiàn)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(jìn)與應(yīng)用可以對(duì)線路舞動(dòng)的幅值產(chǎn)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上下大功夫，也就是在相關(guān)措施的輔助下防治相鄰線路之間、線路與地線之間產(chǎn)生碰線現(xiàn)象。此外，水平布置方式的應(yīng)用，減少了線路之間碰線閃絡(luò)的現(xiàn)象，這主要是因?yàn)樵摲绞娇梢允辜夹g(shù)人員按照一定的規(guī)則使線路舞動(dòng)的水平方向位移遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于線路水平相間的距離。另外，增強(qiáng)桿塔塔身與橫擔(dān)的強(qiáng)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(dòng)或者損壞的幾率，達(dá)到抵御舞動(dòng)的效果。

4.2避開與易產(chǎn)生舞動(dòng)故障的覆冰區(qū)域，調(diào)整線路走向

一般來說，當(dāng)溫度在-5~0攝氏度范圍內(nèi)，風(fēng)速不低于10m/s的區(qū)域內(nèi)，會(huì)增加輸電線路舞動(dòng)故障發(fā)生的概率。從風(fēng)向的角度分析，在冰凍季節(jié)刮風(fēng)的方向與線路軸線的夾角大于45度時(shí)，舞動(dòng)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(shí)就降低了舞動(dòng)故障的發(fā)生幾率。

因此在對(duì)輸電線路機(jī)型設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該盡量避開冰凍、風(fēng)向這類的不利因素。在經(jīng)濟(jì)允許的條件下，在先進(jìn)技術(shù)的配合中，盡最大努力避開強(qiáng)舞動(dòng)區(qū)域尤其是在輸電線路安置方向上，技術(shù)人員應(yīng)該盡最大努力減小冬季風(fēng)向與線路走向兩者之間的夾角。

4.3安裝空氣動(dòng)力阻尼器

在輸電線路上安裝空氣動(dòng)力阻尼器，一旦線路受到風(fēng)力的作用，導(dǎo)致阻力的垂直分量會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(xiàn)舞動(dòng)故障。其次，可以通過研究輸電線路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，改變線路的動(dòng)力學(xué)特征。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，我國(guó)開展的舞動(dòng)工作，在范圍和深度上都不夠嚴(yán)謹(jǐn)，到目前為止，任然沒有形成一個(gè)能解決導(dǎo)線舞動(dòng)問題的統(tǒng)一結(jié)論，