架空输电线路的舞动现象与对策分析 陈凯

发表时间:2020/7/15   来源:《电力设备》2020年第7期   作者:陈凯
[导读] 摘要:架空输电线路是电力能源传输的基础设施,与电力能源的供应有着密切的联系。
        (国网江苏省电力有限公司昆山市供电分公司  江苏昆山  215300)
        摘要:架空输电线路是电力能源传输的基础设施,与电力能源的供应有着密切的联系。人们生活、工作离不开电力能源的保障,架空输电线路安全稳定运行对社会发展带来巨大的损失,有着重要作用。导线舞动问题会导致金具损坏、跳闸,甚至发生倒塔,造成极其严重的经济影响。
        关键词:输电线路;舞动现象;电力工程
        引言
        舞动故障是架空输电线路日常运行中,比较特殊的一种故障形式。该故障更多是发生在雨雪天气比较多的地区,因此是我国北方地区输电线路运行中常见的一种故障形式。架空输电线路发生舞动故障的概率比一般形式的输电线路要高得多,影响范围以及产生的危害相对也都比较大,因此一旦发生就会给电力企业带来巨大的经济损失。必须要给予其足够的重视,要制定全面的预防处理对策,在最大程度上保证输配电网系统的正常运行。
        1线路舞动及其形成原因
        输电线路导线舞动是指导线表面形成不均匀覆冰并在外加风力作用下产生的低频大幅自激振动现象。导线的截面形状在不均匀覆冰下变得不规则,从而使得导线周围的流体分布也随之改变,当外界施加一定的风激励时,架空导线的气稳定性将被破坏从而产生舞动现象。当输电线路发生舞动之后,将对输电线路产生极大的威胁。导线舞动产生的危害形式多样且破坏性大,如导线舞动可能会使导线间距减小甚至接触而造成闪络引发跳闸;还可能使导线因受力过大而造成断股断线,绝缘子金具脱串螺栓松动受损;严重时会造成耐张横担摆动变形,塔身屈服或塔头断裂等。导线舞动除了会对铁塔本身造成严重危害以外,还很容易造成电网大面积停电事故,其造成的经济损失和社会影响难以估量。线路舞动是一种较为复杂的耦合振动,影响其形成的因素很多。综合国内外已有文献以及工程经验来看,发生舞动的原因主要包括三个方面,分别是导线不均匀覆冰、外加风激励和线路结构和参数。1)导线不均匀覆冰。线路要发生舞动,其首要条件就是导线上存在不均匀覆冰,厚度一般在50mm以下。导线覆冰的截面形状在很大程度上也对导线舞动产生了影响。一般来说,导线覆冰后会形成扇形、新月形等不规则的形状,这种不规则的形状加速了导线与空气的流通,所以此时外加风激励下就极易产生舞动。2)外加风激励。导线舞动的另一形成原因是外加风激励。当线路处于无遮蔽物的空旷地带或风口时就常有风激励产生。通常情况下,当导线存在覆冰,环境风速为4m/s~20m/s,且风向与线路走向之间的夹角大于45°时,此时导线就易产生舞动。其舞动可能性与夹角大小成正相关,且越接近90°产生舞动可能性越大。这是因为风激励在与线路走向相垂直时,对形成不规则截面的覆冰导线激励效果越好,导线所受到的上升力就越大,就极易破坏导线的平衡系统,使覆冰导线失稳并产生舞动。3)线路结构和参数。线路结构和参数是导线自身属性,属于线路舞动的内因。线路结构和参数包括:导线分裂类型,导线横截面积和线路档距等。根据大量工程实践表明,当导线采用分裂导线时,相较于单导线更易产生舞动;在其余条件相同时,截面较大的导线比截面较小的导线更易发生舞动;当线路档距较小时,其振动固有频率较高,不易发生耦合谐振,因此小档距线路不易发生线路舞动。如果线路结构和参数设置不合理时,就容易诱发线路舞动。
        2架空输电线路舞动故障的防治措施
        2.1制定完善的防治策略
        除了来自自然环境对线路的影响外,舞动现象的发生还来自输电线路自身不具备抵御恶劣气候的能力。输电线路舞动问题对系统所造成的影响产生的安全问题以及经济损失不得不加以重视,因此针对这一问题,需要相关企业部门制定科学的防治策略,且落实到实际情况中去。(1)要对发生舞动故障的区域进行检查与螺栓紧固处理。(2)在设计架空输电线路时,针对不同的舞动故障进行分析比较,提高线路防舞动能力。(3)适当缩减塔杆间隙。(4)重视输电线路舞动故障的治理工作,提高垂直荷载能力。

针对上述的措施要点,各企业部门要做到因地适宜,结合实际情况,反复勘测调查,制定最合适的防治措施。
        2.2采用舞动试验技术来进行有效的防治
        随着电力行业的不断发展,越来越多的人开始意识到舞动故障的危害性,并且也开展采用措施来对舞动故障进行预防与处理。各个部门都加大了对舞动故障的研究力度,也结合实际情况突出了相应的理论策略,但是理论仅仅是停留在书面上,与实际运用之间还存在非常大的差别,是现阶段舞动故障仍然无法得到完全控制的主要原因。所以,为了能够对线路舞动进行更好的处理与管理,要能够将相关的理论知识向着具体技术的方向转变,加大对技术措施的研究力度,并以此来达到有效防治的目的。现阶段,通过舞动试验能够对架空输电线路的舞动故障进行仿真模拟,并对相关的试验方法进行灵活的运用,在模拟的过程中获得防舞设计的各项技术参数,实现技术上的突破。
        2.3完善输电线路运行的维护工作
        周边环境、地质条件、气象变化等情况对于导线影响巨大,因此相关企业部门在线路巡视与故障管理上要尤其注意,结合设备运行状态,开展动态巡视管理,做好日常检查,及时发现运行中存在的线路舞动现象。加强正常供电设备的巡视工作,在故障出现后,要第一时间找出故障发生区进行处理。同时,针对舞动故障加强舞动装置的防护,利用无人机、望远镜等设备进行巡视检查,确保传输质量以及整个架空输电线路的安全运行,提高整体的服务水平。
        3输电线路舞动研究中需要进一步深化的问题
        1)输电线路舞动仿真技术的研究线路的舞动故障实际上属于一种非线性的故障问题,因此在开展针对性研究工作时存在一定的局限性。尤其是在输电线路结构设计工作开展的过程中,其结构设计变得越来越复杂,建设规模也变得越来越大,因此更容易受到外界因素的影响。在未来研究工作开展的过程中,可以采用模拟仿真以及数值计算的方式对架空输电线路的舞动故障进行更加深入的研究。2)对防舞技术进行深入研究在未来电力行业的发展过程中,加强对防舞技术的研究是必然。同时,加强对新型防舞技术的研究,对提高线路运行的稳定性也有着非常积极的作用。在我国电力事业的发展过程中,防舞技术的研究工作一直都在开展,也出现了一代又一代的新型防舞技术,但是为了取得更好的防舞效果,技术人员仍然在进行不断的研究。现阶段,较为先进的防舞装置有双摆防舞器以及相间间隔棒等,但是在实际使用中仍然存在缺陷,还需要不断进行研究。
        结语
        本文研究分析了塔城地区覆冰的形成过程,提出覆冰种类以及覆冰物理过程的决定性因素为近地面气温和天气现象。通过分析研究覆冰典型案例,表明覆冰后导、地线安全距离不足导致塔型的抗冰能力下降并形成跳闸,同时还会损毁塔材。因此,提出了相应的防止覆冰的措施,并进行线路改造。改造后覆冰防护效果明显,减少了跳闸的次数。但依然存在着严重冰害下的防护难题需要在今后的研究和实践中解决。
        参考文献:
        [1]周瑞.基于光纤光栅应变传感器的输电线路舞动监测装置研究[D].北京邮电大学,2019.
        [2]李健.架空输电线路舞动原理及防治方法分析[J].数字通信世界,2018(09):237.
        [3]曹长胜.架空输电线路防舞动技术[J].贵州电力技术,2017,20(07):39-42.
        [4]安康.架空输电线路覆冰舞动机理及防治方法研究[D].辽宁:沈阳工业大学,2018.
        [5]李淑东.风致架空输电线路振动特性分析[D].河北:华北电力大学,2014.
 
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