输电线舞动

输电线舞动（精选七篇）

输电线舞动篇1

关键词：输电线路,覆冰,舞动,防治

1 前言

输电导线舞动是一种低频 (约为0.1-3Hz) 、大振幅 (约为输电线直径的5-300倍) 的自激振动[1], 多发生在每年11月-次年3月的多分裂输电线路上。导线舞动的危害很大, 极易引起线路的相间闪络、金具损坏, 造成线路跳闸停电或引起输电线烧伤、输电线折断、倒塔等严重事故, 造成重大的经济损失和恶劣的社会影响, 是影响输电线路运行的重大安全隐患。

统计资料表明, 分裂导线比单导线更容易发生舞动[2,3]。线路舞动问题已经不可忽视, 尤其在某些地形复杂和大跨越区段, 更是舞动事故频发。我国大部分500kV输电线路曾发生过舞动事故, 由此引起的事故约占500kV输电线路总事故量的23.5%[4]。

对于输电线路舞动问题的研究和防舞措施的考虑, 较多局限在北方地区, 南方地区相对薄弱。结合云南省的实际情况, 云南电网线路具备发生舞动的条件:高电压等级线路增加迅速;微地形、微气象区段遍及全省;冰雪灾害多发等。因此, 很有必要进行云南电网线路舞动问题及防舞措施的研究。

2 线路舞动条件

1) 线路舞动与否与特殊的地理条件、特殊的气象条件和线路的结构参数三个因素紧密相关。在同样的地理与气象条件下, 不同电压等级的线路舞动与否及舞动强度差别巨大;而在不同的地理或气象条件现, 同等级的线路不一定都发生舞动。

2) 大档距的线路易发生舞动, 而且云南的舞动事故多集中于500kV线路、220kV线路和110kV线路。

3) 线路舞动多发生在空旷平坦的地区。当线路前方有树木、森林屏蔽, 使气流受到扰动时, 舞动发生较少。当风向与线路走向夹角为45°～90°时易发生舞动。

4) 舞动发生的频度与风速成正态分布。引起舞动的中心风速为15m/s。其中最小风速为4m/s, 最大风速为25m/s。

5) 大理州地处云南省中部偏西, 年平均气温为12.3℃～18.9℃。大理州是云南省大风天气最多的地级市, 同时因受高山垭口地形、水汽增大型 (如曾发生过严重舞动事故的220kV海东变刚好靠近洱海大面积水域, 且处于垭口地形) 等微地形的影响, 曾发生过多次舞动。调研发现, 大理州线路舞动多为无覆冰风偏。

6) 昭通市居于云南省东北部, 年平均气温10.3℃～14.5 ℃, 冬春季空气湿度较大, 极易形成雨凇和雾凇, 导线覆冰最大直径可达300mm。在云南省统计的104次冰害事故中, 滇东北地区占了91%, 其中昭通是冰害最严重的地区。昭通的线路由于覆冰严重, 线路舞动多为覆冰后的风偏或脱冰跳跃。

7) 舞动所造成的电气事故包括相间短路、接地短路和电弧烧伤;所造成的结构损失包括金具疲劳、金具磨损、断股断线、防振锤或间隔棒损坏、杆塔损坏、以及倒塔等。

3 大理州线路舞动情况

3.1 大理州线路舞动典型事故及分析

1) 大理州500kV漫昆I回三次发生C相间歇性接地故障, 引起开关动作跳闸。事故分析:

线路舞动事故点位于哀牢山西坡N76～N77档距中间。该档档距1244m, 悬点高差485.5m, 为典型大跨越区段, 符合线路舞动一般规律。导线侧面正对山谷风口, 又值大风季节, 狭管效应产生强大的风力, 造成导线大幅度风偏后对档距中间小山包瞬时放电。

2) 220kV漫下I回C相对118#杆塔塔身放电, 引起开关动作跳闸。7C相弧垂对地放电, 引起开关动作跳闸。事故分析:

这两次事故都是典型的由于线路舞动引起导线风偏角度过大, 而引起的线路跳闸。

3) 220kV漫下I回43#塔右边架空地线悬垂线夹挂耳断裂引起架空地线掉落, 导致线路A相跳闸。事故分析:

#43塔垂直荷载较小, 在风力作用下, 容易增大架空地线顺线路方向的前后频繁运动, 形成悬垂线夹挂板与挂耳之间的反复摩擦, 长时间摩擦造成悬垂线夹挂耳磨损和疲劳损伤, 引起断裂。

3.2 采取的线路防舞措施

1) 在500k漫昆I回V76#～77#杆塔加设了一基杆塔, 减小了档距。该措施破坏了导线舞动发生的一般条件, 避免了舞动的再次发生, 运行实际也表明了该措施的有效性。

2) 对该区段直线杆塔的架空地线悬垂线夹存在缺陷的金具进行更换改造, 减轻了线路舞动。

4 昭通市线路舞动情况

4.1 昭通市线路舞动典型事故及分析

1) 昭通110kV镇威Ⅰ回线47#塔B相引流线舞动后对塔身放电。

与引流线同一平面上的塔材上也发现明显的放电痕迹。110kV镇威Ⅰ回线47#B相引流管上的跳线绝缘子串为单串, 引流管两端的引流线过长, 因当地大风, 导致引流管及引流线摆动幅度过大, 引流线与塔身间距超过安全电气距离, 产生放电现象, 并且在引流线、引流管及其塔身上留下多处放电点。

2) 110kV镇威观线66#塔 (施工杆号) B相引流线舞动后对塔身放电。

与引流线同一平面上的塔材上面也发现明显的放电痕迹。因B相引流管两端的引流线过长, 且因当地大风, 导致引流管及引流线摆动幅度过大, 引流线对塔身的电气距离降低, 产生放电现象, 并且在引流线及塔身上留下多处放电痕迹。

3) 110kV昭鲁线AB相间短路。

110kV鲁甸变110kV昭鲁线龙门架到线路侧1426隔离开关的B相引流线风偏摆动的幅度较大。在正常情况下 (无风) 对A相阻波器及阻波器到1426隔离开关的引流线只有1m的距离;该地区一直在刮7级大风, 在B相引流线和A相阻波器及阻波器到隔离开关的引流线上分别发现明显放电点。断定障碍原因为:110kV鲁甸变110kV昭鲁线龙门架到线路侧1426隔离开关的B相引流线, 风偏后对A相阻波器及阻波器到1426隔离开关的引流线放电, 造成AB相间短路故障。

4.2 采取的线路防舞措施

1) 将所有由大风引起的事故汇总, 确定线路的大风事故区段, 以便今后在大风时段来临之前对这些地区做好周密的防舞准备。

2) 对大风区段的线路设施进行技改。如:将这些地区的跳线瓷瓶由单串技改为双串, 将刮风时候引流线及引流管的摆动幅度限制在安全距离之内。

3) 采用复合绝缘子串, 起到相间隔离棒的作用, 保证相间的电气距离。

5 防止线路舞动的措施

防止线路舞动的措施一般采取以下避舞、抗舞和抑舞三种。对于已运行的线路舞动, 当其危及安全运行时, 主要是采用安装抑舞设施。

5.1 避开易于形成舞动的覆冰区域与线路走向

温度在-5～0℃, 风速在10m/s左右的雨凇地区, 是舞动的多发地区。

从风向来看, 结冰季节的主导风向与导线轴线的夹角大于45°是舞动形成的条件之一, 夹角越小作用于导线上的垂直分离越小, 不利于舞动的形成。

在线路设计时应当尽量避开这些因素的影响, 在技术经济指标允许的条件下, 尽可能绕过强舞动地区, 而在线路走向上, 应尽可能减小冬季风向与线路走向间的夹角。

5.2 提高导线系统抵抗舞动的能力

导线舞动轨迹在垂直于导线的截面内呈椭圆形。椭圆的长轴与铅垂方向的夹角一般约为15°。当导线大幅度舞动时, 两根运动着的导线就可能产生碰线闪弧, 引起导线烧伤和短路跳闸。为了避免这类事故的产生, 除了采用防舞措施控制舞动的幅值之外, 也可以在塔头的结构设计上, 采取相应措施来防止导线与导线、导线与地线间的碰线。

如果其他条件允许, 导线最好采用水平布置方式。一般来说, 根据规范确定的导线水平相间距离都会远大于导线舞动的水平方向位移, 可以保证不会产生导线间的碰线闪络。只要将地线与导线的垂直和水平距离适当地加大, 就可以具备抗舞动的能力。

5.3 采取抑制舞动的措施

1) 通过改变导线特性来抑制舞动。多数防舞器属于此类, 包括失谐摆、抑制扭振型防舞器、双摆防舞器、整体式偏心重锤等;

2) 通过提高导线系统的自阻尼来抑制舞动, 如由加拿大A.T.Edwards设计的终端阻尼器;

3) 通过提高风洞阻力来达到抑制舞动的目的, 如由A.S.Richardson研制的空气动力阻尼器;

4) 通过扰乱沿档气流来达到抑制舞动的目的, 如扰流防舞器;

5) 通过各种防覆冰措施来达到抑制舞动的目的, 如采用低居里点合金材料, 使用防雪导线以及大电流融冰等;

6) 提高导线的运行张力和缩短档距也可收到一定的抑制舞动的效果。

6 线路防舞动建议

6.1 大理州未来防舞工作建议

1) 加强对舞动及金具疲劳的监测。

2) 对于现有线路导线风偏后对地及地面树枝的距离小于规程允许值的区段, 进行挖土开方和砍伐地面树木。

3) 遇到类似较为复杂地形的地带时, 建议电力设计人员与气象人员应共同调查讨论。

4) 对导线风偏瞬间接地问题, 不能只按常规要求的风速来考虑, 遇到特殊地形时, 应考虑其微气候的特点, 加以特殊对待。如采取适当减小档距, 以做到档距均匀为宜。

5) 对于容易发生风偏事故的区段, 应采用许用风偏角大的悬垂绝缘子串和塔型。

6.2 昭通市未来防舞工作建议

1) 尽量缩小相邻档的档距差别。

2) 建议对经过林区的输电线路通道, 塔型多采用高塔。

3) 对于一线维护人员认定的已有线路走廊的事故多发微气象、微地形区, 在新的线路设计时尽量避开。

7 结束语

通过实际调研, 给出了云南电网大理州和昭通市线路舞动的基本情况和目前采取的舞动防范措施。同时, 通过对典型舞动案例的细致分析, 总结出了舞动发生的典型条件, 验证了相应的导线舞动理论, 也证实了相关防舞措施的有效性, 为云南电网进行线路舞动的相关研究提供了实践经验和案例支持。为进行云南电网的线路舞动区域划分和采取合适的防舞措施奠定基础。

参考文献

[1]郭应龙, 李国兴, 尤传永.输电线路舞动[M].北京:中国电力出版社, 2003.

[2]尤传永, 卢明良, 徐乃管.架空输电线路舞动的防止措施[J].中国电力, 1993, 26 (8) :41-43.

[3]黄经亚.架空送电线路导线舞动的分析研究[J].中国电力, 1995, 28 (2) :21-26.

[4]关根志.500 kV输电线路中的导线舞动[J].电气时代, 1990, (12) :2.

[5]王少华, 蒋兴良, 孙才新.输电线路导线舞动的国内外研究现状[J].高电压技术, 2005, 31 (10) :110-111.

[6]张宇, 杨坚.江西电网2008年初输电线路舞动情况分析[J].江西电力, 2008, 32 (2) :11-14.

输电线路舞动分析研究篇2

【关键词】输电线路舞动覆冰防脱冰跳跃装置防舞器

1 概述

水平方向的风吹到覆冰后的导线上时，产生空气动力，诱发导线产生一种低频频率（约0.1～3Hz）、振幅大（可达10m以上）的自激振动。由于导线形态上下翻飞，形如龙舞，故称舞动。导线舞动对杆塔、导线、金具等各部件产生损害，造成输电线路停电或跳闸，对输电线路安全运行造成极大危害，同时伴随着会带来重大的经济损失和社会影响。

2 输电线路舞动产生的原因及危害

2.1输电线路舞动产生的原因

（1）输电线路走向的影响。国内外大量资料表明，舞动风速范围一般在4～20m/s，且风向与输电线路走向的夹角≥45°时，导线易舞动，而且该夹角越接近90°，则舞动的可能性越大。

（2）地形/地势的影响。舞动不仅与当地的气象条件有关，也与输电线路所在地区的地形、地貌条件密切相关。据统计，舞动多发生于平原开阔地区（如江河湖泊、平地等）或山谷风口，就是因为平坦开阔地带易形成相对稳定的层流风，对导线的激励效果明显。

（3）冰风参数的影响。输电线路覆冰是舞动的必要条件之一。导线上要形成覆冰，必须具备两个条件：一是冻雨、雨淞或雨加雪，干雪就不易凝结在导线上；二是需要合适的温度，一般为0～-5℃，温度过高或过低均不利于导线覆冰。

要形成舞动，除覆冰因素外，还必须有稳定的层流风对导线的激励作用，同样的雨淞条件下，风速的大小将会影响成冰的形状，进而影响空气动力状态。

（4）输电线路结构及参数。输电线路的结构和参数也是形成舞动的重要因素之一。从国内外的统计资料来看，在相同的环境、气象条件下，分裂导线要比单导线容易产生舞动，并且大截面的导线要比常规截面的导线易于产生舞动。

2.2输电线路舞动的危害

（1）相间闪络：导线在大幅度、长时间、无规律的舞动时，舞动幅值可达数米，严重情况下舞动幅值甚至超过十米，容易使导线相间距离缩短或碰撞而闪络，烧伤导线并引起输电线路跳闸。（2）绝缘子损坏：舞动时，容易引起耐张绝缘子双联间碰撞受损；另外铁塔横担受损后，耐张绝缘子与塔材碰撞，造成绝缘子损坏。（3）金具及附件受损：导线舞动极易引起金具及附件受损。（4）危及杆塔：导线舞动时塔身摇晃，横担顺线摆动，扭曲变形；塔身联结螺栓松动、损坏、脱落，严重时引起倒塔。（5）损伤导线：导线舞动会使导线在悬垂线夹出口处及间隔棒夹头处产生位移、磨损、断股，严重时断线落地。

3 输电线路舞动的理论及机理

3.1输电线路舞动理论

架空输电线路的舞动是一种空气动力不稳定现象，属于驰振范畴，在振动形态上表现为在1个档距内只有1个或少数几个半波。由典型的舞动位移表征可知，舞动发生时通常横向位移很大，同时伴随着水平运动和扭转运动，舞动轨迹表现为椭圆形。

3.2主要的舞动机理

（1）Den Hartog机理。Den Hartog 机理的基本内容是：当覆冰导线的空气动力阻尼为负并大于横向固有阻尼时，无耦合的垂直运动出现不稳定性，即舞动是由空气动力产生的负阻尼引起的，即。：升力系数；：阻力系数。

此物理模型比较简单，为单自由度模型，只考虑了导线的横向振动，即所谓无扭舞动模型。

（2）O.Nigol机理。O.Nigol认为，导线之所以扭转失稳与两个因素有关：一是当导线单侧覆冰时冰壳重心与原有导线轴向重心不相重合，因而对导线产生了绕导线轴向重心的扭转力矩；二是当风吹到这样的非圆形截面时动气动力的作用中心与导线的中心不重合，也产生了绕导线轴的空气动力扭转力矩。

该理论的数学描述为

式中，为导线第k阶扭转振动的振幅；为导线第k阶扭转振动的角频率；为与输电线路走向垂直的水平风速；为偏心覆冰导线初始迎风攻角。

（3）惯性耦合机理。在这种激发模式时，其横向振动与扭转振动可能都是稳定的，只是由于覆冰造成的偏心惯性作用引起攻角变化，从而使相应的升力对横向振动形成正反馈，加剧了横向振动，从而积累能量，最后形成大幅度舞动。

4 输电线路舞动的治理措施

（1）通过改变导线特性来抑制舞动，多数防舞器属于此类，包括失谐摆、抑制扭振型防舞器、双摆防舞器、整体式偏心重锤等；（2）通过提高导线系统的自阻尼来抑制舞动，如由加拿大A.T.Edwardi（爱德华滋）设计的终端阻尼器；（3）通过提高风动阻力来达到抑制舞动，如由A.S.Richardson（理查德逊）研制的空气动力阻尼器；（4）通过扰乱沿档气流来达到抑制舞动，如扰流防舞器；（5）通过各种防覆冰措施来达到抑制舞动，如采用低居里点合金材料，使用防雪导线以及大电流融冰等；（6）提高导线的运行张力和缩短档距也可达到一定的抑制舞动的效果。

5 结语

针对输电线路舞动产生的原因及危害，对输电线路舞动产生的机理进行了详细的介绍及分析，分析了和归纳了当前输电线路舞动的治理措施，具体如下：

（1）通过改变导线特性、提高导线系统的自阻尼来抑制舞动。

（2）通过提高风动阻力、扰乱沿档气流来抑制舞动。

（3）通过各种防覆冰措施、提高导线的运行张力和缩短档距来抑制舞动。

参考文献：

[1] 朱辉青.输电线路防舞动措施研究[J].湖北电力，2006，12（30）：30-32.

[2] 王少华，蒋兴权等. 输电线路导线舞动的国内外研究现状[J].高电压技术，2005，10（31）：11-14.

[3]. 朱宽军，付东杰等. 架空输电线路的舞动及其防治 [J].电力设备，2008，6（9）：8-12.

输电线路导线舞动检测篇3

1 相关标准

(1) Q/GDW 555-2010输电线路导动舞动监测装置技术规范

(2) GB-50545-2010 110kV～750kV架空输电线路设计规范

2 人工监测

国内在输电导线舞动监测方面, 主要依靠在重冰区架设观察线, 设立专人值守的观测站, 记录气象信息及舞动情况。观测站往往设立在崇山峻岭中, 交通极其不方便, 通过人工巡线时的照片或安装传感器采集到的应力、重量、气象等数据来进行预测。这些方法不仅要耗费大量的人力物力, 效果也一般, 难以准确预测舞动的趋势, 特别是在遭受恶劣的天气状况时, 人根本无法再去观测输电线路的重要参数信息, 这对整个抢修工作带来了极大的不便, 也会给国民经济带来巨大影响。

3 舞动在线监测技术

输电导线舞动是一个包含众多因素的复杂现象, 它的研究涉及到空气动力学、耦合振动学、气象学、力学等多学科。输电导线舞动在线检测技术是应用实时监护原理, 监测输电线舞动时的气候条件, 获取舞动信息, 实时地远程监测输电导线的舞动情况。目前输电线路舞动在线监测系统主要采用基于加速度传感器、光纤传感器、图像处理、高精度GPS监测和导线张力判别等技术方法。

(1) 加速度传感器技术。在导线上安装传感器模块 (如图1) , 利用加速度传感器测量导线的加速度信号, 然后对加速度数据进行2次积分得到导线的振动位移。该方法相对简单、方便, 可测得导线的绝对位移。

假如加速度传感器测量振动所得的加速度为:a (t) (单位:m/s2) , 对加速度积分一次可得速度为:

对速度信号再积分一次可得位移:

其中:

v (t) 为连续时域速度波形;

a (t) 为连续时域加速度波形;

s (t) 为连续位移波形;

ai为i时刻的加速度采样值;

vi为i时刻的速度值, a0=0, v0=0;

Δt为2次采样之间的时间差。

此外由于加速度数据是不连续的, 所以需要进行近似积分。在进行定位计算时, 必须假设初始位置和速度为0, 这样对运动随时间变化的等式进行积分, 就是将每个时间间隔内位置和速度的增量分别与前一个值相加, 即可代表积分的运算。

利用三轴加速度传感器, 它可以同时测量X、Y、Z三个方向的加速度, 坐标方向如图2, 最终即可得出导线舞动的位移量。

此种技术需要考虑无限传输的数据掉包问题、强电磁场下的信号干扰、低温下启动、低温下加速度传感器精确度问题和电源等问题。

(2) 光纤传感器技术。光纤传感器具有良好的绝缘性、抗电磁干扰能力、较高的灵敏度和非线性误差小等特点, 适合应用于高压、强电磁干扰、强腐蚀等环境下工作, 因此将光纤传感器应用于输电线路舞动的在线监测技术研宄有着良好的发展前途。通常将多个光纤传感器均布在输电导线上, 构成准分布式光纤传感器网络, 输电线路的荷载变化经金属板传入光纤光栅, 将采集的应力和温度信息送到上位机控制中心, 由控制中心对这些信息进行综合处理。

(3) 图像处理技术。安装全方位式摄像机采集现场的视频图像信息, 实时或定时由无线网络传回监控中心以获取线路舞动的图像信息, 由监控中心计算机对视频图像进行分析处理, 或者由人工进行判断。

(4) 高精度GPS检测技术。基于GPS定位原理, 通过GPS技术实时获取输电线路的空间位置信息, 得到的导线空间位置信息经无线传输技术传输到地面服务器中。服务器中的在线监测程序提取出定位信息中导线的经度、维度和高度三维空间信息并转换成三维笛卡尔坐标系中的坐标值, 利用人工神经网络技术对定位数据进行误差处理, 即可得导线的舞动轨迹。

(5) 导线张力判别。根据输电线路舞动事故的数据统计, 舞动经常造成架空输电线路断线、金具损坏。这些事故通常是由于线路舞动时, 导致线路的张力超过其所能承受的最大张力值, 因此建立输电线路舞动的张力判据有助于及时发现线路舞动。在导线上安装拉力测试机, 通过张力大小可以预防可能导致的危害事故。

(6) 导线舞动在线检测方法优缺点。输电线路舞动在线检测方法的优缺点如表1所示。

4 图像法实测分析

从现场某导线舞动视频中截取相邻2帧图像。通过图像识别软件进行计算, 用箭头的大小和方向表示出相邻2帧图像中导线舞动的位移和方向, 选择10个特征点进行标注, 并用图像识别软件进行计算得到导线的运动速度和位移 (见表2) 。

5 结论

(1) 有效的监测技术能预防灾害, 减少损失。

(2) 在实际导线舞动监测中, 不仅需要采集加速度一种数据参数, 还要采集更多的数据参数, 例如:温湿度、风速、风向、覆冰等。这就要求在终端节点安装更多传感器, 在传感器较多的情况下, 采集数据、传输数据将更加复杂。

输电线舞动篇4

1 导线舞动稳定性机理

世界上已出现了各种舞动机理, 每个机理都从不同角度对舞动的现象进行了分析, 不过, 有些机理只适合一些特定类型舞动。我国的电力科研人员对国外舞动的机理和事例也进行了大量的分析和研究, 不过普遍认为, 不稳定振动会产生舞动, 所以, 舞动可以当作动力不稳定的情况 (见图1所示) 。通过动力稳定的理论对舞动进行分析, 这种机理也就称作动力稳定性舞动机理。

稳定性舞动机理包括了各种不同的舞动机理, 由此研究出了稳定性防舞机理, 使系统动力获得稳定性, 将不稳定系统转化成稳定系统, 实现防舞。我国科研人员以稳定性防舞机理, 推出了防舞设计的计算方法, 研究出了双摆防舞器[1]。

传统计算方法中只对单导线进行研究, 很少研究分裂导线, 也没有对水平运动分量充分考虑, 而舞动大多情况下都发生于分裂导线之上, 还具有明显的水平运动分量。根据舞动特点, 对子导线局部的振动可以适当忽略, 更多的是考虑分裂导线整体的运动。对垂直、水平和扭转等分量都要充分考虑, 进行防舞的设计和计算, 计算防舞装置的反映, 对任意惯性的防舞装置完成模拟。使用线性动力稳定性的理论进行分析, 可以判定系统的稳定性[2]。

2 导线舞动稳定性机理及其在输电线路上的应用

2.1 舞动理论的试验

舞动问题具有复杂性, 通过理论分析是不可能解决机理的, 而试验只能对舞动更好的了解, 了解舞动的性态和验证数值的分析、防舞设计的评估等。一般采用的试验方法为真型试验与风洞试验这两类。风洞试验是从准稳态假设对覆冰导线进行空气动力测试完成的, 通过非稳定气动参数更近似实际的情况, 不过我国在这种试验中的数据研究比较少 (见图2所示) 。而真型试验更多的是应用在国外的试验线路中, 这些对于输电线路的覆冰舞动研究和防舞装置评估有着重要的作用。

2.2 舞动装置在输电线路中的应用

我国输电线路出现导线的舞动在20世纪的50年代就有了明确的记载, 直到90年代初, 输电线路的舞动在记载中已有44次, 线路舞动的地区涉及到东北、华北与华中各个地区, 总线路达到了161条。输电线路的舞动导致了导线的损伤和线路跳闸等情况的发生[3]。

近年来, 随着我国经济的发展, 使用超高压输电线路的增多, 大量的应用分裂导线, 都令导线舞动发生的频率越来越多。例如:在湖北汉江的中山中地区, 大跨越的500k V超高压的输电线于1987年至1988年这两年间, 发生了数次的导线舞动, 而舞动最大振幅达到了10m。舞动使导线发生断损, 而跌至江中, 500k V的超高压输电线由于线路的影响而停电一周, 使国家受到严重的经济损失[4]。

我国在导线舞动舞定性的研究中又建立了防舞器的布置理论与计算方法, 以节点分隔法的理论对防舞器重新布置, 将大档距调整为小节距, 以有效的节点, 防止舞动发生大的危害。将固有的频率错开来, 使高阶的舞动受到控制, 使跨越塔与导线系统的固有参数进行了测试研究, 开展了三分裂格冰的导线风洞试验, 还进行了防舞器的振动试验, 通过这些试验研究为我国导线舞动稳定性理论的计算打下了坚实的基础。对抵抗强烈舞动装置进行开发和研制, 研制出了抗舞悬垂线夹, 使高塔与导线安全运行得到了基本的保障, 也建立了我国舞动试验的线路, 这是我国唯一的一条。通过在导线之上进行人工模拟冰叶片的安装, 自然风的条件之下, 进行舞动, 在舞动中研究变化的规律, 为我国防舞机理的研究和防舞器效果的验证创造了更好的条件。

我国对导线舞动稳定性机理的研究有了重大突破, 在防舞技术上也有了创新, 现阶段已迈入了国际先进的技术水平, 尤其是在大跨越的线路防舞治理中, 更是达到了国际领先的技术水平, 已经获有国家专利, 为国家创造了经济效益与社会效益[5]。

发展到今天, 我国在舞动地区输电线路之上, 已经安装了几千套双舞防舞器, 加大对双摆防舞器的安装和使用, 已成为我国对输电线路进行防舞控制的最主要措施。

3 结束语

综上所述, 我国已建立起导线舞动的动力稳定性机理, 而且开发出自主知识产权的双摆防舞器, 并且广泛应用于输电线路中, 可以有效的防止线路的舞动, 使线路运行得到安全的保证。不过导线舞动具有复杂性、不稳定性, 对舞动规律还没有完全掌握, 需要长期的努力。我国的防舞工作, 不管是理论还是试验上都和发达国家有着很大的差距, 对导线舞动稳定性机理还需要在不断的实践中获得完善。尤其近年来, 我国输电线路的舞动频率增高, 在东北、华北与华中甚至形成了舞动的多发地区。而舞动已经严重的影响了这些电力密集地区的输电安全。我国国民经济需要更具有安全性的输电线路运行保障, 舞动多发的地区一定要做好各种预防措施。

参考文献

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[3]张弦.输电线路中微地形和微气象的覆冰机制及相应措施[J].电网技术, 2011, 31 (2) :187-189.

[4]朱宽军, 刘彬, 刘超群, 等.特高压输电线路防舞动研究[J].中国电机工程学报, 2010, 28 (34) :112-120.

对输电线路导线舞动的研究篇5

1 分析输电线路舞动的原因

1.1 导线覆冰的影响

输电导线舞动是在某种特定的自然条件下, 自身一些线路参数互相结合到一起而产生的一种情况。而且发生输电线路导线舞动的原因中, 最为重要的是覆冰的影响。其中, 首先要形成覆冰, 而且导线上形成覆冰需要具备3个条件。

(1) 较大的空气湿度。

(2) 适宜的温度, 大约为0~5℃。

(3) 使空气中的水滴运行的风速大于1 m/s。

(4) 使覆冰在导线上形成一定不规则形状, 如扇形、月牙形等。

1.2 风速和风向的影响

输电导线舞动的风速控制在4~20 m/s而且当主导风向与导线走向的夹角大于4 5°时, 导线容易产生舞动。因为风力对导线主要起激振作用的是其垂直分量当夹角越接近90°, 舞动的可能性就会大大增强。

1.3 线路结构与参数的影响

根据输电导线舞动的情况来分析, 形成输电导线舞动的主要因素是部分线路的结构和参数。因为, 在相同的条件下, 分裂导线要比单导线更容易产生舞动。而且, 随着人们用电的不断增加, 我国的输电线路舞动的可能性也随之增加了。

1.4 力学及地形的影响

在风力的不断作用下, 会产生升力和扭距等情况, 这样就会使得具有柔性的导线容易产生了舞动, 最终也会使导线的扭转情况更加严重。而且根据相关数据得知导线舞动大多发生在地势开阔的地区, 这无论从风速还是空气的流动性来说, 都是形成导线舞动的有利条件。

2 防止导线舞动的具体措施

从现在的情况来看, 稳定机制是基于线性动力稳定性的基本理论, 在增加动态稳定的系统下, 改变原来的不稳定系统进入到一个稳定的系统当中。这种理论表明只有不稳定的振动才可以产生大振幅的振动。如果我们及时采取一些相应的措施, 就可以提高系统的稳定性, 这样也可以消除结冰和风能的所带来的伤害, 最终舞动就会被彻底制止。具体表现为以下几点。

2.1 尽量躲开易形成舞动的覆冰区域

根据风向进行观察, 在结冰季节的时候, 风向与导线轴线的夹角大于45°时, 这是舞动形成的主要条件之一。而当这个夹角越小的时候, 作用在导线上的垂直分力就会越小, 舞动就越不容易形成。因此, 线路设计时应当要减少风向与导线轴线之间的夹角。

2.2 改变导线自身的固有频率

导线轴向产生的覆冰厚度是不同的而且在产生的过程中是会不断改变的, 所以, 带覆冰的导线固有频率也是随之变化的。而且在没有覆冰条件的情况下, 固有频率将会最大。因此, 将固有频率的范围变窄是防止导线舞动的条件之一。但是也可以采用在导线上安装重锤来降低最大固有频率。但是, 还需要注意的是, 选用装置时一定要仔细、认真的考虑, 尽量减少不必要的损失。

2.3 利用防舞装置

采用各种防治舞动的装置与措施, 调整系统的某些参数, 从而达到抑制舞动的发生, 进而保证线路的安全运作。其中有以下几种输电线路。

(1) 500 (330) k V及以上电压等级输电线路。

(1) 同塔多回输电线路:要首先采取线夹回转式间隔棒和相间间隔棒;其次是采用双摆防舞器、失谐摆及偏心重锤。

(2) 单回输电线路:可以采用线夹回转式间隔棒、失谐摆及偏心重锤等工具。

(3) 紧凑型输电线路:优先采用相间间隔棒, 其次是线夹回转式间隔棒, 或将其组合应用。

(4) 特高压输电线路:优先采用线夹回转式间隔棒或线夹回转式间隔棒双摆防舞器, 其次是失谐间隔棒、双摆防舞器等。

(2) 220 k V及以下电压等级输电线路。

相导线垂直时应当首先采用相间间隔棒, 其次是采用线夹回转式间隔棒、双摆防舞器、失谐摆及偏心重锤等。相导线水平排列时优先采用线夹回转式间隔棒、双摆防舞器、防舞鞭、失谐摆及偏心重锤等。

3 在导线舞动的分析中存在的问题及期望

导线舞动的形成因素有非常多, 而且各种因素之间又紧密相联、相互作用, 从而形成了激发舞动的情况, 这也给导线舞动的探究工作带来了巨大的挑战。然而现如今, 应用非线性动力学理论研究导线舞动是现在已经得到一些结果的方法, 但是要想再进一步的探究, 还需要对导线的混沌运动进行深入的研究与分析, 从而达到控制的基本条件, 这样才能避免混沌。此外, 我们还应当加大投入力度, 一方面要高度重视舞动防治水平的提高, 另一方面还要抓紧舞动理论的研究。并且, 最终要努力做到不断开展专题研究, 逐层深入, 做到理论研究、试验分析、舞动治理的实践相结合, 将舞动研究不断推向前进。

4 结语

我国是导线舞动多发的国家, 但是我国的舞动研究与治理情况已经取得了许多骄人的成绩, 无论是从对舞动机理还是防舞措施上, 都做出了巨大的努力, 也取得了不错的效果。但是, 这些与发达国家相比, 还是存在着很大的差距, 因此, 我国还需要不断提高导线舞动的水平。要做到理论和实践相结合, 从根本上彻底解决舞动问题。

参考文献

[1]杨振国.高压输电线路舞动及防治措施[J].吉林电力, 2008.

[2]陈正华.输电线路导线舞动及其防治对策的综述[J].内蒙古石油化工, 2007.

输电线舞动篇6

输电线路的舞动和风偏对输电线路的安全运行构成极大威胁[1,2,3]。舞动和风偏轻则造成相间闪络、跳闸,重则造成金属夹具损坏,导线断股、断线,杆塔螺栓松动、脱落,甚至倒杆,从而导致重大的电网事故[4,5,6]。

目前,输电线路舞动和风偏监测系统有多种方法[7,8,9,10,11,12],主要有基于位移传感器、加速度传感器的导线舞动在线监测系统;基于OSM/SMS的导线覆冰及舞动在线监测系统;基于GSM/SMS和Zigbee网络的舞动和风偏监测系统;基于监测仪和计算机网络方式的线路风偏远程监测系统;基于新型微加速度传感器测量导线舞动的实时数据,通过无线GSM传输模块的导线舞动信息数据的检测系统;基于摄像技术的导线舞动监测系统等。这些方法主要是通过传感器或检测仪器来测量导线舞动和风偏的数据,但测量的数据不是线路的实时位置数据,而是振动频率、倾斜、移动、导线张力、绝缘子倾斜角、风偏角、导线舞动频率等间接数据。采用摄像技术实现导线舞动的监测技术在实践中也得到了一些应用,主要是通过摄像技术给出导线舞动现场的定性结果,但该方法未实现导线舞动的定量分析,不能给出导线舞动的精确信息。

本文提出了一种基于差分全球定位系统DGPS(Differential Global Positioning System)的输电线路导线舞动和风偏在线监测方法,研制了在线监测系统并进行了现场实地测量。该系统利用DGPS的精确定位功能,实时获取输电线路导线的位置信息,通过无线网络把导线的位置信息传送到地面数据服务器中,并通过虚拟现实建模语言再现输电线路导线的舞动与风偏轨迹。

1 DGPS定位原理

卫星导航定位系统是一种以卫星为基础的无线电导航系统,可发送高精度、全天时、全天候的导航、定位和授时信息。GPS是由24颗空间导航卫星提供连续的、全天候的全球覆盖服务。

DGPS定位[13]是将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测,基准站将已知的测站精度坐标和接收到的卫星信息直接或经过处理后实时发送给移动站(待测量点)。移动站在进行GPS观测的同时,也接收基准站的信息,对结果进行修正,从而提高GPS的定位精度。

差分定位一般分为位置差分、伪距差分、载波相位差分3种[13]。

1.1 位置差分

设基准站的精确坐标为(X0,Y0,Z0),在基准站由GPS测得的坐标为(X,Y,Z),则改正系数为:

移动站接收机自身观测到的待测点p的坐标为(X′p,Y′p,Z′p)。接收机接收到改正信息后,考虑到接收机改正的瞬时变化,则待测点的实际坐标为:

这种计算方法简单,适用于各种型号的GPS接收机,但基准站与流动站必须接收同一组卫星数据,在基准站与流动站距离较远时难以做到。

1.2 伪距差分

伪距差分中基准站发出的改正数是基准站至各颗卫星间的伪距改正数:

其中,Rj为各颗卫星至基准站的真正距离,ρj为各颗卫星至基准站的伪距,其变化率为:

则改正后用户待测点到各颗卫星的伪距为:

由式(10)计算p点坐标:

其中,(xj,yj,zj)为卫星坐标,δt为钟差,c为常系数,v1为接收机噪声。

这种差分应用较广,基准站提供所有卫星的改正数,移动站只要任意观测4颗以上卫星就可以定位,但精度随基准站与移动站的距离增大而降低。

1.3 载波相位差分

载波相位差分技术又被称为RTK(Real Time Kinematie)技术,是实时处理2个测站载波相位观测量的差分方法。相位差分又分2种:一种是修正法,基准站将载波相位修正值送给移动站,改正移动站接收到的相位,再求解坐标,这种方法称为准RTK;另一种是差分法,将基准站采集的载波相位发送给移动站,再求解坐标,称为真正RTK。本文研制的在线监测系统利用的是真正RTK技术。

载波相位观测量形成的求解方程式:

其中,Njp0为移动站接收机起始相位模糊度,N0j为基准站接收机起始相位模糊度,Npj为移动站接收机起始历元至观测历元相位整周数,Nj为基准站接收机起始历元至观测历元相位整周数,φpj为移动站接收机测量相位的小数部分,φ0j为基准站接收机测量相位的小数部分,Δdρ为同一观测历元各项残差。

DGPS利用1台基准接收机和1台移动接收机,根据实时或事后处理技术,可使用户测量时消去公共的误差源———电离层和对流层效应。此外,由于美国政府采取SA政策[14],人为使GPS的定位精度从15 m降至100 m。在这种情况下,利用DGPS技术能消除有选择可用性SA(Selective Avaibility)带来的误差。

本文基于载波相位差分定位原理在线获取输电线路发生舞动和风偏时的三维位置和三维速度信息。对输电线路位置信息的准确获取是在线监测输电线路舞动与风偏的关键与核心技术,利用DGPS能消除公共的误差源误差以及SA带来的误差,能准确得到输电线路实时定位信息。通过对DGPS获得的定位信息进行准确完整的传输、保存、处理、再现等处理之后,就可以对输电线路舞动与风偏进行准确的在线监测。

2 在线监测系统的硬件设计

基于DGPS的输电线路舞动和风偏在线监测方案如图1所示。

在线监测系统由基准站和移动站组成[13]。基准站可安装在变电站中,也可安装在移动站附近的杆塔上,移动站安装在输电线路的导线上。图2为在线监测系统的硬件构成示意图。

基准站给移动站提供差分信号。基准站的位置事先通过精密测量得到,并保存到基准站接收机中。基准站接收机把接收到的卫星信号转换成基准站的经度、纬度、高度等位置信息。测量得到的基准站位置信息与通过精确测量得到的位置信息进行比较得到差分信息,该差分信息作为移动站定位信息的校正信号。

移动站接收机在接收卫星信号的同时,也接收来自基准站的差分信号,并把经过差分之后的卫星信号转换成反映移动站位置的定位信息。当移动站随导线发生舞动时,移动站发出的定位信息就会随着导线位置的变化而变化,这样就得到了导线舞动和风偏的实时位置信息。移动站通过无线信号发送到接收装置(电台),把得到的导线运动的位置信息发送到基准站,基准站将此信息保存在其数据服务器中。

对于实用的在线监测系统,存在如何给移动站提供电源的问题。基准站的电源可以很方便地利用太阳能电池与蓄电池供电的方式提供,而对于移动站来说,电源须来自于输电线路本身,可采用感应取电的方式提供[14],如图3所示。感应取电装置已经应用到了很多测量设备中。本系统采用的感应取电装置配有蓄电池,蓄电池起着电能调节的作用。

基准站接收机通过串口线与网络服务器相连,把得到的差分信号传送到网络服务器,网络服务器再通过网络接口与电台连接,通过电台把基准站接收机得到的差分信号发送给移动站端的电台,实现了差分信号的传输。在移动站,移动站天线接收卫星信号,该信号通过电缆传送给移动站接收机,同时来自基准站的差分信号通过移动站的电台接收到,再通过网络信号转换装置经串口线传输到移动站接收机。这样移动站接收机既有来自移动站天线的卫星信号,又有来自基准站的差分信号。

移动站接收机把来自移动站天线的卫星信号转换成反映移动站天线位置的定位信息,这些定位信息在经过差分信号校正之后就得到了精确的定位信息。移动站接收机把得到的定位信息通过串口传送到网络信号转换装置部分,网络信号转换装置与电台连接,这样差分定位信息就通过电台发送到基准站的电台,基准站的电台再把定位信息传输给网络服务器,通过网络服务器将定位信息保存到基准站的服务器中。

3 在线监测系统的软件设计

为了绘出导线的舞动与风偏轨迹,需要进行坐标变换,将移动站所处位置的经度、纬度和高度坐标转换成三维笛卡尔坐标系中的坐标X、Y、Z。

三维笛卡尔参考系假定地球为刚体,Z轴平行于地球的自转轴,即指向国际习用原点,朝北为正;X轴平行于相应的赤道面,位于为了计算国际标准时间所定义的格林尼治子午面内;Y轴则与X、Z轴正交,朝东90°。坐标原点则选定在任一适宜的参考椭球中心上。假设地面上某点的大地经、纬度为m、n,该点相对于椭球面的大地高为h,则该点的三维笛卡尔坐标(X,Y,Z)为:

其中,r为纬度n处的卯酉圈曲率半径;e为椭球第一偏心率。

其中,地球的长轴a=6 378.137 km,地球的短轴b=6 356.752 314 2 km。

通过计算得到移动站的三维笛卡尔平面坐标后,再利用此坐标进行绘图。用虚拟现实建模语言(VRML)可绘制出输电线路导线舞动和风偏的轨迹[15]。

根据以上定位数据的处理流程,开发了DGPS信号提取和坐标转换程序以及输电线路舞动与风偏轨迹再现程序。DGPS信号提取和坐标转换程序包括GPS信号接收区、即时信号区、坐标转换及控制区3个部分。GPS信号接收区是接收并显示GPS接收机的定位信息;即时信号区是用来提取显示当前的时间、日期、位置信息、信号状态等部分;坐标转换及控制区的主要功能是把接收到的来自GPS接收机的定位信息转换为三维笛卡尔平面的位置坐标,以及对定位信息的保存、判断等。该区域还是实现人机交互的桥梁,通过该区域可以实现对GPS接收机接收信号启停,数据波特率、接收频率进行更改控制。线路舞动与风偏轨迹再现程序包括轨迹再现的控制和再现部分,控制部分包括对舞动与风偏轨迹再现动作的启停控制,舞动范围、时间等的控制;再现部分是根据得到的定位信息以及按照控制部分的命令再现线路舞动与风偏的轨迹图。

4 差分定位数据的处理方法

在定位实施过程中,虽采用DGPS技术减小了卫星时钟误差、卫星星历误差、电离层误差、对流层误差等误差源,但无法消除接收机所固有的硬件偏差。因此需对GPS定位数据中误差较大的数据进行处理,以提高定位的精确度。本系统采用人工神经网络(ANN)来进行数据处理[16]。

先准确测出2个位置的经度、纬度和高度位置数据。把其中一个数据作为ANN学习的期望值,然后把移动站天线固定在作为期望值数据所对应的位置,通过移动站采集10 000个数据作为学习的样本,通过样本的学习确定ANN各层的权重值。

再将移动站天线放置到另外一个准确已知经度、纬度和高度数据的位置,保持定位系统其他部分不变,把移动站采集的数据作为输入,把ANN的输出结果作为估算分析。

表1给出了未采用ANN和采用ANN估计时的定位精度对比。

从表1可以看出,采用ANN技术可以减小定位误差,提高在线监测系统的定位精度。

经过ANN技术处理得到高精度的位置信息数据,把这些位置信息与基准站服务器中之前设置好的阈值进行比较,如果实时舞动的幅值超过阈值,就通过通信设备向控制中心的报警装置发出信号,控制中心报警装置根据接收到的信号发出报警信号,对输电线路的舞动与风偏提供早期预警。

高精度的定位信息根据GPS信号提取和坐标转换程序设置接收定位数据的频率,得到相应频率所对应的每秒接收定位数据的个数。研制的在线监测系统每秒最多可获取20个定位数据,使用该监测系统长时间对输电线路进行实时监测,将会得到很大容量的定位数据。

采用文本文件格式的文档来保存监测系统得到的输电线路定位信息,通过使用一个移动站对一条输电线路进行24 h的连续实时定位监测试验,得到的定位数据信息容量大小约为126.7 MB。该监测系统包括3个移动站部分,24 h得到的定位信息大小为380 MB左右。如果连续几周或者连续几个月对输电线路舞动与风偏进行实时监测,将会获得巨大容量的定位信息,因此需要对得到的庞大定位信息进行必要的处理。

本文采取了无损数据压缩方式,数据压缩就是指在不丢失信息的前提下,缩减数据量以减少存储空间,提高其传输、存储和处理效率的一种技术方法。无损压缩是指使用压缩后的数据进行重构(解压缩)后的数据与原来的数据完全相同,无损压缩用于要求重构的信号与原始信号完全一致的场合。常用的无损压缩方法有哈夫曼编码、算术编码、游程编码、字典编码等。采用无损压缩技术对定位数据进行压缩处理之后,数据大小由压缩前的126.7 MB缩小为13.28 MB,无损压缩后信号压缩比达到10.5%,极大减少了数据量,保证数据传输、处理的快速高效。

经过无损压缩技术处理后的实时定位数据,可以通过通信网络从基准站服务器发送到控制中心,并实现定位数据的解压缩处理。把监测系统获取的实时定位信息通过输电线路舞动与风偏轨迹再现程序,并根据对输电线路舞动与风偏轨迹再现的时间、范围等控制命令再现所需的线路舞动与风偏轨迹,为分析线路舞动与风偏的过程、机理和防舞动提供依据。

5 现场定位试验

试验线路为湖北电网一条500 k V超高压输电线路。基准站采用DL-V3-L1L2接收机,移动站采用Pro Pak-V3-RT2-A接收机,内置高精度OEMV-3GPS板卡,并配置高精度零相位GPS-702-GG双频天线。数据服务器采用IBM服务器,另外还包括网络服务器5410、网络信号转换装置5210、移动站端的无线网络信号发送与接收装置5700 SM、基准站端的无线网络信号发送与接收装置5700 AP。差分后位置精度2 cm,数据更新率20 Hz,速度精度0.02 m/s。

在线监测系统包含1个基准站和3个移动站。3个移动站分别安装在输电线路三相导线的中间位置。现场试验之前先精确计算出基准站的天线位置信息,按设备使用要求设置好基准站和移动站模式,试验中设置移动站发送数据的频率为20 Hz,即每秒发送20个GPS数据,这些数据经过无线网络信息发送装置,发送到服务器中。移动站发送的导线舞动的实时定位数据(部分)如下:

把已转换为三维笛卡尔坐标系中的定位数据作为VRML中的图形位置坐标数据。在VRML中利用小球来代替试验中的移动站,通过小球的运动来模拟导线舞动。图4为VRML动态显示的输电线路三相导线舞动的轨迹。

通过观察小球动态位置的显示,并与试验现场输电线路导线的摆动轨迹比较,证明输电线路在线监测系统能准确地再现输电线路导线的舞动情况。

6 结论

本文提出了基于DGPS的输电线路舞动和风偏在线监测方法,研制了相应的在线监测系统,并在实际线路上进行了定位试验,得到如下结论。

a.提出的基于DGPS的输电线路舞动和风偏在线监测方法是完全可行的,研制的在线监测系统是实用的,该系统的定位精度达到了10 cm,能满足实际监测的要求。

b.在线监测系统获取的输电线路实时位置信息,不仅可以再现输电线路的舞动和风偏轨迹,对输电线路的舞动与风偏提供预警,还可以根据轨迹计算出舞动和风偏的相关特征参数,为舞动和风偏的机理研究提供基本数据,为验证防舞动和防风偏的效果提供良好的检验手段。

摘要：提出了一种基于差分全球定位系统(DGPS)的输电线路舞动和风偏在线监测方法。该方法基于DGPS定位原理,通过DGPS技术实时获取输电线路的空间位置信息,得到的导线空间位置信息经无线传输技术传输到地面服务器中,服务器中的在线监测程序提取出定位信息中导线的经度、维度和高度三维空间信息转换成三维笛卡尔坐标系中的坐标值,利用人工神经网络技术对定位数据进行误差处理,输电线路舞动和风偏轨迹再现程序根据实时的空间位置信息再现导线的舞动和风偏轨迹。研制的在线监测系统对一条500 kV输电线路的舞动和风偏进行了现场测试。结果表明,所提方法可对输电线路舞动和风偏进行厘米级的实时在线监测。

输电线舞动篇7

关键词：输电线路,防舞动,线夹回转式,相间间隔棒

0 引言

宜兴I、II回输电线路起于宜昌市宜都换流站, 止于潜江市兴隆变电站, I回线路长约178.5km, II回线路长约178.2km, 均于2010年3月投运。

2013年2月, 因受低温寒潮影响, 湖北省境内大部分地区出现低温大风天气, 造成宜兴I、II回等多条线路舞动, 并导致500kV宜兴I回线路故障跳闸, 严重影响了主网的安全稳定运行。为了增强线路防舞动能力, 对宜兴I、II回等线路进行防舞动改造。

1 历年舞动情况和治理措施

宜兴线于2010年3月投运, 截至2013年1月未曾发生过线路舞动跳闸事故。该线路在建设阶段就已在#209~#302段内易舞动区安装了双摆式防舞器。2013年2月7日, 受北方冷空气影响, 荆州地区出现大风天气, 风速达8~15m/s, 导致多条输电线路舞动, 最大幅值约为5~6m。宜兴I回发生两相故障跳闸, 故障点在#214~#215段, 线路受损情况如图1、图2所示。宜兴I、II回线路设计施工初期针对特殊区段已考虑防舞动治理措施, 但在特别恶劣气象条件下仍不满足运行要求。

2 防舞动改造方案

2.1 改造范围

根据湖北省舞动区分布图和宜兴I、II回线路路径走向图, 可知宜兴I、II回#209~#388段处在2级舞动区域内。根据《国家电网公司输电线路防舞差异化改造技术要求》 (国家电网生[2010]774号) 第4.2条款, 500kV宜兴I、II回线路属重要输电线路, 而#209~#302段冬季主导风向为西北风, 与线路走向夹角大于45°, 因此500kV宜兴I、II回#209~#302段为本次舞动改造范围。

2.2 改造段基本条件

宜兴I、II回改造段为双回路常规型线路, 设计覆冰厚度为10mm, 基本风速为27m/s (风速基准高度取10m) 。导线采用4×LGJ-500/45钢芯铝绞线, 分裂间距为450mm;下导线到中导线的相间距一般情况为10.6~12m, 最大可达13.4m;中导线到上导线的相间距一般情况为11.8~13m, 最大可达14.6m。

2.3 防舞动改造方案

根据湖北省电力公司《输电线路舞动治理工作指导意见》, 同塔双回输电线路优先采用线夹回转式间隔棒、相间间隔棒, 其次是双摆防舞器, 本段线路拟定以下两个改造方案。

方案1:拆除原有导线间隔棒, 更换为线夹回转式导线间隔棒 (如图3所示) , 其型号为FJNZ-445/500, 平均次档距取45m;原安装双摆防舞器的档内仍保留双摆防舞器, 防舞间隔棒部分更换为线夹回转式导线间隔棒, 摆锤不更换, 形成两种防舞装置的联合防舞。

方案2:安装相间间隔棒, 布置方法见表1, 拆除原有双摆防舞器。

3 方案比较

3.1 投资

将两个方案的工程量列于表2。由于500kV线路相间距离较大, 要求相间间隔棒结构高度较长, 相间间隔棒价格相对昂贵, 因此导致方案2的投资较大, 在档距为400、501m时其本体投资分别为方案1的2.1、2.63倍。

3.2 设计、生产和施工难度

方案1仅需更换导线间隔棒, 设计施工较为简单。

对于方案2, 由于各种塔型的相间距离不一致 (见2.2小节) , 在选配相间间隔棒的结构长度时会出现多种结构长度的相间绝缘子;结构高度太长, 且长度差异较大, 导致厂家在生产合成绝缘子时会遇到一定困难;施工过程中也易发生混淆, 为施工带来一定难度。因此, 方案2的设计、生产和施工难度相对较大。

3.3 杆塔和导线荷载

两种方案实施后, 对杆塔和导线荷载情况进行计算, 对比列于表3。方案1的杆塔垂直荷载基本不增加 (0.84%~1.20%) , 方案2的杆塔垂直荷载基本不变 (-0.31%~0.06%) 。两个方案荷载增加量均较小, 对导线的张力影响很小, 可忽略不计, 其中方案2的杆塔和导线荷载增加相对较小。

综上所述, 方案1和方案2均能满足防舞动要求, 而方案1在投资、设计和施工难度等方面更有优势。

4 本次防舞动改造措施

本次防舞动改造以方案1为主, 考虑差异化设计, 发生过故障的区段 (#209~#211、#213~#217) 和大档距区段 (#222~#223、#242~#243) 采用方案2。具体方案如下:宜兴线#213~#217区段I回线路按方案2执行, II回线路按方案1执行;#209~#211、#222~#223、#242~#243区段I回线路按方案1执行, II回线路按方案2执行;其它区段均按方案1执行。宜兴线防舞动配置方式示意图如图4所示。

5 方案1联合防舞的论证

双摆防舞器是基于稳定性机理研发的一种具有良好防舞动性能的装置, 旨在提高导线系统的动力稳定性, 同时也兼具压重防舞动功能。目前双摆防舞器已大量应用于我国多条分裂导线线路上, 取得了较好的防舞效果, 积累了丰富的经验, 是我国架空输电线路应用最为广泛的防舞动装置。双摆防舞器属刚性防舞器, 从应用情况来看, 若设计合理则能有效防舞, 反之 (实际冰风条件超过设防范围) 则线路仍可能舞动, 但从总体情况来看, 双摆防舞器基本能防止或一定程度上抑制舞动, 它还具有造价较低、安装方便等优点。

线夹回转式间隔棒 (适用于分裂导线) 是近年来我国新研制的一种防舞装置, 其特点是间隔棒中有2个线夹可自由 (或在一定角度范围内) 回转, 其活动夹头部分可改变覆冰导线的覆冰形状, 从而改变覆冰导线的空气动力系数。因这种防舞动装置兼具间隔棒和防舞器的双重作用, 且不会额外增加输电线路上的集中载荷, 故对线路的运行应力基本没有影响, 其布置方式主要考虑次档距振荡、翻转自恢复等的影响。线夹回转式间隔棒比普通间隔棒造价稍高, 现今已大量应用于我国架空输电线路的防舞动工作中。

“不均匀覆冰”、“风的激励”以及“线路结构与参数”是线路发生舞动的条件。双摆防舞器和回转式线夹是基于不同舞动机理开发的防舞动装置, 具有各自优点和应用局限性, 但二者的联合使用可起到更好的效果, 使得防舞动的适用范围更广。

《国家电网公司输电线路防舞差异化改造技术要求》第5.2条指出“2级舞动区内线路防舞改造时, 应对舞动区段加装防舞装置, 必要时可采用组合防舞措施”, 溪洛渡-浙西±800kV特高压直流输电线路工程也采用线夹回转式间隔棒, 并预留双摆防舞器的安装孔。

综上所述, 采用线夹回转式间隔棒和双摆防舞器的组合防舞动措施可使防舞动性能更优。

6 结束语

本文分析了500kV宜兴I、II回输电线路发生的舞动跳闸事故, 并对架空线路进行了防舞动改造, 确定了改造范围, 提出了安装线间回转式间隔棒和相间间隔棒两种防舞动改造方案。经过对投资、设计/生产和施工难度、杆塔和导线荷载等方面的比较分析, 确定方案1更有优势, 但考虑差异化设计, 最终选择以方案1为主, 方案2为辅的改造方案, 并论证了联合防舞方案的优异性。