架空输电线路导线舞动原因分析及对策研究

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  摘要:架空输电线路导线舞动现象对电力系统的安全有效运行产生了重大干扰,对人们的日常生产生活产生了严重影响。近些年来,导线舞动越来越受到人们的广泛关注。本文首先阐述了架空输电线路导线产生舞动现象的原因,结合导线舞动特点,从避舞、抗舞和抑舞方面,分析了控制导线舞动的措施,旨在加强对架空输电线路导线舞动的控制,确保我国电网安全有效运行。
  关键词:架空输电线路 导线舞动 舞动控制
  电力事业关乎到国民经济的建设,电力电网的运行稳定性是一个国家电力服务水平的重要衡量指标。电网能否安全有效运行很大程度上受到自然因素影响,尤其是近些年来,冰雪灾害频繁发生,导致架空输电线路导线出现严重的舞动现象,多数地区电网受到严重破坏,甚至一度瘫痪,对人们的生命财产安全造成了严重威胁。因此,加强对架空输电线路导线舞动现象的研究与控制迫在眉睫。
  一、架空输电线路舞动原因
  输电导线在覆冰影响下会变成非圆断面,此时在风力作用下,空气会产生水平流动,当满足一定条件时,会使得导线产生0.1-3HZ之间的低频率和振幅与弧度比在20%-40%的大振幅自由振荡[1]。由于线路导线在空中上下摆动,犹如龙舞,因此被称为舞动。引起架空导线出现舞动现象的原因较为复杂,受到线路自身条件、天气温度以及地形地貌等多方面因素的综合影响。现阶段,我们对电线导线舞动原因的研究还比较肤浅,但是经过相关研究人士的长时间研究,基本上可以将导线舞动原因归结为以下三个方面。
  1.覆冰影响
  架空输电线路导线出现舞动现象,多数情况下都是由覆冰引起的。通常,当导线覆冰不均匀时,就会形成扇形、月牙形和D形等多种不规则的形状,而冰的厚度也从几毫米到几十毫米不等,最高厚度可以达到60毫米左右。由于覆冰,导致线路导线改变了原来圆形的形状,而使其一侧形成了一个翼面,此时如果有风力较大的横向风吹过,原来空气动力的特性就会被改变,即:风在导线上方通过时,气流速度增大而气压会变小;风在导线下方通过时,气流速度减小而气压会增大[2]。因此,导线在受到一个上扬力的同时,也会受到一个水平力。在上扬力和导线重力的共同作用下,导线垂直振荡。与此同时,因为导线覆冰不均匀,使导线出现扭转振荡,而当垂直振荡和扭转振荡的频率相互耦合时,导线就会出现舞动。
  2.风力影响
  自然界中的风是架空输电线路导线舞动的主要能量来源。在雨雪天气里,风速大小会直接影响到成冰形状,进而直接影响空气动力。通过相关资料分析,导线在覆冰情况下,如果风速在4-20m /s,且导线与风向之间的角度大于45度时,导线易于出现舞动现象,而且二者之间的角度越接近90度時,越会容易导致导线舞动 [3]。风力对导线舞动程度的影响,不仅与当地气象条件有关,同时与当地的地形、地貌条件也息息相关。
  3.导线自身结构参数
  通常情况下,多分裂导线要比单分裂导线更容易舞动。对于中心导线而言,导线的覆冰往往总是偏心而且是朝着迎面风,覆冰的偏心质量会导致导线绕着自身轴线发生扭转,进而改变导线的迎面风向。在不断的循环往复的覆冰、扭转过程中,会使得覆冰导线截面趋于圆形,能够削弱空气动力载荷,一定程度上抑制了舞动现象。而相对于分裂导线,一般都是每间隔几十米距离就会有一个间隔棒,把各个导线连接在一起。次档距内的导线,它们的两端被间隔棒所固定,扭转的程度要大于同等截面的单导线,当偏心覆冰之后,难以绕自身轴线进行转动,偏心覆冰现象不能得到有效缓解,因而作用在多分裂导线上的动力载荷就会多于单导线。
  二、控制架空输电线路导线舞动的对策
  针对架空输电线路导线出现舞动的主要原因,可以采取相应措施对导线舞动现象进行控制,可以从避舞、抗舞和抑舞方面入手。
  1.避舞
  首先要对需要实施架空输电线路导线当地的气象、地形和地貌条件进行实地考察和分析,科学合理的布置导线路径走向,尽可能减少导线舞动。一般情况下,导线舞动现象多出现在以大风、容易覆冰为主要气象的地区。因此,在对导线路径进行选择和布置时,要尽可能的避开冬季多风、雨雪频繁迎风山坡、峡谷和宽阔江河等极易导致线路出现舞动的区域。同时需要注意的是,选择导线路径走向时,要尽量使线路与冬季风的主导风向相平行。
  2.抗舞
  抗舞措施是指在不破坏导线舞动发生条件的前提下,提高导线的机械与电气强度,对导线舞动进行抵抗,从而使输电线路设备在舞动不被破坏的情况仍然能够安全有效运转。提高输电线路设备的机械强度指的是增强设备的抗舞动效能,可以采用提高输电线杆塔身以及横担刚度的方式,使杆塔内部结构能够承受住舞动时候的动态荷载,也可以通过改变金具耐振性能,从而使金具在导线舞动时不能被松动或者损坏。而提高线路设备的电气强度指的是在导线舞动轨迹下,在电气间缝上防止相导线间及导、地线之间发生短路现象。
  3.抑舞
  抑舞措施主要是指在舞动较为严重的导线上面安装防舞动装置,通过破坏导线舞动发生的条件,从而控制导线舞动幅度,降低甚至消除导线舞动带来的危害,确保输电线路正常运行。从抑舞原理上来分析,抑舞措施可以下几种:
  (1)改变系统结构
  A.安装压重防舞装置。 档内集中安装防振锤、在间隔棒上安装重锤等方法都属于重压防舞装置安装范畴。在导线上放置一定量的重压,增加导线重量,使得重压位置形成局部稳定进而成为舞动节点,从而降低导线舞动幅度[4]。
  B.安装抑扭环、扭转阻尼器和失谐摆等。该种方式主要是依据扭转舞动原理,对导线的扭转舞动进行抑制,提高扭振固有频率,使其不与横向振动频率之间发生谐振。
  C.安装间隔棒。相间间隔棒能够改变输电设备系统结构,抑制舞动,同时还能够防止脱冰跳跃而引起混线事故的发生。
  (2)改变系统空气动力
  A.安装空气动力阻尼器。可以在导线的合理位置上安装空气动力阻尼器,使得导线在受到风力作用时,产生的垂直分量大于升力垂直分量,抑制舞动发生。
  B.使用绕流线。可以使用一些具备特殊性能的绕流线,将其缠绕在导线上,对沿档气流产生干扰,使得导线覆冰时不容易形成规则形状的翼断面,从而使升力系数变小。
  结束语:架空输电线路导线舞动现象不可小视,我们一定要加强对导线舞动控制措施的研究。对输电线路舞动的治理是一项系统化和复杂化的长期工程,需要对导线舞动原因进行认真分析,全面考虑实际地理环境和天气条件等综合性因素,要把对导线舞动防治纳入到电力企业的长远发展中,科学规划、因地制宜,制定出抑制导线舞动的有效措施,减少因导线舞动而造成的灾害,提高电网运行能力。
  参考文献:
  [1]朱宽军,刘超群,任西春.架空输电线路舞动时导线动态张力分析[J].中国电力,2012,(10):40-44
  [2]蒋兴良,易辉.输电线路覆冰及防护IMI.北京:中国电力出版社,2012:23-25
  [3]郭应龙,李国兴,尤传永.输电线路舞动[Ml.北京:中国电力出版社,2013:12-13
  [4]黄经亚.架空送电线路导线舞动的分析研究[J].中国电力,2011(22):21-26
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