緊湊型線路覆冰舞動跳閘機(jī)理及治理

1、<p>　　緊湊型線路覆冰舞動跳閘機(jī)理及治理</p><p>　　摘要：從線路所處氣象條件、地形條件、路徑走向和結(jié)構(gòu)參數(shù)的特點，結(jié)合近年來山西電網(wǎng)湊型線路覆冰舞動跳閘的原因進(jìn)行了總結(jié)分析，對防覆冰舞動治理方法進(jìn)行了初步探討，針對緊湊型線路相間距離小，在微氣象、大檔距、大高差區(qū)段采取的治理措施等。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：覆冰舞動 氣象條件 地形條件 故障跳閘 </p&

2、gt;<p><b>　　0 引言 </b></p><p>　　某幾條500千伏緊湊型線路自投運以來，山區(qū)微氣象、大檔距、大高差區(qū)段，每年冬季雨雪大風(fēng)天氣連續(xù)發(fā)生覆冰舞動相間故障跳閘，而且故障區(qū)段基本一致，給輸電線路的安全穩(wěn)定運行帶來巨大的挑戰(zhàn)。為了對緊湊型線路防覆冰舞動治理，深入分析其發(fā)生機(jī)理，提出解決方案。 </p><p>　　1 發(fā)生覆冰舞動的

3、機(jī)理 </p><p>　　導(dǎo)線舞動是由導(dǎo)線不均勻覆冰造成的空氣動力不穩(wěn)定引起的一種在垂直平面內(nèi)的低頻、大振幅自激振，是一種復(fù)雜的流固耦合現(xiàn)象。導(dǎo)線的截面本身為近似圓形，一般不會空氣動力失穩(wěn)。覆冰時，誘發(fā)導(dǎo)線按照疊加頻率振動并隨風(fēng)舞動，造成導(dǎo)線相間距離不足，引起相間短路，重合閘不動作。引起導(dǎo)線舞動的因數(shù)主要有三個方面： </p><p>　　1.1 導(dǎo)線不均勻覆冰。導(dǎo)線不均勻覆冰多為非對稱

4、覆冰，即迎風(fēng)側(cè)厚，背風(fēng)側(cè)薄，會形成新月形、扇形、D形等不規(guī)則形狀，改變導(dǎo)線空氣動力性能，在風(fēng)的激勵下易誘發(fā)舞動。 </p><p>　　1.2 風(fēng)的激勵。一方面，風(fēng)力的作用為導(dǎo)線的不均勻覆冰提供了前提條件，影響了覆冰的形狀，進(jìn)而影響導(dǎo)線空氣動力性能；另一方面，當(dāng)不均勻覆冰形成后，穩(wěn)定的層流風(fēng)為導(dǎo)線舞動提供了必要的激勵。據(jù)統(tǒng)計，在風(fēng)速為7-10m/s，風(fēng)攻角為60°-80°的天氣情況下易發(fā)生導(dǎo)線

5、舞動。 </p><p>　　1.3 線路結(jié)構(gòu)。據(jù)統(tǒng)計，在同樣的地理與氣象條件下，分裂導(dǎo)線比單導(dǎo)線容易產(chǎn)生舞動。這是因為，單導(dǎo)線覆冰時，由于扭轉(zhuǎn)剛度小，在偏心覆冰作用下導(dǎo)線易發(fā)生大幅扭轉(zhuǎn)，使覆冰接近圓形；分裂導(dǎo)線覆冰時，由于間隔棒的作用，單根子導(dǎo)線難以發(fā)生扭轉(zhuǎn)，導(dǎo)線覆冰易形成翼形斷面，因此，對于分裂導(dǎo)線，由風(fēng)激勵產(chǎn)生的升力和扭轉(zhuǎn)遠(yuǎn)大于單導(dǎo)線，更易形成舞動。 </p><p>　　當(dāng)水平方向

6、的風(fēng)吹到不均勻覆冰的導(dǎo)線上時，將產(chǎn)生一定的作用力，在一定的條件下，會引起導(dǎo)線發(fā)生低頻率，大振幅的自激振動，其形態(tài)上導(dǎo)線上下抖動，稱為舞動。產(chǎn)生舞動因數(shù)很多，而且又相互影響，總結(jié)起來，主要作用因數(shù)有四個方面，路徑走向、地形條件、氣象條件、結(jié)構(gòu)參數(shù)。 </p><p>　?、倬€路路徑走向的影響。線路產(chǎn)生舞動的大小和狀態(tài)，主要在于風(fēng)向和導(dǎo)線的夾角，當(dāng)夾角達(dá)90°時，對導(dǎo)線發(fā)生舞動的影響最大；相反，當(dāng)夾角為零時

7、，即風(fēng)向與導(dǎo)線走向平行時，則引起舞動的可能性最小，實踐證明，在發(fā)生舞動的區(qū)段，線路與風(fēng)向夾角均大于45°，未發(fā)生舞動的區(qū)段，導(dǎo)線與風(fēng)向夾角均小于45°。 </p><p>　?、诰€路結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響。在相同的氣象和地理條件下，緊湊型線路，導(dǎo)線為六分裂，分裂數(shù)多，截面大，在覆冰后，容易發(fā)生導(dǎo)線舞動。對導(dǎo)線中心而言，導(dǎo)線覆冰總是偏心而且朝向迎風(fēng)面的，這個偏心將會引起導(dǎo)線自身發(fā)生扭轉(zhuǎn)，從而不斷改變導(dǎo)線

8、的迎風(fēng)面，這樣不斷覆冰，不斷扭轉(zhuǎn)，使覆冰導(dǎo)線的形狀趨于圓形，以致消弱了空氣對導(dǎo)線的作用力，對舞動產(chǎn)生了抑制作用，而分裂導(dǎo)線不同，每隔一定距離安裝一個子導(dǎo)線間隔棒，將每條子導(dǎo)線連接在一起，在每一個次檔距內(nèi)的子導(dǎo)線，其兩端被間隔棒固定，其扭轉(zhuǎn)剛度大大高于相同截面的單導(dǎo)線，在偏心覆冰后難以繞其自身軸線轉(zhuǎn)動，偏心覆冰的狀況得不到緩解，導(dǎo)致在分裂導(dǎo)線上的空氣動力作用比單導(dǎo)線大的多，截面積大的導(dǎo)線比截面積小的導(dǎo)線容易產(chǎn)生舞動，這與其自身的扭轉(zhuǎn)剛度有

9、很大關(guān)系，截面積大的導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)剛度大，在偏心覆冰后很難產(chǎn)生自身的扭轉(zhuǎn)，使得覆冰層更多的堆積在同一方向，導(dǎo)致導(dǎo)線的迎風(fēng)面與背風(fēng)面得冰層厚度差增大，導(dǎo)線覆冰的偏心度比截面積小的導(dǎo)線嚴(yán)重的多。因此產(chǎn)生舞動的概率增大。 </p><p>　　緊湊型線路三相導(dǎo)線倒三角排列，相間距離7.2米，較常規(guī)線路小，大風(fēng)覆冰舞動時易造成相間故障。 </p><p>　?、蹥庀蠓治?。導(dǎo)線與風(fēng)向的夾角雖然是引起導(dǎo)線舞

10、動的一個主要原因，但是導(dǎo)線的舞動是在風(fēng)和覆冰的聯(lián)合作用下產(chǎn)生的，即風(fēng)向指的是導(dǎo)線覆冰時的風(fēng)向。在歷年來線路覆冰舞動故障發(fā)生前后，都是雨雪天氣，并伴有大風(fēng)。 </p><p>　?、艿匦苇h(huán)境分析。幾次故障地形：地向分別為中間一溝大風(fēng)口、埡口地形、高山溝谷，故障區(qū)段大多位于大高差、大檔距區(qū)段，由此看見高海拔大風(fēng)口地段是覆冰舞動的原因之一。 </p><p><b>　　2 存在問題

11、</b></p><p>　　2.1 線路結(jié)構(gòu)參數(shù)不合理。緊湊型線路，導(dǎo)線為六分裂，分裂數(shù)多，截面大，在覆冰后，容易發(fā)生導(dǎo)線舞動。三相導(dǎo)線倒三角排列，相間距離7.2米，較常規(guī)線路小，大風(fēng)舞動時易造成相間故障。 </p><p>　　2.2 路徑選擇不合理。未考慮局部微地形、微氣象，以及大檔距影響，線路局部地段存在先天不足，無法抵御特殊氣象的侵襲。 </p><

12、;p>　　2.3 特殊惡劣氣象出現(xiàn)的頻度和強(qiáng)度增強(qiáng)，輸電線路遭受的侵襲愈發(fā)頻繁，再加上微地形因素和緊湊型線路塔形結(jié)構(gòu)的綜合影響，導(dǎo)致覆冰舞動跳閘。 </p><p>　　2.4 采用加裝相間間隔棒的方法，無法有效的避免相間故障的發(fā)生。（如下圖） </p><p>　　3 防范措施和治理效果 </p><p>　　在2010年曾經(jīng)對重點舞動區(qū)進(jìn)行了改造治理，加裝

13、了相間間隔棒和可旋轉(zhuǎn)式子導(dǎo)線間隔棒，起到了一定的效果，但是由于近年來惡劣天氣頻發(fā)，覆冰舞動導(dǎo)致相間間隔棒斷裂，發(fā)生相間短路跳閘。經(jīng)過近幾年運行經(jīng)驗總結(jié)，采取了防舞動專項治理計劃，重點采取了如下措施： </p><p>　　3.1 根據(jù)現(xiàn)場情況，開展易覆冰區(qū)域排查，加強(qiáng)大檔距、大跨越、大高差地段的排查力度，分析總結(jié)冰雪天氣下，線路的覆冰情況。做好今后惡劣天氣下設(shè)備覆冰的觀測工作，對重點覆冰區(qū)段請設(shè)計單位校核，根據(jù)校

14、核結(jié)果，上報采取局部改造，減少耐張段長度，縮小檔距等措施。 </p><p>　　3.2 落實差異化設(shè)計要求，新建線路經(jīng)過微地形、微氣象區(qū)，應(yīng)進(jìn)行特殊設(shè)計，采取相應(yīng)措施，提高線路抵御特殊氣象能力，同時運行單位要提早對大檔距、大高差微氣象區(qū)線路進(jìn)行嚴(yán)格審查，根據(jù)運行經(jīng)驗，進(jìn)行改造。 </p><p>　　3.3 雖然在重點區(qū)段加裝相間間隔棒改造，但發(fā)生相間間隔棒斷裂跳閘頻發(fā)，實踐證明采取加裝

15、相間間隔棒等輔助措施難以解決線路固有問題。對重點區(qū)段計劃實施緊湊型線路改常規(guī)線路改造，將導(dǎo)線倒三角排列改為水平排列，相間距離增大4.3米，有效效解決緊湊型線路先天缺陷。 </p><p>　　相間間隔棒連接金具斷裂 </p><p><b>　　4 結(jié)束語 </b></p><p>　　在輸電線路防舞動改造治理時，缺乏相關(guān)的實踐運行經(jīng)驗和科學(xué)依

16、據(jù)，目前各種防舞動措施不是一勞永逸的，例如加裝相間間隔棒措施，出現(xiàn)斷裂等問題，所以我們目前使用的防舞治理措施，必須經(jīng)過不斷實踐摸索，加上環(huán)境惡化，惡劣極端天氣發(fā)生頻率增加，所以防舞動治理也要與時俱進(jìn)，堅持利用理論與實踐相結(jié)合的治理方針，逐步提高防舞動治理水平。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]張勇平，劉鴻斌，鄧春，劉亞新，

17、龔延興，王?.沽太500kV雙回線路覆冰舞動故障分析[J].中國電力，2010（03） </p><p>　　[2]鄭宇清，范潤明.500kV緊湊型輸電線路的舞動原因及防治措施[J].山西電力，2007（05） </p><p>　　[3]蔣興良，周仿榮，王少華，孫才新.輸電導(dǎo)線覆冰舞動機(jī)理及防治措施[J].電力建設(shè)，2008（09）. </p><p>　　作者簡