輸電線路導線舞動是長期以來影響本地區電網輸電線路度冬安全的重要因素,其可以造成輸電線路跳閘、鐵塔橫擔部分螺栓脫落以及鐵塔橫擔、跳線、絕緣子、金具受損,使得電網運行形勢極為嚴峻。

并且由于架空輸電線路桿塔是一種大跨度高聳結構、導線剛度較柔、自振周期大,對風載荷的激勵十分敏感。在一些外在因素的作用下,輸電線路的舞動幅度大,因此容易引起相間閃絡,造成線路跳閘停電,而這種情況下的故障會給電網的安全運行帶來較大的危害。

解析法

解析法是根據達朗貝爾原理建立懸索的自由振動方程進行求解的方法。架空導線的垂跨比一般小于 1/8,并且主要關心面內豎向振動和面外振動,可以忽略縱線向的振動。

有限元法

解析法計算動力特性只適用于兩端鉸接的單檔導線受到豎向均布荷載的情況,對于實際工程中多種荷載和復雜邊界條件下的多檔輸電線的動力特性問題,需要利用有限元方法進行計算。研究認為,在一定的風速和攻角條件下,就會發揮舞動。由于可見,架空導線是否舞動與覆冰導線截面的氣動力特性有關。

一是對舞動的線路設備進行全面檢查,分析評估舞動對線路設備造成的影響。對舞動幅度大、持續時間長的線路金具和絕緣子進行抽樣試驗,對疲勞受損元件結合停電進行更換。二是對線路舞動區段開展防舞動治理,同塔雙回線路至少一條線路采取防舞措施,重要聯絡線優先治理,其它未舞動區段結合地形、地貌、線路走向、桿塔結構等因素,開展舞動可能性分析,必要時進行治理,確保在發生大面積舞動的情況下,各電壓等級線路,尤其是核心骨干網架、戰略性輸電通道、重要負荷供電線路等線路的安全穩定運行。三是對線路加裝線夾回轉式間隔棒、相間間隔棒、雙擺防舞器等防舞裝置進行防舞技術改造。四是在舞動區安裝必要的舞動監測裝置,對輸電線路舞動進行實時監測。建設分布式小型氣象站,對氣象信息進行監視和預警。為調度和應急處置提供技術手段,為舞動治理提供數據支撐。

比如 2013 年,某某境內遭遇大風侵襲,瞬時最大風力達 7 級,當地電業局立即啟動惡劣天氣應急預案,迅速組織人員對各變電站設備及供電線路進行特殊巡視,認真檢查設備區母線及引流線有無松動、斷股現象及設備上有無大風刮起的雜物,對輸電線路易舞動區域和線下建筑區域加強巡視力度,杜絕一切因大風引起危及設備、線路的安全隱患,確保電網在惡劣天氣下的安全運行。

總之,輸電線的導線舞蹈給安全可靠運行造成了極大的危害,我們需要積極加強力學分析,才能做到有針對性的治理,保證導線舞動治理工作的長期性和連貫性。

線路舞動除引起電氣故障外,還同時造成螺栓松動、脫落,金具、絕緣子、跳線損壞,導線斷股、斷線,塔材、基礎受損等嚴重的機械損傷。

發生規律

從氣象條件看,2009年11月入冬以來的氣象特點較往年存在較大差異,主要表現為降水多、降溫幅度大、范圍廣、過程頻繁、持續時間長、極端降溫事件多等,每一次天氣過程中均有雨雪冰凍,并伴有大風降溫,極易誘發線路覆冰舞動。7次大面積線路舞動,基本都經歷了雨淞或雨夾雪天氣過程,并有明顯的導線覆冰,覆冰厚度約為4～ 25 mm。

從線路走向看,舞動線路的路徑區域以平坦開闊平原或丘陵為主,96%的舞動線路(區段)為東西走向。由于我國冬季的主導風向以北風或偏北風為主,發生舞動線路的走向與主導風向的夾角普遍> 45°。少數南北走向的舞動線路,舞動發生時的線路受微地形、微氣象影響,舞動發生時風向與線路走向夾角較大。

從線路結構看,不同結構的線路舞動發生情況不盡相同,其中500 kV和220 kV線路舞動情況較多,占舞動線路總數的60%。發生舞動的500 kV線路,其導線多為4分裂、6分裂型式,220 kV線路導線多為雙分裂型式；按桿塔結構型式分,架線較高的同塔雙/多回線路占舞動線路的61.5%,舞動發生區域內的緊湊型線路普遍發生了舞動。

線路舞動特點

與以往線路舞動事件相比,2009—2010年冬季線路舞動表現出一些新的特點：

1、舞動范圍擴大,頻度明顯增加：2009— 2010年冬季7次舞動過程波及14個網省公司,湖北、河南、遼寧等傳統的易舞區線路舞動仍較嚴重,而歷史上極少發生舞動的河北、山東、浙江、山西、陜西、安徽和江蘇等省份也相繼發生了大范圍的舞動現象,舞動區域范圍明顯擴大。冬季每一次大風降溫、冰凍雨雪天氣過程,都有線路舞動事件發生,僅河南就發生了3次大范圍的線路舞動,舞動發生頻度明顯增加。

2、舞動發生規模較大,涉及電壓范圍廣：據統計,2000— 2008年間公司系統500 kV、220 kV舞動線路總數分別為43條和54條；而2009— 2010年冬季的7次舞動中,500 kV、220 kV舞動線路為148和212條,遠超過前9年總和。同時,舞動線路范圍涉及10～ 500 kV各個電壓等級線路,部分通訊線路、電鐵接觸網也發生了舞動故障。

因此,舞動已不能簡單認為是個別地區、個別區段的小概率事件,當氣象、覆冰、線路結構參數等條件滿足舞動發生條件時,各區域、各電壓等級輸電線路均可能發生舞動,并導致線路事故的發生。

3、新型線路抗舞能力較弱：7次線路舞動過程中,同塔雙(多)回線路較之單回線路、緊湊型線路較485之普通線路更易受到舞動影響,在相同氣象、覆冰及地貌條件下,新型線路更易發生舞動,舞動發生后也更易發生跳閘故障,同時造成機械故障。在7次線路舞動過程中,同塔雙回線路舞動390條,占舞動線路總數的62%；單回線路舞動244條,占總數的38%。同塔雙回舞動線路中62%發生跳閘故障,單回舞動線路中39%發生跳閘故障；330 kV 4條舞動線路均為同塔雙回線路。

復雜結構舞動

投運及建設中輸電線路,大多采用6分裂、8分裂等多分裂導線結構,電網網架復雜,桿塔平均高度較高,并大量采用采用同塔雙回桿塔,我國能源分布特點又決定了主要輸電線路網架結構都是東西走向,線路距離較長,線路走廊氣候和地理條件調價復雜,并且線路主體部分與冬季主導風向夾角較大,這些都形成了易于引起舞動的主要因素。

大面積停運

線路舞動影響范圍大,持續時間長,相間故障多發,容易導致電網大面積停電事故。2010-01-20山東發生大面積舞動,自8時18分起至21時50分,13條500 kV線路跳閘36條次,41條220 kV線路跳閘86條次,電網結構遭受嚴重破壞,煙威電網僅通過嶗陽線并網。1月28日河北、山東、河南發生大面積舞動,華北與山東聯網的辛聊雙回線、黃濱雙回線先后故障,山東與華北兩次短時解列,陽城電廠送出的3回線路也先后因舞動導致永久故障,陽城電廠全停。

機械故障

舞動不僅引起短路跳閘,長時間舞動還會導致桿塔螺栓松動、強度降低,金具、絕緣子、跳線損壞；導線斷股、斷線,塔材、基礎受損甚至倒塔等大量機械損壞,搶修難度大。另外,舞動造成的桿塔螺栓松動、導線、金具、絕緣子隱性損傷等缺陷短時間內往往難以發現,對線路安全運行構成威脅。

治理范圍

1、已發生舞動的輸電線路相應舞動區段應開展防舞治理；其它未舞動區段應開展舞動可能性分析,結合地形、地貌、線路走向、桿塔結構等因素,必要時開展防舞治理。

2、與舞動線路處于同一區域的未舞動線路應開展舞動可能性分析,必要時開展防舞治理。同塔雙回線路應對其中一條線路采取防舞措施。

3)500 kV及以上電壓等級和220 kV重要輸電線路應結合氣象條件、地形、地貌、線路走向、線路參數、桿塔結構等因素開展舞動可能性分析,必要時開展防舞治理。

技術措施

在運輸電線路舞動治理的主要措施是加裝防舞裝置或進行防舞技術改造,其中防舞裝置主要包括：線夾回轉式間隔棒、相間間隔棒、雙擺防舞器等,上述防舞裝置可組合應用。防舞技術改造包括：改善鐵塔螺栓的防松性能；適當提高桿塔關鍵部位和相關金具的強度；適當縮小檔距和耐張段長度,改變局部地區的線路走向,避開舞動地帶等。

選擇原則

1、500(330)kV及以上電壓等級輸電線路：①同塔雙(多)回輸電線路:優先采用線夾回轉式間隔棒、相間間隔棒,其次是雙擺防舞器、失諧擺及偏心重錘等。不同回路可采用不同的防舞裝置；②單回輸電線路：可采用線夾回轉式間隔棒、雙擺防舞器、失諧擺等；③緊湊型輸電線路：優先采用相間間隔棒,其次是線夾回轉式間隔棒；④特高壓輸電線路：優先采用線夾回轉式間隔棒或線夾回轉式間隔棒雙擺防舞器,其次是雙擺防舞器等。

2、220 kV及以下電壓等級輸電線路：①相導線垂直或三角排列時優先采用相間間隔棒,其次是線夾回轉式間隔棒、雙擺防舞器等;②相導線水平排列時優先采用線夾回轉式間隔棒,其次是雙擺防舞器、相間間隔棒、防舞鞭等。