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架空输电线路舞动治理
来源:贝智特网络德标机械 | 作者:db168cn | 发布时间: 2018-01-09 | 2724 次浏览 | 分享到:

  输电线路舞动治理的主要措施是加装防舞装置或进行防舞技术改造。防舞装置主要包括相间间隔棒、线夹回旋式间隔棒、双摆防舞器等,上述防舞装置可组合应用;防舞技术改造是指在加装防舞装置的基础上,通过加固输电杆塔、更换高强度金具绝缘子等手段提升输电线路的抗舞特性。

  1.防舞装置

  1.1 相间间隔棒

  相间间隔棒(单导线、分裂导线均可)是在相间或回路之间使用的一种具有绝缘性能和机械强度的间隔棒,它将各导线机械地连接起来,使各导线的运动相互制约,以达到抑制舞动的目的,如图6-1所示。相间间隔棒是由玻璃钢芯棒和硅橡胶护套构成的合成绝缘结构。它具有抗拉强度高、重量轻、并有一定柔韧性;抗撞击性好,不破碎;耐污闪电压高等特点。相间间隔棒既可抑制舞动,又可防止脱冰跳跃,还可一定程度上防止风偏,其防舞功能是现有各类防舞器中效果最好的。相间间隔棒已广泛应用于220kV及以下电压等级的输电线路的防舞工作中,对于220kV以上电压等级的紧凑型输电线路也已越来越多地采用相间间隔棒进行防舞,相间间隔棒最适合应用于相导线为垂直排列的同塔多回线路的防舞。

▲ 相间间隔棒

  1.2 线夹回转式间隔棒

  线夹回转式间隔棒(适用于分裂导线)如图6-2所示。其特点是间隔棒部分线夹可自由(或在一定角度范围内)回转,部分线夹与普通夹头相同,不能自由转动。活动夹头部分可以改变覆冰导线的覆冰形状,从而改变了覆冰导线的空气动力系数。因这种防舞装置兼具间隔棒和防舞器的双重作用,且不会额外增加输电线路上的集中载荷,对线路的运行应力基本没有影响。线夹回转式间隔棒比普通间隔棒造价稍高。线夹回转式间隔棒已经大量应用于我国架空输电线路的防舞工作。

▲ 六分裂线夹回转式间隔棒

  1.3 双摆防舞器

  双摆防舞器(单导线、分裂导线均可)是基于稳定性机理研制开发的一种具有良好防舞性能的防舞装置,旨在提高导线系统的动力稳定性,同时也兼具压重防舞的功能,如下图所示。目前双摆防舞器已经大量应用于我国多条分裂导线线路上,取得了较好的防舞效果,积累了丰富的经验,是我国架空输电线路应用最为广泛的防舞装置。双摆防舞器属刚性防舞器,从应用经验来看,如果设计合理,则能有效防舞;如果设计不合理(实际冰风条件超过设防范围),则线路仍可能发生舞动,但从总体情况来看,双摆防舞器基本能防止或一定程度上抑制舞动。双摆防舞器还具有造价较低、安装方便等特点。双摆防舞器具有一整套完整的设计计算方法,必须具体问题具体分析,不经过设计计算而盲目应用或照搬照抄会大大降低其防舞效果,甚至给线路的安全运行带来负面影响。

▲ 四分裂导线用双摆防舞器

  1.4 扰流防舞器

  扰流防舞器(适用于单导线)是采用塑料制成的预制干扰线,缠绕在导线上,使得导线与扰流线合成体的各个截面形状都彼此不同,如图6-4所示,它即使在覆冰后也仍然如此。这种防舞装置质量轻、易于安装,对导线的负面影响也很小,在覆冰较薄(≤10毫米)时,防舞效果较好。同时,由于沿档距截面的不断变化,也扰乱了涡致振动,对防振有益。而在覆冰较厚(>10毫米)时,由于厚冰覆盖使得覆冰后导线截面趋于一致,扰流效果降低,最好选用其他防舞装置。此外,由于扰流防舞器一般选用聚氯乙烯制成,它与导线的线膨胀系数不同,在夏季会产生松弛,可能造成位置滑移。另外,由于是高分子材料,存在老化、劣化等问题。

  1.5 失谐摆

  失谐摆(适用于单导线)是在导线下方装一质量为M、臂长为R的重锤的一种机械装置,如下图所示。失谐摆是基于扭振激发机理,运用失谐摆来调整扭振固有频率,使之与横向振动的高阶固有频率分离,从而防止其耦合而诱发舞动。失谐摆在防舞方面存在争议,有些地区有效,有些地区则无效。国内有所应用,但应用范围较小。

▲ 失谐摆

  1.6 集中防振锤

  集中防振锤(适用于单导线)的防舞原理是压重防舞,压重防舞是限制压重点的振幅,形成节点,从而抑制导线的振幅与振型,以达到控制导线舞动的目的。集中防振锤防舞的优点是取材容易,安装简便。但安装位置及数量应经过设计、计算。此外,应注意防振锤位置的相对固定,防止运行过程中防振锤位置的滑移,还应注意防振锤本身质量的稳定。总之,在单导线输电线路上采取集中防振锤防舞要慎重。

  1.7整体式偏心重锤

  这种防舞装置(适用于分裂导线)具有提高动力稳定性、提供扭转反馈控制、扰乱沿档气流分布等综合防舞功能,而造价比较低廉,是一种经济有效的防舞装置,如下图所示。整体式偏心重锤已经应用于我国输电线路的防舞实践中。防舞设计中应注意重锤质量的设计,避免质量过大,导致线路微风振动超标。

▲ 整体式偏心重锤

  2.防舞装置效果比较

  针对输电线路舞动问题,目前国内外研发出的防舞动装置种类繁多,其中很多已经在我国电网上大量使用,如相间间隔棒、双摆防舞器等。虽然部分防舞装置已经为输电线路防舞方面取得了一些成效,但是电网的输电线路的舞动问题依然较为突然,很多防舞装置在电网上应用的真实效果并不明确。同时,现有防舞装置是基于不同机理研发的,都具有不同的使用特点和适用范围,而且防舞效果差别较大,对防舞效果的评估也缺乏统一的方法和原则,给防舞装置的应用和推广带来困难。

  2.1 相间间隔棒

  2.1.1 相间间隔棒的特点

  相间间隔棒包括:刚性相间间隔棒和柔性相间间隔棒。

  刚性相间间隔棒与普通复合绝缘子类似,刚性相间间隔棒又分为整只和分段相间间隔棒。柔性相间间隔棒是一种基于尼龙弹性纤维材料所研制开发的新型相间间隔棒。

  相间间隔棒的安装位置要尽量避开导线舞动时可能出现的各种波形的波节点,应尽量将相间间隔棒安装在舞动常发波形的波腹处或附近;避免将相间间隔棒安装在同一断面内。为了便于安装,宜采用间距可调式连接金具。

  防舞动用相间间隔棒配套金具主要采用环型连接或槽型连接,单导线、二、四、六分裂子导线间隔棒与相间间隔棒连接等主要结构,型式下如图所示。

▲ 单导线用相间间隔棒配套金具

(a)垂直排列子导线

  (b) 环型连接(水平排列子导线)

(c)槽型连接(水平排列子导线)

▲ 二分裂子导线用相间间隔棒配套金具

(a) 环型连接


(b)槽型连接

▲ 四分裂子导线用相间间隔棒配套金具

(a) 环型连接

(b)槽型连接

▲ 六分裂子导线用相间间隔棒配套金具

  2.1.2 柔性与刚性相间间隔棒的对比

  通过“输电线路舞动防治技术实验室”研究,对柔性相间间隔棒、刚性相间间隔棒进行了比对研究,得到以下规律:

  1风速:线路不安装相间间隔棒的情况下三相导线起舞风速差别较大;线路安装柔性相间间隔棒后三相导线起舞风速差别不大。

  2频率:安装相间间隔棒后会导致线路舞动频率降低,但线路安装柔性相间间隔棒和线路安装刚性相间间隔棒两种布置方式下的导线舞动频率差别不大。

  3幅值:在相同的风速条件下,线路安装刚性相间间隔棒时舞动幅值最低;线路安装柔性相间间隔棒时舞动幅值居中;线路不安装相间间隔棒的情况下舞动幅值最大。

  4耐张塔挂点处导线张力:与安装刚性相间间隔棒相比,在线路安装柔性相间间隔棒的情况下三相导线张力载荷的动态变化范围较大。

  相间间隔棒虽然对导线的起舞风速没有显著影响,但是它能够显著的抑制三相导线中舞动最严重的相的幅值,也能显著的抑制导线挂点处的张力,即能显著抑制舞动导线对杆塔的拉力。但是需要注意,相间间隔棒在抑制导线舞动的同时,会使原本舞动较轻微导线相的舞动强度有所增加,即该导线相的舞动幅值、导线挂点处的动态张力、导线对杆塔的张力都有一定程度的增大。

  相间间隔棒在不同的导线排布方式下的应用效果不同。相间间隔棒在三相垂直的导线排布方式下的应用效果最好,在三相水平排布方式下应用效果最差,在三相三角形布置方式下的应用效果居中。

  不同类型相间间隔棒(分段式相间间隔棒与常规一体式相间间隔棒)的防舞效果不同:分段式相间间隔棒在导线舞动过程中所受应力幅值远小于常规的一体式间隔棒。考虑间隔棒自身受力等因素,可选用分段式间隔棒。

  2.1.3 实践验证

  2008年1月10日冻雨风雪袭击河南省,漯河、许昌、平顶山、周口、郑州等地区的输电线路发生了大面积舞动。220kV及以上7回输电线路跳闸14条次。安装了相间间隔棒(包括刚性相间间隔棒和分段的分段相间间隔棒)的线路(或区段)没有发生跳闸,现场观测安装了相间间隔棒的线路舞动的幅值也很小。在河南电网三次大范围线路舞动中,根据各地市局的汇总资料,河南省共有13个地市局的76条220kV线路安装有相间间隔棒,在这三次大范围线路舞动中,抑舞效果显著。其中安阳、开封、南阳、商丘、信阳、驻马店、平顶山、许昌、鹤壁9个地区安装相间间隔棒的220kV线路均未跳闸。说明相间间隔棒的抑制舞动效果良好。

  2.2 双摆防舞器

  将摆锤、联板及其安装载体子导线间隔棒统称为双摆防舞器。

  我国架空输电线路用的单导线、二、四、六和八分裂双摆防舞器的常用结构型式见下图。

a) 单导线双摆防舞器

  b) 垂直双分裂双摆防舞器

c) 水平双分裂双摆防舞器

d) 四分裂双摆防舞器


e) 六分裂双摆防舞器

f) 八分裂双摆防舞器

注:L-子导线间隔距离;L1-双摆防舞器理论摆长

▲ 双摆防舞器结构型式示意图

  通过“输电线路舞动防治技术实验室”研究,发现:双摆防舞器在一定程度上提高了导线的起舞风速,但是需注意当风速较大并且导线发生舞动时,双摆防舞器会使导线的舞动强度增大。

  输电线路上大量使用统一型号的双摆防舞器并非最佳设计,可以考虑适当增加双摆防舞器的摆锤重量和摆长,辅以调整摆锤夹角等措施,以改善防舞效果。仿真和试验线路试验的结果都显示,单独增加重锤质量,虽然可能会加剧部分位置导线舞动时的扭转,但却可以显著的减小水平舞动幅值;而同时采取增加防舞器摆长并减小摆锤夹角的措施,可以有效减小舞动的水平、竖直、扭转分量,使防舞效果得到改善,同时采取增加摆锤重量并减小摆臂夹角的措施亦有相似的效果。

  3. 防舞方案配置原则

  配置原则如下:

  (1)特高压输电线路宜采用相间间隔棒、线夹回转式间隔棒,也可采用双摆防舞器。

  (2)330-750kV同塔双(多)回常规线路宜采用相间间隔棒、线夹回转式间隔棒或相应组合防舞装置,也可采用双摆防舞器、失谐摆及偏心重锤等,不同回路可采用不同的防舞装置。

  330-750kV单回常规线路宜采用相间间隔棒、线夹回转式间隔棒、双摆防舞器、组合防舞装置,也可采用失谐摆及偏心重锤。紧凑型输电线路宜采用相间间隔棒。

  (3)110(60)-220kV输电线路相导线垂直或三角排列时宜采用相间间隔棒,也可采用线夹回转式间隔棒、双摆防舞器、组合防舞装置、失谐摆及偏心重锤等。相导线水平排列时可采用相间间隔棒、线夹回转式间隔棒、双摆防舞器、组合防舞装置、失谐摆及偏心重锤等。

  (4)有关防舞装置安装方案设计要求详见《防舞装置选择原则及安装方案设计要求》。

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