輸電線路舞動(dòng)情況數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

楊繼東

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)電力有限責(zé)任公司，湖北 宜昌 443099)

在冬季和初春季節(jié)，當(dāng)風(fēng)水平吹到覆冰的導(dǎo)線上，由于導(dǎo)線覆冰呈現(xiàn)非圓截面，會(huì)產(chǎn)生空氣振動(dòng)，由此易造成導(dǎo)線產(chǎn)生自激振動(dòng)，形如舞龍，也稱舞動(dòng)，導(dǎo)線舞動(dòng)頻率低(約0.1～3 Hz)、振幅大(可達(dá)10 m以上)[1-2]。舞動(dòng)一定情況下，會(huì)造成輸電線路相間閃絡(luò)、絕緣子金具及部件損壞、跳線引流線損壞及傷斷導(dǎo)線，嚴(yán)重情況下可能危及桿塔，造成桿塔橫擔(dān)撕裂和倒塔。

1 舞動(dòng)的成因

產(chǎn)生導(dǎo)線舞動(dòng)的原因很復(fù)雜，與地形地貌、氣候、線路自身結(jié)構(gòu)等多方面因素有關(guān)，人類對(duì)其的認(rèn)識(shí)還非常有限。經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外對(duì)導(dǎo)線舞動(dòng)的研究，引起導(dǎo)線舞動(dòng)的因素主要有以下幾個(gè)方面[3-5]。

1)覆冰。覆冰是造成線路舞動(dòng)的主要原因之一。雨凇、霜凇及降雪的情況下，導(dǎo)線容易發(fā)生覆冰，導(dǎo)線覆冰呈現(xiàn)不規(guī)則形狀，冰厚從幾毫米到幾十毫米，在風(fēng)的激勵(lì)下易發(fā)生舞動(dòng)。

2)風(fēng)速及風(fēng)向。當(dāng)風(fēng)向與線路走向的夾角大于等于45°時(shí)，風(fēng)速保持在4～20 m/s，導(dǎo)線易發(fā)生舞動(dòng)，而且?jiàn)A角越接近90°，對(duì)不均勻覆冰后導(dǎo)線的激勵(lì)效果越強(qiáng)，對(duì)導(dǎo)線產(chǎn)生的升力越大，發(fā)生舞動(dòng)的可能性越大。

3)線路結(jié)構(gòu)及參數(shù)。線路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)也是形成舞動(dòng)的重要因素。這些因素包括：分裂導(dǎo)線、弧垂、張力、檔距、導(dǎo)線的特性與參數(shù)及桿塔結(jié)構(gòu)等。

2 輸電線路舞動(dòng)特點(diǎn)分析

根據(jù)收集到的輸配電線路舞動(dòng)資料，從氣象、地形、線路結(jié)構(gòu)參數(shù)等進(jìn)行了分析。

2.1 輸電線路舞動(dòng)的氣象特點(diǎn)分析

低溫氣候下的微風(fēng)是造成導(dǎo)線舞動(dòng)的主要激勵(lì)源，它們的產(chǎn)生及其形態(tài)受氣象因素影響。氣候具有隨機(jī)性，同樣的雨凇條件下，不同風(fēng)速的大小，形成冰的形狀不同，進(jìn)而影響空氣動(dòng)力狀態(tài)。在舞動(dòng)研究與計(jì)算時(shí)，需根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料進(jìn)行。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，每次舞動(dòng)發(fā)生時(shí)，輸電線路所處地區(qū)都是因經(jīng)受強(qiáng)冷空氣影響，出現(xiàn)持續(xù)低溫雨雪冰凍天氣，伴隨著較長(zhǎng)時(shí)間、較大范圍的降雨、降雪過(guò)程，凍雨在電力設(shè)施上迅速形成不均勻覆冰，并在持續(xù)穩(wěn)定的大風(fēng)作用下，最終導(dǎo)致線路發(fā)生舞動(dòng)。

圖1～3是不同氣溫、覆冰、風(fēng)速與輸電線路舞動(dòng)條數(shù)的關(guān)系。

圖1 不同氣溫下舞動(dòng)檔數(shù)

圖2 不同覆冰下舞動(dòng)檔數(shù)

圖3 不同風(fēng)速下舞動(dòng)檔數(shù)

從圖1至圖3可知，氣溫在-2～-3℃、覆冰厚度在4～6 mm、風(fēng)速在7～9 m/s、凍雨、小雪或雪粒天氣情況下較易發(fā)生大范圍舞動(dòng)。

2.2 輸電線路舞動(dòng)的線路走向及地理特點(diǎn)分析

如果風(fēng)向與物體的軸線之間有一個(gè)夾角，風(fēng)激勵(lì)力的垂直分量起主要激振作用，與物體軸線平行的分量不起激勵(lì)作用?；诖?，線路舞動(dòng)的大小及狀態(tài)與風(fēng)向?qū)?dǎo)線軸線的夾角有關(guān)。

風(fēng)向具有隨機(jī)性，導(dǎo)線的舞動(dòng)是由冰和風(fēng)的聯(lián)合作用產(chǎn)生的。通過(guò)常年的風(fēng)向與風(fēng)速的統(tǒng)計(jì)，可以得到舞動(dòng)所需的風(fēng)向和風(fēng)速值。

線路舞動(dòng)情況和地形地貌情況關(guān)系如圖4所示。

圖4 線路舞動(dòng)條數(shù)與地形地貌之間的關(guān)系柱圖

由圖4可以看出，舞動(dòng)大多數(shù)發(fā)生在平原和丘陵地區(qū)。從圖5分析得出，懸點(diǎn)高差在0～4 m的線路區(qū)段舞動(dòng)達(dá)到1 591檔，占全部舞動(dòng)區(qū)段的57.2%，呈現(xiàn)為懸點(diǎn)高差越小，線路舞動(dòng)范圍越大。但此趨勢(shì)只是針對(duì)已發(fā)生舞動(dòng)的線路而言，并不能說(shuō)明高差對(duì)舞動(dòng)有決定性因素影響，因舞動(dòng)地型均為開(kāi)闊的平原地域，平原地形桿塔高差本身就不大，因此可能是舞動(dòng)的地形特點(diǎn)造成了此分析結(jié)論的出現(xiàn)。

圖5 桿塔懸掛點(diǎn)高差與舞動(dòng)檔數(shù)關(guān)系

2.3 冬季線路舞動(dòng)新特點(diǎn)

覆冰、風(fēng)的激勵(lì)和線路結(jié)構(gòu)參數(shù)三個(gè)方面的因素決定了導(dǎo)線舞動(dòng)的產(chǎn)生。2009～2010年線路發(fā)生的舞動(dòng)，其發(fā)生條件、舞動(dòng)表現(xiàn)形式、造成的后果等與以往的舞動(dòng)規(guī)律基本一致。

2.3.1 舞動(dòng)發(fā)生頻率高

2009年11月至2010年1月不足3個(gè)月內(nèi)共發(fā)生三次大規(guī)模舞動(dòng)現(xiàn)象。圖6為2009年11月至2010年1月與2000年至2008年內(nèi)發(fā)生線路舞動(dòng)情況對(duì)比。由圖6可見(jiàn)，2009年11月至2010年1月這3個(gè)月內(nèi)發(fā)生舞動(dòng)的線路總數(shù)比2000年至2008年這8年發(fā)生舞動(dòng)線路的總數(shù)還多。

2.3.2 舞動(dòng)區(qū)域在擴(kuò)大

舞動(dòng)區(qū)域由傳統(tǒng)易舞區(qū)擴(kuò)展到舞動(dòng)少發(fā)區(qū)，本次舞動(dòng)涉及8個(gè)省份。由圖7和圖8對(duì)比可以看出，山西、江西、山東等傳統(tǒng)舞動(dòng)少發(fā)區(qū)域在2009年至2010年冬季發(fā)生了大范圍的舞動(dòng)。這就說(shuō)明隨著氣候的不斷變化，舞動(dòng)的范圍在擴(kuò)大，頻率在增強(qiáng)，應(yīng)引起高度重視。

舞動(dòng)不再局限于平原地區(qū)，2009年11月河南、山西山區(qū)線路發(fā)生了舞動(dòng)。調(diào)查表明，山區(qū)線路在山頂、山埡口以及丘陵爬坡處等區(qū)域較易發(fā)生舞動(dòng)。2009年11月至2010年1月舞動(dòng)線路波及10～500 kV各電壓等級(jí)的輸配電線路。

圖6 線路舞動(dòng)條數(shù)對(duì)比

圖7 2000年至2008年220～500 kV線路舞動(dòng)區(qū)域分布特點(diǎn)

圖8 2009年至2010年冬季220～500 kV線路舞動(dòng)區(qū)域分布特點(diǎn)

2.3.3 舞動(dòng)線路多為同塔雙回線路

由表1可見(jiàn)：同塔雙回線路發(fā)生舞動(dòng)的條數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單回路發(fā)生舞動(dòng)的條數(shù)。

表1 2009年至2010年冬季單、雙回線路舞動(dòng)對(duì)比表

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)本次輸電線路舞動(dòng)情況進(jìn)行較全面的統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)論如下。

1)舞動(dòng)易發(fā)生的條件一般是風(fēng)速：7～9 m/s，覆冰厚度：4～6 mm，氣溫：-2～-3℃；地形一般為：平原開(kāi)闊地、丘陵、江河湖面等。氣候的變化，舞動(dòng)不再局限于平坦、開(kāi)闊地帶。

2)導(dǎo)線分裂數(shù)越多、導(dǎo)線截面越大，越易在特定條件下會(huì)發(fā)生舞動(dòng)。

3)導(dǎo)線掛點(diǎn)高差不對(duì)舞動(dòng)有決定性因素影響。