送电线路导线舞动

摘 要：从导线覆冰舞动引发的电网事故对电网、社会所造成的影响入手,分别介绍了送电线路导线舞动的概念、产生的条件、特点、危害,最后提出了当前东北地区电网中常见的、比较成熟的防舞动措施.

关 键 词：送电线路；导线舞动；覆冰；风力

送电线路发生导线舞动时将直接引发相间短路等一系列故障,可能会造成导线烧损、杆塔扭曲、线路跳闸,甚至是上级电网的全部停电,给电网、社会造成难以估量的损失和影响.

2008年1月中旬,受持续强冷空气的影响,我国南方地区的云南、湖南、浙江等13个省普降冰雪,出现史无前例的大范围、高强度、长时间的凝冻灾害（导线覆冰厚度普遍超过30mm）,电力设施遭受到极其惨重的创伤,各个电压等级的输配电线路相继出现覆冰断线、倒塔、跳闸,甚至是电网解列等恶性后果,给整个社会造成了极大的损失和危害,电网遭受前所未有的重创（直接经济损失超过104亿元）.

2009年2月下旬,吉林某市雨后急剧降温,输配电线路杆塔、导线上的积冰逐渐增厚,在速度为20米/秒的8级大风的作用下疯狂舞动,造成该地区5条66kV线路跳闸,12基66kV线路杆塔损坏,2座66kV变电所停运,6个乡镇遭受不同程度停电.2010年3月上旬,吉林某市先后出现了暴雨、雨凇、冰粒、降雪等天气现象,气温从0℃开始迅速下降,同时还出现突破同期历史极值的偏北大风（陆地平均风力7级,阵风9～12级）,使线路和变电所不断告急：3座66kV变电所、6条66kV线路因线路断线,从相继跳闸演变成全部停电.

上述灾情均是发生在雨加雪或先雨后雪的天气条件下（地面温度-10℃～-2℃左右）,当铁塔和导线覆冰以后,致使其荷载与迎风面积同时加大,在大风的作用下形成.使得按照覆冰10mm厚、能抗风速10m/s设计的铁塔要在平均覆冰厚度为15mm以上的情况下抵抗20至30m/s的风速,从而远远超出了杆塔的设计标准及其承受自然灾害的极限.电网运行数据表明：每年的秋冬、冬春季节是吉林地区送电线路导线舞动的频发期,在历年各种设备事故中所占的比重最大.

因此,积极探索、开发、研究及应用导线的防舞动措施,尽量避免导线舞动的发生,具有重要的现实意义.

一、导线舞动的原因分析

导线舞动属于空气动力学及柔性悬链结构的风力振动范畴,是一种复杂的由垂直力、水平力、扭转力共同作用的三维运动,是在风力作用下导线所产生的低频率（0.1～3Hz）、大振幅（最大可达到线径的300倍）、不规则的振动,从外观上看上下翻飞、状如凤舞.为区别导线在微风情况下的振动,称之为舞动.

送电线路的导线是规则的、柔性结构体,在稳定低风速（0.3-8m/s）的激励下将会产生与风垂直的振动和与风同向的摆动,而导线在不规则的覆冰情况下其受风面会呈现不规则的变化,此时风力产生的空气动力将是随机的、不规则的变量.当达到一定条件便会诱发导线产生自激励振动,此时铁塔要承受比正常情况下大很多的周期性拉力,当导线舞动的频率与使杆塔固有的频率接近或相同时便会产生谐振,直接导致杆塔严重受损.另外,即使没有雨雪,在天气潮湿的情况下,电力线路导线仍可能快速覆冰,这缘于水气的不断凝华.

可见,决定导线舞动的外部因素是覆冰和风力的作用,并且是二者相互关联、共同作用的结果.导线舞动持续的时间长短取决于气象条件的变化.如果具备风力减缓或气温回升（覆冰脱落）其中一个条件时,舞动自然也就停止了.不过从目前的研究结论来看,尚没有一个认定舞动产生条件的确切的、定量的标准,原因是导线的覆冰是不规则的,诱发其产生自激励的风的强度和方向也不同,或者说究竟多大的风速、什么样的覆冰会产生导线的舞动还只是停留在一个模糊的理论上.

二、导线舞动的特点

1.导线覆冰与电压等级无关,但是舞动却与电压等级有关

通过灾后分析认为,线路电压等级越高,导线的悬挂点和杆塔就越高,导线截面和线路档距也相应增大,遭受的损失也就越严重.因此,给人们的直观感觉是：线路的电压等级越高,导线舞动的几率和严重程度也就越大.

2.线路的方向与风向的夹角越接近垂直,导线发生舞动的几率就越大

就东北地区而论,每年的秋冬、冬春季节的主要风向为北风或西北风,所以对东西走向线路的冲击是最大的.

3.风力是导线舞动强度的决定因素之一

从吉林地区两次线路覆冰舞动灾害来看,按照吉林的地形特点,选取几个比较有特点的区域,根据区域性比较显著的10kV及0.4kV线路断杆情况,说明风力与导线舞动强度呈正比例关系.

4.导线舞动频率低、振幅大

从顺线路方向上看,舞动时导线上任意一点的运动轨迹类似于椭圆,椭圆的平面垂直于导线.导线舞动的出现带有明显的随机性、突发性和不规则性,既能在有覆冰的导线上发生也能在大跨越段上发生,既能产生在一个独立档内也能出现大范围的倒杆倒塔断线.

三、抑制导线舞动的措施

1.安装防振锤

安装防振锤的目的是增加导线的重量、抵消覆冰导线所承受的上升风力、防止导线张力和导线重力的交替作用所产生的振荡.其优点是取材方便、安装简单,在风力较小的情况下对抑制导线振荡具有明显的效果.

2.加装相间间隔棒

为了确保三相导线的间距,加装相间间隔棒要把握住几个关键点,其常规做法是：在档距1/2处的上线与中线之间、1/3和2/3处的中线与下线之间分别安装一个复合绝缘材料制成的相间间隔棒.这种方法的实践效果十分理想,它不但能够有效地改变导线的振荡动方式、保证导线的间距,也能对相联导线的舞动起到制约和削弱的作用.

3.优化设计路径

在吉林地区两次电网灾害中,绝大部分的倒杆、倒塔线路都是东西走向的,而且多数线路都位于山的北侧,这是由于每年秋冬至冬春季节,东北地区的风向以北风或西北风为主.实践证明：线路与风向的夹角越大导线舞动的概率就越高,因此在今后的送电线路建设中,要尽量减少东西走向的路径,避开山口、水库以及大山的背光侧,尽量使线路与风向的夹角不超过45°,进而有效地抑制送电线路导线舞动.

4.提高横风线路的设计标准

在线路的设计阶段就应当充分考虑抑制导线舞动的各种措施,我国送电线路的杆塔结构设计是采用欧美通行的以概率理论为基础的极限状态设计法,设计采用的气象条件是根据沿线的气象资料和运行经验确定的.根据国家有关技术规程规定,500kV输电线路以30年为重现期（即所谓的30年一遇）,220kV和66kV输电线路以15年为重现期.目前,吉林地区66kV至220kV送电线路大多是按表1所示的气象条件进行设计的.

无论如何优化设计路径都不可能完全避免横风线路（走向与主要季风风向接近垂直的线路）的出现.应在历史气象数据的基础上适当提高横风线路的设计与建设标准,同时还应确保相邻耐张杆塔两侧的直线杆塔的垂直档距要大于平均档距.

5.在横风线路上增设防风拉线

实践证明,舞动的剧烈程度跟线路的档距有着直接的关系,线路档距越大舞动就越强烈,所造成的损失就越大,所以有必要尽量减小横风线路的档距.对于运行中的水泥杆线路（特别是横风的水泥杆线路）还要尽量增设防风拉线,这种做法对防倒杆具有比较明显的作用.

6.改变重点区段的线路架设方式

根据运行经验和现场实际的地形、气候等条件,在特殊区段将本来应当同杆塔并架的线路改为分别架设线路.

7.选用防舞动导线

现在有的地方在特殊耐张段内选用防舞动导线,效果也不错.它是由两根完全相同的导线相互扭绞在一起,从而在导线的表面形成一种断面,使导线的迎风面各有不同,进而扰乱了风在导线上的作用力,通过以乱治乱,实现防舞动.

国家电网公司业已调整电网设计、建设的企业标准,以提高电网的大范围抗冰能力,相关的调整方案为：35kV至330kV电网灾害设防标准由15年一遇提高到30年一遇,500kV至750kV电网灾害设防标准由30年一遇提高到50年一遇,正在建设的特高压电网工程的灾害设防标准按100年一遇考虑.导线舞动目前还是一个尚待急需解决的难题,而且其危害又特别严重,仍需进一步探索.作为电力工作者更应当加快对新技术、新材料、新措施的开发与研究,注重现场观测、广泛积累经验,因地制宜地采取符合本地区实际的防舞动措施,以确保送电线路的安全、可靠运行.

（责任编辑：刘辉）