输电线路覆冰舞动治理技术
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xxx公司检修分公司防止输电线路覆冰、舞动事故措施批准:审核:编制:许映全检修分公司线路班2020年12月目录1.总则 (1)2.事故措施范围 (1)3.分析线路区域气象变化引起中冰区、易舞动区 (1)4.抗覆冰措施 (2)4.1 防倒塔断线措施 (2)4.2 防绝缘子串冰闪措施 (3)5.防导线舞动措施 (3)6.输电线路除冰 (4)7.运行阶段应注意的问题 (4)8.小结 (4)防止输电线路覆冰、舞动事故措施1.总则在电网系统中,输电线路覆冰现象较为普遍,其引起的故障严重地影响了电力系统的正常运行。
输电线路覆冰可引起导线舞动、杆塔倾斜、倒塔、导线断股、金具和绝缘子损坏、绝缘子闪络等事故。
导线覆冰是一个复杂的过程,覆冰量与导线半径、含风量、风速、风向、气温及覆冰时间等因素有关。
对减轻导线覆冰带来的危害,要充分掌握本地区的冰雪情况,仔细研究输电走廊的微气候、微地形,尽量避开重冰区;无法避开时,应在重冰区采取抗冰设计。
为加强已有线路的抗冰害能力,应视具体情况区别对待,可增大爬电距离,改善绝缘子伞裙结构,在绝缘子表面涂憎水涂料以及对杆塔横担和绝缘子进行清扫,这些都是解决覆冰绝缘子冰闪的有效方法。
2.事故措施范围本反事故措施适用于xxx公司220kV及以下架空输电线路防止覆冰、舞动事故的治理。
3.分析线路区域气象变化引起中冰区、易舞动区(1)认真调查气象条件,易覆冰区、易舞动区地形;收集气象部门的历史观测资料外 ,对沿线现有输电线路及通信线路的覆冰及运行情况进行深入的调查访问,认真听取当地居民有关历年冰凌频数、性质、分布及危害等方面的情况。
(2)输电线路防覆冰、舞动排查,应认真分析标注出冰区、舞动区范围内输电线路段落。
(3) 要求全面掌握沿线气象环境资料,有效预防和治理线路冰害的有效措施;对设计冰厚取值偏低、且未采取必要防覆冰措施的重冰区线路应逐步改造,提高抗冰能力。
(4)应加强沿线气象环境资料的调研收集,加强导地线覆冰、舞动的观测,对覆冰及舞动易发区段,安装覆冰、舞动在线监测装置,全面掌握特殊地形、特殊气候区域的资料,充分考虑特殊地形、气象条件的影响,做好记录,为预防和治理线路冰害提供依据。
输电线路覆冰舞动原因分析及预防措施摘要:我国幅员广阔,很大一部分地处寒带,覆冰积雪非常常见,这本是一种美丽的自然景观。
但覆冰发生在输电线路上,则会带来很大隐患,甚至造成灾害。
输电线路发生覆冰容易引起导线舞动、杆塔倒塌、断线等问题,影响群众正常用电。
本文就结合实际情况对输电线路覆冰舞动原因分析及预防措施进行分析和探讨。
关键词:输电线路;覆冰舞动;原因;措施1故障概述2015年02月21日18时19分,国网蒙东电力科尔沁500kV变电站500kV科沙#2线开关跳闸,故障相别AB相,故障测距:距科尔沁变1.5公里,重合闸未动作。
故障测距为:距科尔沁变电站1.5km(4号塔附近),距沙岭变电站90.849km(5号杆塔附近)。
20时09分,强送成功,恢复送电。
2015年02月21日18时51分,国网蒙东电力科尔沁500kV变电站500kV科沙#1线开关跳闸,故障相别AB相,故障测距:距科尔沁变2.2公里,重合闸未动作。
故障测距为:距科尔沁变电站2.2km(5号杆塔附近),距沙岭变电站90.473km(6号塔附近),20时11分强送,20时13分再次跳闸,线路转检修状态,22日14时14分,恢复送电。
2015年2月21日19时17分,国网蒙东电力科尔沁500kV变电站500kV阿科1号线开关跳闸,故障相别BC相重合闸未动作。
故障测距距科尔沁变1.2公里(0573号杆塔附近),距阿拉坦变245.4公里(0574号杆塔附近),20时47分,强送成功,恢复送电。
2故障原因分析2.1故障原因排查1)经巡视走访得知,故障发生时障碍区段附近未发现道路、构筑物修筑等施工作业行为,故障点下方无高大树木。
因此,排除通道环境及外力破坏引起线路故障。
2)故障发生时,当地天气为雨夹雪,且在现场未发现燃烧痕迹。
因此,排除大火引起线路故障。
3)故障发生时,无雷电活动,因此,排除雷电引起线路故障。
综合考虑故障区段的地理特征、气候特征、故障期间的现场微气象、放电点痕迹等情况,排除线路发生其他故障可能性,判断为因导线覆冰发生线路舞动造成相间短路故障。
浅谈输变电线路的覆冰及其消除措施摘要:输变电线路覆冰可以导致输电线路的跳闸、断线、倒杆事故,对电力系统的安全稳定运行造成了严重的危害。
本文主要对输电线路覆冰产生的原因、事故行了分析,并有针对性地提出了相关防止消除的措施。
关键词:输变电线路覆冰消除措施随着近年来雪灾等自然灾害的影响,由覆冰、舞动引起的输电线路倒杆(塔)、断线及跳闸事故,严重威胁到电网的安全稳定运行及供电可靠性。
在输变电线路的运维过程中,如何解决好这一问题,一直是广大工作人员关注的重点问题之一。
一、架空线路覆冰的原因架空线路的覆冰是在初冬和初春时节(气温在-5 ℃左右),或者是在降雪或雨雪交加的天气里,在架空线路的导线、避雷线、绝缘子串等处均会有冰、霜和湿雪混合形成的冰层。
这是一层结实而又紧密的透明或半透明的冰层,形成覆冰层的原因,是由于在自然界物体上附着水滴,当气温下降时,这些水滴便凝结成冰,而且越结越厚。
有时,也会在导线表面上结上一层白霜,呈冰渣性质,其质量比坚实的覆冰轻得多,但其厚度却大得多。
一般当空气中有大量水分且有微风时,最易形成霜。
在湿雪降落时,湿雪一方面粘在导线上,同时又会浸透正在结冰的水,使冰层越来越厚,最厚可达10cm 以上。
当风向与线路平行时,覆冰的断面呈椭圆形;当风向与线路垂直时,覆冰的断面呈扇形,即在导线的一个侧面;当无风时,覆冰则是均匀的一层。
此外,覆冰还与线路走向有关,在冷、热空气的交汇处经过的线路,覆冰就更严重。
覆冰在导线或绝缘子上停留的时间也是不同的,这主要决定于气温的高低和风力的大小,短则几小时,长则达几天。
二、因覆冰而发生的事故导线和避雷线上的覆冰有时是很厚的,严重时会超过设计线路时所规定荷载。
如果导线、避雷线发生覆冰时还伴着强风,其荷载更要增加,这可能引起导线或避雷线断线,使金具和绝缘子串破坏,甚至使杆塔损坏。
尤其是扇形覆冰,它能使导线发生扭转,所以对金具和绝缘子串威协最大。
常见的线路覆冰事故有以下几种:杆塔因覆冰而损坏。
输电线路覆冰舞动及解决措施分析摘要:本文阐述了设置相间间隔棒和带可旋转线夹的分裂导线间隔棒能有效防御导线覆冰舞动灾害。
关键词:输电线路;覆冰舞动;截面受力;2008年1月发生在我国南方地区的冰冻灾害,使南方电网遭受了有史以来最为严重的破坏。
据统计,湖南电网14条500kV、44 条220kV 和121条110 kV线路停运;江西电网17条500kV、57条220kV和168条110kV线路停运;浙江电网23条500 kV、21条220 kV和14条110kV线路停运。
雪灾造成国家电网直接经济损失104.5亿元,灾后电网恢复重建和改造需要投入资金390亿元。
导线覆冰舞动是输电线路覆冰灾害之一。
导线覆冰后,形成非圆形界面,在风的激励下产生低频、大幅振动,并极易与铁塔形成塔-线藕联体系,放大舞动效应。
长时间的舞动导致杆塔、绝缘子、导线及金具受到异常不平衡冲击而疲劳损伤,以及造成导线相间和相对地闪络,严重威胁电网的安全运行。
有必要就导线覆冰舞动的原因进行分析并探索经济、有效的措施防御导线覆冰舞动,减少高压架空线路的覆冰损害。
1.导线覆冰舞动的原因导线覆冰形成的原因是过冷却的冻雨在自重与风的作用下滴落到温度为0 ℃以下的导线上时,冻结成冰凌,附着在导线表面,并不断积累,形成覆冰。
由于冻雨自重与风的相互作用,覆冰首先在迎风向导线斜上表面形成并发展,如图1 中“1”位置所示,随着覆冰的积累,当导线的抗扭刚度不足以抵抗覆冰偏心对导线截面形心引起的弯矩时,导线发生扭转,使导线表面的覆冰趋向均匀,如图1(a)所示;如导线的抗扭刚度较大时,如大截面导线和分裂导线,不均匀覆冰的自重不足以使导线扭转,或使导线发生扭转的角度较小时,导线表面覆冰不均匀的现象较为突出,简化为如图1(b)所示模型。
下面以LGJ400 导线(D=27.63mm)为例分析不均匀覆冰导线舞动的启动条件。
假设均匀覆冰时厚度为10mm,将导线不均匀覆冰的截面形状简化为半椭圆状,椭圆的短直径b与导线截面半径相等,覆冰迎风面积简化为过m点的切面,切面与水平面的夹角为45°,切面的宽度与覆冰截面的长半径a相等,如图1(b)所示。
输电线路覆冰舞动原因分析和治理措施刘嘉琦摘要:高压输电线路是地区电网的重要组成部分,其运行质量对安全供电有着重要影响。
野外输电线路相间绝缘主要是靠空气,其绝缘距离随电压等级的升高而增大,导线间必须保证一定的安全距离。
在天气寒冷地区,覆冰舞动是影响导线间绝缘距离的重要因素。
舞动是输电线路导线因覆冰形成非圆截面,在水平方向风作用下诱发产生的一种低频、大振幅的自激振动。
输电线路一旦发生舞动,将造成诸多危害。
基于此,文章对线路舞动的原因进行分析,并提出相应的应对方法。
关键词:输电线路;舞动;覆冰;防舞装置引言我国幅员广阔,很大一部分地处寒带,覆冰积雪非常常见,这本是一种非常美丽的自然景观。
但覆冰发生在输电线路上,则会带来很大的隐患,甚至造成灾害。
输电线路发生覆冰容易引起导线舞动、杆塔倒塌、断线等问题,影响群众正常用电。
近几年来,我国高寒地区由于输电线路覆冰导致导线舞动的现象时有发生,跳闸短路造给电网带来了巨大损失。
输电线路覆冰导致导线舞动,严重威胁着电力系统的安全运行,电力部门相关工作人员需要高度重视,了解其发生的原因,采取应对措施,尽可能避免发生导线舞动。
新建输电线路需从设计、施工、运行管理等多方面综合施策,才能从根本上降低覆冰导线舞动发生的机率。
1线路覆冰舞动的机理1.1垂直舞动机理公式中,αk和ωk分别为导线第k阶扭振腹点振幅和圆频率,V0为与线路走向垂直的水平风速,θ0为初始攻角。
1.3偏心惯性耦合失稳机理除垂直振动和扭转振动外,覆冰导线还存在偏心惯性。
它将引起攻角变化,使相应的升力对横向振动形成正反馈,加剧横向振动。
此为偏心惯性耦合失稳机理,是最全面的模型,分别从垂直、水平和扭转振动3个自由度进行分析,在舞动的仿真模拟、舞动影响因素的定性分析方面具有广泛的应用。
2 导线覆冰舞动原因分析2.1气象条件输电线舞动的形成需要特定的条件,一般在上年12月至次年3月多发,特别是在初春和初冬最易发生。
输电线路舞动形成的机理比较复杂,涉及到气象因素、地理环境、线路路径走向、导线受力条件等。
输电线路覆冰舞动原因与预防措施分析摘要:在输电线路施工过程中,覆冰舞动会带来损坏杆塔,线路跳闸等危害。
很多输电线路的舞动都与导线表面覆冰有关,往往是覆冰不均匀导致的,降雪或冻雨会在输电线路上造成覆冰,覆冰导线在风力作用下就会舞动,会给输电线路的安全运行带来很大隐患,甚至造成经济损失。
笔者分析了输电线路覆冰舞动的常见因素及危害,提出了治理对策,希望能给相关工作人员一些启发。
关键词:输电线路;覆冰舞动;措施引言高负荷电能输送载体是电力系统安全运行的重要生命线工程。
输电线路具备跨度大、韧性高等优势,对风激励、导线覆冰等外界荷载的反馈灵敏,便于产生振动过度破坏和极限情况下的不稳态断裂损害。
对中国影响结果研究:关于荷载作用因素和结构动力反应特点的特殊性,有着理论认知中的缺失和不够,而设计理论的限制性和不足,会让目前的输电线路防灾管理办法不完善,需要继续扩大根本性研究。
东北地区的气象特性,风、冰等环境荷载构成了荷载的复杂性,导致输电线路环境荷载响应非常复杂。
1研究背景1.1输电线路覆冰舞动原因分析通常认为,引起输电线路舞动的主要因素为导线覆冰、风激励、线路参数3个因素。
(1)导线覆冰。
由于北半球冬季中东西走向的山脉导线的迎风斜坡比背风坡上结积冰程度更严重,因此东西向山脉导线结冰通常也比南北向山脉导线的结积冰度更严重些;导线的悬挂点高度一般越高,结冰现象越要严重,因为此时空气环境中含有的饱和液态水含量要随着悬挂高度的进一步增加而急剧增加的;此外,大截面导体则更容易发生偏心结冰问题;分水岭附近和风口处地区的交通线路覆冰往往比境内其他特殊地形的更严重,河湖水体变化对线路覆冰率也有其显著地影响。
由于导体的冰覆盖不均匀,容易出现扇形、D形、新月形等不规则形状。
一旦风被激发,就会发生导线舞动。
(2)风激励。
早春和冬季,冷空气流和暖空气流的同时存在会引发风向的加速流动,这是一种风向的激励。
对于高压输电线路来说,对于开阔的地段,能够看出电路的设计可以控制风向与输电线路方向之间的夹角,在夹角较大的时候,就可以充分发挥风激励的作用,并且对线路的舞动有着一定的影响。
输电线路覆冰舞动原因分析和治理措施摘要:从近十年发展来看,导线舞动的现象在输电线路当中十分常见,同时出现的频率也在不断增加,如果舞动的范围相对比较大,就会造成线路出现频繁跳闸的问题,严重的时候甚至会出现断线倒塔安全事故,造成大范围停电,对于电网稳定以及安全的运行造成不利的影响。
某220kV线路发生覆冰舞动现象,引发输电线路出现相间短路故障,文章综合分析了此次事故的诱因及机理,并据此提出了针对性的防治措施,以防止舞动灾害的再次发生,保障输电线路的安全稳定运行。
关键词:输电线路;覆冰舞动;原因;措施1导言输电线路覆冰舞动是当风吹到因电线积冰而变为非圆截面的导线时,会诱发电线产生一种低频率、大幅度的自激振。
长时间的覆冰舞动会导致杆塔、绝缘子、导线及金具受到异常不平衡冲击而疲劳损伤,以及造成导线相间和相对地闪络,严重威胁电网的安全运行。
为此,对于输电线路舞动进行分析,同时对其防治措施进行探讨是十分必要的。
2现场事故情况2016-11-20T21:18,某线路发生故障,AB相间短路跳闸,重合闸成功。
2016-11-20T21:28,BC相间短路跳闸,重合闸不成功。
2016-11-21T10:00,经现场巡视,线路仍在舞动,不具备送电条件,此时尚未发生塔材受损、横担脱落事故。
线路附近多条500kV,220kV及110kV线路亦同时发生舞动。
2016-11-21T15:00,经现场巡视,发现47号耐张塔外角侧中相导线横担部分断裂;小号侧中相横担主材断裂落地,跳线串及小号侧耐张串落地;46号直线塔右侧中相横担扭转变形,横担未落地,悬垂串倾斜。
3输电线路舞动的特点3.1输电线路损失相对严重通过现场观察输电线路舞动的情况,螺栓的脱落以及松动问题很容易造成电气故障的发生,绝缘子以及金属器具比较容易受到损坏,同时较常见的还有输电线路导线断股以及断线的问题。
通过查阅相关资料发现,在输电线路舞动现象出现的时候,往往会造成输电线路多次跳闸,同时也会存在众多的机械事故。
附件河南电网输电线路防舞动技术及管理规定(试行)为规范河南电网输电线路舞动治理管理工作,指导应用防舞动技术,特制定本规定。
1.1 范围本技术及管理规定提出了河南省架空输电线路的防舞设计、安装、及防舞动治理的原则,并提供了必要的方法及指导性意见。
1.2 引用标准及参考依据下列标准所包含的条文,通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。
使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。
由于防舞动问题有待深入研究,无完整的标准可供选择,本技术管理规定是根据河南省电力公司防舞动治理技术经验和若干科研成果为原则进行编写。
DL/T 5092-2009 110~750kV架空送电线路设计技术规程GB/T 19519 标称电压高于1000V的交流架空线路用复合绝缘子——定义、试验方法及验收准则DL/T 864 标称电压高于1000V交流架空线路用复合绝缘子使用导则JB/T 8460 高压线路用棒形悬式复合绝缘子尺寸与特性GB/T 2314-2008 电力金具通用技术条件GB/T 2317-2008 电力金具试验方法3GB/T 10431-2008 紧固件横向振动试验方法DL/T 1098-2009 间隔棒技术条件和试验方法DL/T 1058-2007 交流架空线路用复合相间间隔棒技术条件1.3 总则1.3.1 易舞区架空输电线路的防舞设计必须遵循已有的架空输电线路设计规程,在不违反相关规程的前提下结合舞动防治的需要进行防舞设计,必须贯彻国家的基本建设方针和技术经济政策,做到安全可靠、经济适用。
1.3.2 易舞区架空输电线路的防舞设计必须从实际出发,结合地区特点,灵活应用,并积极慎重地采用具有成功经验的新设备、新方法。
1.3.3 新建线路的防舞设计可从多个角度开展工作,可采取单一的预防手段,也可因地制宜、综合应用。
无论是采取单一手段,还是综合应用,都应该进行技术经济比较,既要技术可行,又要造价合理。
1.4 术语1.4.1 舞动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频率(约0.1~3 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。
输电导线覆冰舞动机理及防治措施探讨摘要:输电导线的覆冰舞动对于输电线路的安全运行影响极大,受到了人们的广泛关注。
基于此,本文分析了输电导线覆冰舞动的机理,阐述了改变输电导线的外形及空气动力特性、改变舞动系统的结构等一系列输电导线覆冰舞动的防治措施。
关键词:输电导线;覆冰舞动;防舞措施引言:输电导线的冰害之一就是覆冰舞动。
输电导线覆冰后,会形成非圆形的截面,在大风环境中会产生大幅的、低频的振动。
这种长时间的覆冰舞动会使得输电线路中的杆塔、金具、导线以及绝缘子都受到一定程度的一下异常冲击,造成疲劳性损伤,降低了输电线路的运行安全性。
在这样的情况下,对输电导线的覆冰舞动进行防治成为了相关人员的工作重点。
一、输电导线覆冰舞动的机理(一)垂直舞动理论垂直舞动理论是由Den Hartog提出的,他认为,在风力的作用下,覆冰导线会产生自激振动。
当风吹过覆冰导线的非圆形截面时,会产生升力和阻力。
当升力曲线的斜率的负值大于阻力时,输电导线的截面动力会不稳定导致舞动的产生。
Den Hartog是最先对输电掉线覆冰舞动的机理进行分析与解释的人,但是他的垂直舞动理论存在着一定的缺陷。
垂直舞动理论中仅仅对覆冰导线在风力作用下的空气动力特性进行了考量,但是并没有对覆冰导线的扭转的影响进行分析与解释。
(二)扭转舞动理论在Den Hartog的垂直舞动理论的基础上,O.Nigol提出了扭转舞动理论。
O.Nigol认为,一旦输电导线的扭转振动频率与横向振动的某固有频率重合时,就会产生振动的现象。
扭转舞动理论认为,导线的自激扭转会引起舞动现象的发生。
当覆冰导线的空气动力扭转阻尼呈现负值,且相比于固有扭转阻尼较大时,覆冰导线的扭转运动就成为了自激振动。
这种振动频率由覆冰导线的极惯性质量矩和等效扭转刚度决定的。
扭转舞动理论对于舞动理论进行了补充,但是没有对无冰或是薄冰的舞动现象进行解释。
(三)低阻尼系统共振舞动机理该机理认为,在风动力的作用下,输电线路中的各个单元都会有不同程度的振动情况。
输电线路覆冰舞动治理技术1、输电线路舞动情况概述1.1舞动基本概念架空输电线路在运行过程中会因自然条件的作用而发生多种灾害事故,舞动就是其中危害较为严重的一种。
舞动是不均匀覆冰导线在风的作用下产生的一种低频率(约为0.1~5Hz)、大振幅(约为导线直径的20~300倍)的自激振动,在振动形态上表现为在一个档距内只有一个或少数几个半波。
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。
舞动问题在本质上为非线性动力学问题,加之各种复杂的随机因素作用,使得彻底治理难度很大,是架空输电线路机械力学领域公认的世界性难题。
随着我国电网建设的发展,近年来我国架空输电线路舞动事故发生的频率和强度明显增加,舞动已成为当前我国威胁线路安全的最主要因素之一。
1.2国外输电线路舞动情况舞动是输电导线由于偏心覆冰改变了导线截面特性在风激励下产生的驰振不稳定现象,舞动的观测和研究是随着架空输电线路的发展而展开的,输电线路舞动研究最早源于20世纪30年代,由美国学者Den Hartog首先提出第一个舞动激发机理。
统计表明,自输电线路舞动现象被首次发现以来,全世界有输电线路舞动记录的国家达三十多个,其中舞动较严重的地区包括北美的加拿大、美国,欧洲的比利时、丹麦、瑞典、挪威、英国及俄罗斯,亚洲的日本等。
由于近些年来发达国家输电线路的发展基本处于停滞状态,因此有关线路的舞动记录基本没有新增,相关的研究工作也没有进一步的发展。
1.3 我国输电线路舞动情况中国是舞动发生最频繁的国家之一,舞动涉及到各个电压等级的输电线路。
存在一条北起黑龙江,南至湖南的漫长的传统舞动带,因为每年的冬季及初春季节(每年的11、12月份,和次年的1、2、3月份),我国西北方南下的干冷气流和东南方北上的暖湿气流在我国东北部、中部(偏沿海地区)相汇,这些地区极易形成冻雨或雨凇地带使导线覆冰,并且由于风力较强,这条带状区域内的输电线路在冬季由于特殊的气象因素满足了起舞的基本要素后而诱发舞动。
其中辽宁省、湖北省、河南省是我国的传统强舞动区。
近年来,随着电网建设的发展,以及受极端气象条件频发的影响,我国架空输电线路舞动事故发生的频率和强度都明显增加,尤其是2000年后,几乎每年都发生较严重的舞动事故,造成严重的损失。
2008年初河南、湖北、江西、湖南等省出现大规模舞动现象。
2009年11月到2010年3月,河南、山西、湖南、江西、浙江、辽宁、河北、山东等省相继出现七次输电线路大面积覆冰舞动现象,造成多条不同电压等级线路发生机械和电气故障,给电网安全稳定运行带来巨大威胁,其中山西、浙江、江西、湖南、河北、山东、陕西、安徽、江苏等省都是首次出现大规模的舞动现象。
图1给出了2000-2010年我国输电线路舞动统计情况。
图1 2000-2010年我国舞动次数统计1.4 我国线路舞动新特点(1)舞动区域扩大在地域分布上,舞动区域已不仅局限在有限的范围内,而是遍及到公司电网大部分地区。
以往定义为传统易舞区的湖北、河南、辽宁等仍是舞动最为严重的地区,而湖南、河北、山东、浙江、江西、山西、陕西、安徽和江苏等省份,在历史上极少有舞动记录,近几年也相继发生了大范围的舞动现象。
(2)舞动发生频率增加在舞动发生频率上,呈现逐渐增加的趋势,例如2009-2010年短短一个冬季全网就发生了七次大范围的舞动现象,几乎是每一次大风降温、冰冻雨雪天气过程,都会有线路会发生舞动,仅河南就发生了三次大范围的线路舞动。
舞动已不再是发生在个别地区、个别区段的小概率事件,当气象、覆冰、线路参数等条件满足时,各区域、各电压等级的输电线路都可能发生舞动,我们对舞动的规律还需要重新认识。
(3)舞动持续时间长、舞动强度大近几年的舞动观测表明,线路舞动持续时间变长、破坏强度增大,例如08年河南省500kV姚邵线发生强烈舞动,持续时间达60小时,使得该线路发生5基杆塔倒塔、多基杆塔螺栓松脱、金具损坏等严重事故;江西省南乐一、二回线发生舞动达70小时,使得南乐二回一基直线塔边相导线掉串。
因为长时间的舞动会导致结构件疲劳、螺栓松脱甚至倒塔的严重事故,例如2009-2010年冬季舞动共造成了600多条次的跳闸事故、130多条次机械故障。
之所以舞动持续时间长是由于有利于舞动的天气条件(降水(雪)、气温、风速风向等)相对稳定引起的。
2、输电线路舞动理论研究情况2.1 现有导线舞动激发机理为了防止舞动对于输电线路造成的巨大危害,国内外众多学者在此方面开展了大量的研究工作,在起舞机理、舞动过程等方面取得了很多重要的成果。
目前,存在四中有代表性的舞动理论,分别为Den Hartog提出的横向起舞机理、Nigol 提出的扭转振动起舞机理、偏心覆冰惯性耦合起舞机理以及我国学者提出的动力失稳起舞机理。
Den Hartog机理提出的覆冰导线起舞条件是导线横向振动的总体阻尼项出现负值,使得输入风能量在导线振动系统中出现积累,最终导致横向振动失稳,引起舞动。
Nigol提出的扭转激发舞动原理,认为导线产生偏心覆冰在不满足Den Hartog机理的条件下,因为导线自身的扭转振动和横向振动的耦合效应,由空气动力作用产生导线扭振继而引起横向的舞动现象。
惯性耦合激发机理认为在导线横向振动和扭转振动均可能处于稳定范围,只是由于覆冰引起的偏心惯性作用改变攻角,使得空气动力作用对横向振动形成正反馈,加剧了横向振动积累能量,最终形成大幅度舞动。
稳定性舞动机理认为,振动系统失稳是诱发导线类似舞动这样大幅度运动的原因。
因此,若能采取适当的措施提高导线系统的动力稳定度,提高系统失稳的冰风阈值,就能达到防舞的目的,这种运用动力稳定性理论来研究舞动的方法称之为稳定性舞动机理。
分析现有的输电线路舞动激发机理,可得到如下的结论:(1)输电线路舞动的激发是一个复杂的流固耦合问题,并且受到许多参数的影响和制约,例如导线系统参数、冰、风、雨量、气温、气压等等。
因此,到目前为止仍然没有得出一个统一的普适的激发机理,现有的激发机理都是基于某种简化力学模型,重点考虑部分影响参数而得到的,故对于同一条线路,在不同条件下不同时间段可能出现不同的舞动激发模式。
(2)Den Hartog横向振动激发机理是在只考虑导线垂直方向自由度的情况下得到的,Nigol扭转激发机理是同时考虑导线垂直方向自由度和扭转自由度情况下得到的。
对于实际线路,当首先达到横向振动激发条件时,将出现Den Hartog 舞动;而当首先达到扭转振动激发条件时,将出现Nigol舞动,因此,两者并不矛盾。
而对于分裂导线而言,其扭转特性和单导线相比有本质的不同,其同阶扭转频率和横向振动频率更加接近,从而更易激发Nigol形式舞动,因此,分裂导线往往比单导线更易发生舞动现象。
(3)从理论分析的角度,舞动稳定性激发机理较之前三种激发机理更完备,实质上它涵盖了Den Hartog、Nigol和惯性耦合激发机理的内容。
应用稳定性激发机理进行防舞器设计可以不必判断具体激发模式,而直接判断经防舞设计后导线系统的稳定性,对防舞装置进行设计和验算。
2.2输电线路舞动治理技术多年来,我国电力科研、生产技术人员针对舞动问题开展了大量卓有成效的研究与防治工作,取得了显著的成就。
我国的舞动防治技术是多方面的,贯穿在线路设计、建设和运行维护的全过程,采取了“避、抗、防”等综合防治措施。
“避”主要是在线路规划阶段合理规划线路走向和路径,在综合生态、环境条件、线路造价等分析的基础上,考虑防舞需要,在可能的情况下尽可能避开易舞区和微气象、微地形区,避开易舞区。
“抗”就是在设计阶段对经过易舞区的线路采取提高线路的机械及电气强度的方法进行抗舞设计。
一般情况下,舞动的破坏首先闪络跳闸,其次是机械强度不够或疲劳造成的损坏。
对于经过易舞区的线路,如果适当提高线路的机械或电气强度,使得即使发生中等强度的舞动,也不至于发生因线路电气强度不足而闪络跳闸,或发生因机械强度不足而损坏,则这样的舞动就不会对线路的运行造成严重影响。
抗舞会增加线路造价,应进行技术、经济分析比较。
“防”就是在线路设计或运行阶段对存在发生舞动可能性的线路区段加装防舞器,防患于未然。
经过数十年的研究和探索,已有数十种防舞技术应用于输电线路,我国的防舞技术也积累了丰富的经验,取得了良好的效果。
相对于“避”、“抗”,“防”的造价是最低的,也容易实现。
2.2.1 规划设计阶段在易舞区的新建线路在规划和设计阶段就充分考虑导线舞动问题,通过调研分析,分析舞动可能性,确定各个线路区段舞动级别,必要时采用“避”和“抗”舞设计和措施。
(1)气象、地形资料的调查设计前期应全面收集线路沿线各个地段与舞动相关的气象和地形资料,包括微气象、微地形情况,气象资料包括:冬季气温、降水、风速、风向等,地形资料包括:地形、地貌、海拔高度等。
同时应对同一区域已建线路的舞动情况进行调研。
对资料分析后确定出新建线路舞动的可能性,并估测舞动强度,为“避”和“抗”抗舞设计和措施提供依据。
(2)合理选择线路走向和路径输电线路规划设计时,合理选择线路走向和路径,尽可能避开或少穿雨凇或冻雨地带,避免横穿风口、江河湖面等微气象、微地形区,避免线路走向与舞动频发季节的主风向相垂直等。
对于必须经过舞动多发、强舞动地区的存在舞动可能性的新建线路,将防止舞动作为重要设计因素考虑,采取必要的抗舞设计和措施,提高线路的抗舞能力。
(3)抗舞动措施抗舞动措施是指在未采取主动性预防措施抑制舞动时,通过提高线路的电气和机械强度来抵抗或减轻舞动造成的危害,使线路在舞动发生时不被损坏并保持安全运行,以提高线路系统抵抗舞动的能力。
1)减小档距、提高运行张力适当减小档距和提高导线张力有利于防止舞动。
提高运行张力应以导线微风振动不超标为前提,并有一定余度。
2)提高杆塔机械强度舞动时由于巨大的动态力经常使得杆塔损坏,甚至倒塔,因此提高杆塔机械强度可有效提高线路抗舞能力。
加大铁塔底宽和顶宽,选择适当的塔高是提高输电铁塔舞动可靠性的有效途径, 特别是塔顶宽和等效厚度,它们的微小变化可引起许可设计参数的较大变化,从而影响可靠性,“大而矮”的铁塔结构具有较高的可靠性。
同时,由于舞动常造成铁塔螺栓松脱,损坏杆塔稳定性,舞动多发地区的杆塔应加强螺栓的防松性能。
实践表明,采取双冒防松的防松效果良好。
3)提高电力金具及绝缘子机械强度对经过舞动多发及强舞动地区线路的金具及绝缘子的安全系数适当提高,提高幅度视可能出现的舞动强度而定。
一般可将设计安全系数提高至2.5~3.5,以确保金具及绝缘子能抵抗中等强度的舞动。