架空输电线路舞动危害、影响因素及防舞意义

架空输电线路舞动危害、影响因素及防舞意义 1.什么叫舞动架空输电线路导线发生偏心覆冰后，在风 的激励下产生的一种低频率、大振幅自激振动现象。通俗 讲就是当风吹到因覆冰而变为非圆截面的导线上时，产生 一定的空气动力，由此会诱发导线产生一种低频率（约 0.13 Hz） 、大振幅的自激振荡，由于其形态上下翻飞，形 如龙舞，称舞动。输电线路舞动的发生通常取决于三方面 的要素导线不均匀覆冰、风激励和线路结构参数。舞动 产生的危害是多方面的，轻者会发生闪络、跳闸，重者发 生金具及绝缘子损坏，导线断股、断线，杆塔螺栓松动、 脱落，甚至倒塔，导致重大电网事故。易于发生舞动的局 部敏感地段主要在风口、开阔地带、江河湖面等易于覆 冰，且风激励较强的地区。为防止线路舞动，一般采取安 装相间间隔棒、线夹回转式间隔棒、双摆防舞器、失谐 摆、偏心重锤等防舞装置 。2. 线路舞动的危害线路舞动的 危害主要有机械损伤和电气故障两类。机械损伤包括螺栓 松动、脱落，金具、绝缘子、跳线损坏，导线断股、断 线，塔材、基础受损等；电气故障主要包括相间跳闸、闪 络，导线烧蚀、断线，相地短路以及混线跳闸等。 2.1 机械损伤 螺栓松动、脱落输电线路舞动使耐张塔的 主材接点和横担紧固螺栓松扣、磨损甚至剪断，严重影响 铁塔受力。如 1987 年 11 月某地区的导线舞动造成 500 kV 某线 l5 基耐张塔螺栓脱落共 411 个，引流间隔棒损坏共 7 个；而 17 个耐张段中的 218 基直线塔只有 15 基螺栓脱落 共 66 个。图 螺栓松动、脱落 金具、绝缘子、跳线损坏由于舞动的力学作用，使得已 有内部绝缘损坏或机械损伤的绝缘子钢脚破裂，造成掉线 停电。如 1999 年 3 月、11 月导线大面积舞动中，500 kV 某线 582塔中相、某线 25塔 C 相、某线 180塔 B 相的绝 缘子钢脚球头断裂，导线掉落烧损，供电中断。导线断 股、断线舞动产生的导线交变应力造成导线损伤或导线 金具磨损，导线断线。如 1987 年 2 月某地区 A 线、B 线同 塔大跨越导线舞动持续 70 多小时，使塔上线夹中的销钉 33 个切断、13 个严重移位，多处导线磨伤，1988 年 12 月该 处又发生持续 30 多小时的舞动，造成 B 线中相一根子导线 断落。塔材、基础受损舞动增加了杆塔交变应力，便杆 塔横担和塔身失稳或塔材松动，影响运行。如 1999 年 11 月某地区大面积导线舞动，加之钢管混凝土杆焊接中的隐 性缺陷，使 220kV 某线 82、83失稳倒塔。图 杆塔倒塔 2.2 电气故障 相间跳闸、闪络舞动会导致导线间隙减 小，从而引起相间短路。如某地区 1985 年 11 月 220 kV 某 线的相间放电跳闸，1987 年 3 月 220 kV 某线的相间放电跳 闸，1993 年 11 月 220kV 某线的多次跳闸。66kV 输电线路 导线舞动的最大危害是相间短路跳闸，并且容易造成导线 严重烧伤。如 1985 年 1 月某地区的导线舞动，某南北线严 重时 15 min 内跳闸 5 次，某东西线 1h 内跳闸 9 次，两条 线路的跳闸最小间隔仅 1 min，跳闸原因均为相间短路。导 线烧蚀、断线如 1993 年 11 月导线舞动造成某线断线， 2009 年 4 月导线舞动造成 500kV 某线 48 号塔小号侧 A 相 （上左相）第 5 子导线间隔棒附近有放电痕迹，B 相第 4 子 导线间隔棒附近及第 7 子导线间隔棒附近也有放电痕迹。 相地跳闸舞动也会导致导线和地线的间隙减小，从而引 起相地短路。如 2003 年某地区 500 kV 某线输电线路发生 两次强烈舞动，最大振幅超过 7m，引起导线对地线放电， 线路跳闸，同时造成金具严重磨损、断裂、脱落，导线断 股、脱落，送电被迫中断。混线跳闸如 1999 年 11 月导 线舞动使某地区一次变配出的 66 kV 线路（多为四回路或双 回路同塔）大面积混线跳闸，最终造成某变电所 66 kV 母线 全停的严重后果。3. 舞动影响的因素影响输电线路舞动的 因素很多且其之间会相互影响，一般归纳为气象条件因 素、地理因素、线路自身因素等方面。其中，气象条件因 素主要指导线的覆冰情况和风的大小与方向等；地理因素 主要指输电线路所在区域的地形与地势；线路自身因素主 要是指线路走向、线路系统的结构和参数等。 3.1 冰风参数覆冰与风是导线舞动的主要外激励源，它们 在一定的气象条件下产生，且彼此影响。当大气层中存在 大量微小的过冷水滴而没有足够的凝结核时，水滴在下降 过程中遇到输电导线时就有可能附着在导线表面，形成覆 冰。当风速较小时，在导线的迎风面形成覆冰；当风速较 大时，在导线的背风面形成覆冰。导线覆冰后的形状又会 影响空气动力的状态。覆冰、空气动力状态等因素具有很 大的随机性。对于导线舞动来说，冰风因素是主要的激励 源，具有关键的作用，它们的产生及其形态不仅与气象条 件密切相关，而且彼此相互影响。例如，在同样的雨凇条 件下，风速的大小将会影响导线覆冰的形状，进而影响导 线的空气动力状态。显然，这些影响因素具有很大的随机 性，在舞动研究与计算时，通常是根据统计资料来进行考 虑的。3.1.1 导线覆冰的类型与条件（a）雾凇由山区低层 云中的过冷水滴形成。水滴在温度极低、风速很小的情况 下遇到导线，在第二批水滴尚未到达之前，第一批水滴几 乎即刻成冰，冻结在导线上，由此形成雾凇。积冰呈白 色，晶状结构，密度 δ＜0.6 g/cm3，在导线上的附着力比 较弱。由于雾凇覆冰层不厚，冰重不大，偏心情况也不严 重，对导线一般不构成威胁。 （b）霜凇。当温度在 0℃上下、风速较大时，会形成霜 凇。其水滴冻结比较弱，但在导线上的附着力却比较强。 冰质透明，密度较高，在 0.630.9 g/cm3 之间变化。导线 长期暴露在湿云中而气温又在冰点左右时易于形成霜凇， 霜凇重量会逐渐增大，其重力会对导线与杆塔构成威胁。 （c）雨凇雨凇多发生在低海拔地区的冻雨期，在温度接近 0℃、风速较大时产生。冰质透明，在导线上的附着力极 强，冰的密度也很高，在 0.900.92gcm3 之间。在雨凇地 区，由于冻雨的持续时间较长，可能形成较厚而坚实且不 易脱落的覆冰层，成为发生导线舞动的重大威胁。如湖北 中山口是全国最严重的雨凇区之一，雨凇常持续数十小时 至几昼夜，气温在 0-8℃之间，形成偏心覆冰的厚度一般 为 1520mm，最严重的一次甚至达到 3848mm。 3.1.2 导线覆冰的必要气象条件导线覆冰的必要气象条件 是1 具有足可冻结的气温，即冰点以下的温度；2 具有较 高的湿度，即空气相对湿度一般在 85以上；3 具有可使空 气中的水滴运动的风速，即大于 1m/s 的风速。一般来说， 水滴直径大，过冷却程度低，周围气温较高，以致水滴潜 热散发较慢时，导线容易形成雨凇；反之，水滴直径小， 过冷却程度高，周围气温低，以致水滴潜热能迅速散失掉 时，导线容易形成雾凇。导线覆冰最快时的风速为 36m/s，如果风速小于 3m/s，则导线覆冰速度与风速成正 比；如果风速大于 6m/s，则导线覆冰速度