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輸電線路覆冰舞動(dòng)原因分析和治理措施

文檔作者：任勝軍任嘉浩文檔來源： 1．中國電力工程顧問集團(tuán)華北電力設(shè)計(jì)院有限公司 2．北京市第十三中學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年07月01日
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上一篇：輸電線路覆冰舞動(dòng)原因分析及預(yù)防措施

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S 電力安全技術(shù) 第19卷(2017年第2期)
輸電線路覆冰舞動(dòng)原因分析和
治理措施
任勝軍 ，任嘉浩
(1．中國電力工程顧問集團(tuán)華北電力設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100120；
2．北京市第十三中學(xué)，北京 100088)
[摘要]某220kV線路發(fā)生覆冰舞動(dòng)現(xiàn)象，引發(fā)輸電線路出現(xiàn)相間短路故障、鐵塔橫擔(dān)損壞、
金具串及導(dǎo)線落地等嚴(yán)重事故。通過查詢事故記錄、現(xiàn)場走訪調(diào)研、理論分析等多種手段綜合分析
了此次事故的誘因及機(jī)理，并據(jù)此提出了針對性的防治措施，以防止舞動(dòng)災(zāi)害的再次發(fā)生，保障輸
電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
[關(guān)鍵詞]輸電線路；舞動(dòng)；覆冰；防舞裝置
0 引言
舞動(dòng)是輸電線路導(dǎo)線因覆冰形成非圓截面，在
水平方向風(fēng)作用下誘發(fā)產(chǎn)生的一種低頻、大振幅的
自激振動(dòng)。輸電線路一旦發(fā)生舞動(dòng)，將造成諸多危
害；如果導(dǎo)致線路出現(xiàn)相間故障，將引發(fā)線路跳閘、
停運(yùn)，嚴(yán)重時(shí)將引發(fā)導(dǎo)線斷股、金具損壞、塔材彎
曲、基礎(chǔ)開裂等機(jī)械損傷。
舞動(dòng)的產(chǎn)生與氣象環(huán)境息息相關(guān)，雨雪天氣明
顯增加的冬季和初舂時(shí)節(jié)是我國線路舞動(dòng)災(zāi)害頻發(fā)
的高峰時(shí)期。2016-11-20，河北省某200 kV線路
發(fā)生覆冰舞動(dòng)現(xiàn)象，舞動(dòng)持續(xù)時(shí)間超過20 h且幅
值較大，導(dǎo)致輸電線路出現(xiàn)相間短路故障，造成線
路長時(shí)間停運(yùn)。
1 現(xiàn)場事故情況
2016-1卜20T21：18，某線路發(fā)生故障，AB
相間短路跳閘，重合閘成功。
2016-11-20T21：28，BC相間短路跳閘，重
合閘不成功。
2016-11-21T10：00，經(jīng)現(xiàn)場巡視，線路仍在
舞動(dòng)，不具備送電條件，此時(shí)尚未發(fā)生塔材受損、
橫擔(dān)脫落事故。線路附近多條500 kV，220 kV及
l 10 kV線路亦同時(shí)發(fā)生舞動(dòng)。
一9—
2016-11-21T15：00，經(jīng)現(xiàn)場巡視，發(fā)現(xiàn)47號(hào)
耐張塔外角側(cè)中相導(dǎo)線橫擔(dān)部分?jǐn)嗔眩恍√?hào)側(cè)中相
橫擔(dān)主材斷裂落地，跳線串及小號(hào)側(cè)耐張串落地；
46號(hào)直線塔右側(cè)中相橫擔(dān)扭轉(zhuǎn)變形，橫擔(dān)未落地，
懸垂串傾斜。
2 線路覆冰舞動(dòng)的機(jī)理
導(dǎo)線覆冰舞動(dòng)災(zāi)害是輸電領(lǐng)域的重要問題，迄
今為止，已有多國專家學(xué)者圍繞覆冰舞動(dòng)的機(jī)理和
模型展開了研究。
目前，主流模型有：垂直舞動(dòng)機(jī)理、扭轉(zhuǎn)激發(fā)
舞動(dòng)機(jī)理和偏心慣性耦合失穩(wěn)機(jī)理。
2．1 垂直舞動(dòng)機(jī)理
垂直舞動(dòng)模型忽略導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，只考慮導(dǎo)線
由風(fēng)激勵(lì)產(chǎn)生的升力L和阻力 ，其值可表示為：
L：÷ p 。 (1)
】
D：— V (2)
式中，P為單位長度導(dǎo)線的投影面積(不計(jì)覆
冰厚度)； 為風(fēng)速；P為空氣密度；c，為升力系
數(shù)，可正可負(fù)；C 為阻力系數(shù)，總為正值。當(dāng)出
現(xiàn)OC ／00+c。<0(0為攻角)時(shí)，導(dǎo)線將產(chǎn)生
自激振蕩。
第19卷(2017年第2期) 電力安全技術(shù)
2．2 扭轉(zhuǎn)激發(fā)舞動(dòng)機(jī)理
扭轉(zhuǎn)激發(fā)舞動(dòng)機(jī)理兼顧了垂直方向的空氣動(dòng)力
作用和導(dǎo)線的扭轉(zhuǎn)作用。當(dāng)空氣扭轉(zhuǎn)阻尼是負(fù)值且
大于導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)固有阻尼時(shí)，導(dǎo)線將開始自激扭振。
一旦滿足式(3)所示條件，則扭轉(zhuǎn)頻率與垂直振動(dòng)
頻率重合，將引發(fā)線路舞動(dòng)。
． T廠，、廠、
(1+半LM ) +CD00<0． (3)
R
式中， 和 分別為導(dǎo)線第盆階扭振腹點(diǎn)
振幅和圓頻率， 為與線路走向垂直的水平風(fēng)速，
0 為初始攻角。
2．3 偏心慣性耦合失穩(wěn)機(jī)理
除垂直振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)外，覆冰導(dǎo)線還存在偏
心慣性。它將引起攻角變化，使相應(yīng)的升力對橫向
振動(dòng)形成正反饋，加劇橫向振動(dòng)。此為偏心慣性耦
合失穩(wěn)機(jī)理，是最全面的模型，分別從垂直、水平
和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)3個(gè)自由度進(jìn)行分析，在舞動(dòng)的仿真模
擬、舞動(dòng)影響因素的定性分析方面具有廣泛的應(yīng)用。
3 導(dǎo)線覆冰舞動(dòng)原因分析
導(dǎo)線舞動(dòng)是一種復(fù)雜的流固耦合振動(dòng)，是多種
復(fù)雜因素相互作用的結(jié)果。針對此次220kV輸電
線路事故情況，通過分析氣象條件、線路結(jié)構(gòu)與參
數(shù)、線路所處的地理?xiàng)l件，探究線路舞動(dòng)的原因。
3．1 氣象條件
覆冰舞動(dòng)是風(fēng)和冰聯(lián)合作用后的結(jié)果。經(jīng)現(xiàn)場
調(diào)查發(fā)現(xiàn)，此次舞動(dòng)災(zāi)害發(fā)生時(shí)為雨雪大風(fēng)天氣。
事故線路的導(dǎo)線表面有新月形覆冰，覆冰改變了導(dǎo)
線的幾何形狀，在導(dǎo)線的一側(cè)形成翼面。當(dāng)大風(fēng)來
襲時(shí)，導(dǎo)線上部的壓力隨氣流速度的增大而減小，
與導(dǎo)線下部產(chǎn)生壓差，使得導(dǎo)線同時(shí)承受上揚(yáng)力和
水平力的作用。上揚(yáng)力與導(dǎo)線的自身重力作用引發(fā)
導(dǎo)線產(chǎn)生垂直振蕩，又因?qū)Ь€偏心覆冰，進(jìn)而扭轉(zhuǎn)
振蕩；一旦振蕩頻率與導(dǎo)線固有頻率吻合，舞動(dòng)隨
即產(chǎn)生。
3．2 線路結(jié)構(gòu)與參數(shù)
氣象條件可視為導(dǎo)線舞動(dòng)的外因，而線路自身
的結(jié)構(gòu)和參數(shù)則是導(dǎo)線舞動(dòng)的內(nèi)因。在同樣的外界
工況下，輸電線路的檔距、導(dǎo)線分裂數(shù)和導(dǎo)線直徑
對導(dǎo)線舞動(dòng)發(fā)生的概率及幅值有直接影響。對于單
根導(dǎo)線，隨著檔距的增大，導(dǎo)線舞動(dòng)幅值先增加后
S
減?。欢鴮τ诜至褜?dǎo)線，隨著檔距的增大，舞動(dòng)幅
值隨之增大。導(dǎo)線分裂數(shù)越多、直徑越大，導(dǎo)線扭
轉(zhuǎn)剛度則越大，導(dǎo)線上出現(xiàn)不規(guī)則覆冰的概率越大，
從而更容易引發(fā)導(dǎo)線舞動(dòng)。該220 kV輸電線路為
2分裂導(dǎo)線，導(dǎo)線型號(hào)為兒／LB20A一630／45鋁包
鋼芯鋁絞線。
3．3 線路所處地理環(huán)境
此次舞動(dòng)發(fā)生時(shí)風(fēng)向?yàn)闁|北方向，與線路約成
80。夾角。線路所處地帶空曠且地形平緩，風(fēng)速大
且持續(xù)穩(wěn)定，極易形成舞動(dòng)。
4 線路覆冰舞動(dòng)的治理措施
此次長時(shí)間、大振幅的覆冰舞動(dòng)對220 RV線
路造成了嚴(yán)重破壞，因此提供以下應(yīng)對措施。
4．1 提高線路設(shè)計(jì)強(qiáng)度
導(dǎo)線舞動(dòng)會(huì)對導(dǎo)線絕緣子串及其連接金具產(chǎn)生
較大的沖擊力，極易造成絕緣子及金具的損壞。提
高絕緣子、金具的安全系數(shù)，使用雙聯(lián)懸垂串、雙
線夾、優(yōu)選預(yù)絞式線夾，均可提高絕緣子串的抗舞
動(dòng)性能。
在耐張塔轉(zhuǎn)角內(nèi)外側(cè)均安裝跳線串，可抑制耐
張串大幅擺動(dòng)而牽連跳線的擺動(dòng)，有利于減小跳線
對耐張線夾的往復(fù)作用力，從而提高耐張線夾抗疲
勞性能，減小跳線發(fā)生風(fēng)偏放電的幾率。
根據(jù)耐張塔橫擔(dān)發(fā)生損壞的情況，橫擔(dān)加雙帽
可以在舞動(dòng)情況下有效防止因螺栓松動(dòng)導(dǎo)致的桿塔
破壞現(xiàn)象(事故塔除掛線節(jié)點(diǎn)外其他部位的螺栓未
加雙帽)。
4．2 加裝防舞裝置
目前常用的防舞裝置有相間間隔棒、線夾回轉(zhuǎn)
式間隔棒、雙擺防舞器、失諧擺及偏心重錘等。此
次舞動(dòng)事故持續(xù)時(shí)間長、波及范圍廣，建議加裝相
間間隔棒，以減小導(dǎo)線舞動(dòng)幅度，提高線路抗舞動(dòng)
能力。
4．3 提高鐵塔可靠性
目前應(yīng)對線路舞動(dòng)的方式主要有主動(dòng)防治和被
動(dòng)承受2種。針對被動(dòng)承受方式，應(yīng)該整體考慮線
路設(shè)計(jì)的安全系數(shù)。目前線路設(shè)計(jì)相關(guān)部分的安全
系數(shù)最薄弱的環(huán)節(jié)往往是鐵塔；如果鐵塔受損，金
具、絕緣子及導(dǎo)線或地線也往往會(huì)落地，必然導(dǎo)致
絕緣子和導(dǎo)地線受到不同程度的損壞。另外，因鐵
一 一
S 電力安全技術(shù) 第19卷(2017年第2期)
塔加工周期較長，鐵塔受損將會(huì)制約搶修及恢復(fù)通
電時(shí)間，而金具、導(dǎo)線及絕緣子因有備件不限制搶
修時(shí)間。故從加快恢復(fù)通電、減少因停電造成的影
響角度出發(fā)，在進(jìn)行防舞動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能提高
鐵塔的可靠性。
5 結(jié)束語
結(jié)合事故記錄隋況，圍繞氣象條件、線路結(jié)構(gòu)
和參數(shù)、線路所處地理環(huán)境等方面分析了此次線路
發(fā)生覆冰舞動(dòng)的原因。依托偏心慣性耦合失穩(wěn)機(jī)理，
從垂直、水平和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)3個(gè)自由度定性分析了舞
動(dòng)的影響因素及對線路的破壞作用力情況。為減少
線路因覆冰舞動(dòng)對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性的影響，從提
高線路電氣和機(jī)械設(shè)計(jì)強(qiáng)度、加裝防舞裝置等方面
探討了治理和防治措施，保障線路安全穩(wěn)定運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)：
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收稿日期：2016-08—30。
作者簡介：
任勝軍(1970一)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事輸電線路
設(shè)計(jì)等工作，email：rensj@ncpe．COrn．Cno
任嘉浩(1999-)，男，高中生，北京市第十三中學(xué)在讀。
江蘇南京政府出臺(tái)促進(jìn)智能電網(wǎng)發(fā)展實(shí)施意見
2月7日，江蘇省南京市首次出臺(tái)《南京市促進(jìn)智能電網(wǎng)發(fā)展實(shí)施意見)。這為南京建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)
智能電網(wǎng)、推動(dòng)能源變革轉(zhuǎn)型提供有力支撐，為建設(shè)“經(jīng)濟(jì)強(qiáng)、百姓富、環(huán)境美、社會(huì)文明程度高”
新南京提供堅(jiān)強(qiáng)保障。
該意見分別從加強(qiáng)能源互聯(lián)互補(bǔ)、積極接納清潔能源、構(gòu)建智能互動(dòng)體系、確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定、
有效落實(shí)節(jié)能減排、滿足多元用電需求、創(chuàng)新智能電網(wǎng)發(fā)展模式7個(gè)方面全面闡述了智能電網(wǎng)的
建設(shè)重點(diǎn)和主要任務(wù)，明確了南京堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展思路和舉措；同時(shí)明確，2020年南京全面建
成電網(wǎng)安全可靠、系統(tǒng)開放兼容、服務(wù)友好互動(dòng)、運(yùn)行高效經(jīng)濟(jì)、電能清潔環(huán)保的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，
有效落實(shí)“兩個(gè)替代”，滿足多元用電需求。
南京供電公司參與了該意見的起草，并積極推動(dòng)其出臺(tái)。該公司將以此次意見出臺(tái)為契機(jī)，
加強(qiáng)網(wǎng)架協(xié)調(diào)互聯(lián)，加快區(qū)外來電通道建設(shè)，構(gòu)建以1 000 kV特高壓電網(wǎng)為支撐，以500 kV雙
環(huán)網(wǎng)為骨干，各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)互聯(lián)的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)網(wǎng)架；提升輸電網(wǎng)安全供電能力，積極應(yīng)對節(jié)能減排，
深入分析特高壓區(qū)外來電對全市電網(wǎng)電源布局優(yōu)化的影響，加強(qiáng)架空桿線下地改造；加強(qiáng)智能配
電網(wǎng)建設(shè)，加快配電自動(dòng)化建設(shè)，開展高可靠性配電網(wǎng)供電示范區(qū)建設(shè)，鼓勵(lì)發(fā)展配網(wǎng)柔性化、
智能測控、自愈控制等主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)，充分滿足分布式電源、電動(dòng)汽車等設(shè)備的接入要求；構(gòu)
建“互聯(lián)網(wǎng)+”智能電網(wǎng)互動(dòng)應(yīng)用體系，積極利用互聯(lián)網(wǎng)、信息通信和智能控制技術(shù)，探索云計(jì)算、
大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信等新應(yīng)用，逐步構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+”智能電網(wǎng)互動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)，促進(jìn)電力流、
信息流與業(yè)務(wù)流的深度融合，滿足電網(wǎng)廣泛互聯(lián)、信息開放互動(dòng)需求。
2017年，南京供電公司將緊扣“改革攻堅(jiān)年”的總體思路，主動(dòng)適應(yīng)能源變革發(fā)展，積極推
進(jìn)江北新區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)示范區(qū)工程、500 kV秋藤輸變電工程等重點(diǎn)工程，主動(dòng)適應(yīng)能源變革發(fā)展，
驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新，攻堅(jiān)克難；為南京城市發(fā)展提供堅(jiān)強(qiáng)保障。 (來源：國家電網(wǎng)報(bào)2017-02-09)
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