第一篇：特高壓輸電線路導(dǎo)、地線風(fēng)致振動(dòng)防治技術(shù)研究.

2009特高壓輸電技術(shù)國(guó)際會(huì)議論文集 1 特高壓輸電線路導(dǎo)、地線風(fēng)致振動(dòng)防治技術(shù)研究 朱寬軍 劉勝春 劉彬 付東杰 齊翼 邸玉賢

（中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京市 海淀區(qū) 100192）

摘要：特高壓輸電線路導(dǎo)、地線會(huì)因風(fēng)的激勵(lì)而產(chǎn)生振動(dòng)，包括：微風(fēng)振動(dòng)、次檔距振蕩、舞動(dòng)、風(fēng)偏等，重點(diǎn)對(duì)特高壓線路微風(fēng)振動(dòng)和舞動(dòng)的防治進(jìn)行了研究。微風(fēng)振動(dòng)因其發(fā)生頻率高、振動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，尤其是對(duì)于特高壓線路的大跨越段，微風(fēng)振動(dòng)將很強(qiáng)烈，必須進(jìn)行防治，開展了特高壓大跨越防振理論、試驗(yàn)、防振方案研究，建立了防振試驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)，通過模擬試驗(yàn)并結(jié)合已有防振經(jīng)驗(yàn)，推薦特高壓大跨越工程采用Bate 阻尼線＋防振錘型式的防振方案。特高壓線路的防舞措施與其他電壓等級(jí)的防舞措施應(yīng)有所不同，在對(duì)特高壓線路舞動(dòng)機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，提出特高壓線路可采用失諧防舞機(jī)理、穩(wěn)定性舞動(dòng)機(jī)理及改變冰型減輕激勵(lì)的防舞機(jī)理作為防舞設(shè)計(jì)的基本理論，并基于相應(yīng)防舞機(jī)理研制了失諧間隔棒、線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒、雙擺防舞器等防舞裝置，并建立了相應(yīng)的防舞設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：特高壓；導(dǎo)、地線；微風(fēng)振動(dòng)；舞動(dòng)；防治 1 引言

架空輸電線路在運(yùn)行過程中會(huì)因自然條件的作用而發(fā)生多種災(zāi)害事故，其中導(dǎo)地線的風(fēng)致振動(dòng)就是線路發(fā)生災(zāi)害的主要因素之一[1]。強(qiáng)烈的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線斷股、金具損壞、線間短路、斷線、甚至倒塔等事故，嚴(yán)重威脅著輸電線路的安全運(yùn)行[2-7]。根據(jù)導(dǎo)線振動(dòng)的誘因和導(dǎo)線振動(dòng)形式的不同，可以把導(dǎo)線的振動(dòng)現(xiàn)象分為以下幾種類型：微風(fēng)振動(dòng)、次檔距振蕩、舞動(dòng)、風(fēng)偏等，其中微風(fēng)振動(dòng)發(fā)生最頻繁，常常導(dǎo)致導(dǎo)線的疲勞斷股。舞動(dòng)發(fā)生的概率較低，但一旦發(fā)生，很容易造成嚴(yán)重的電氣和機(jī)械故障。次檔距振蕩和風(fēng)偏問題在線路設(shè)計(jì)時(shí)較易得到解決，而微風(fēng)振動(dòng)

[2]（尤其是大跨越段的微風(fēng)振動(dòng)）和舞動(dòng)[4-7]防治難度大，需給予特別的重視。特高壓輸電線路在運(yùn)行過程中同樣會(huì)面臨微風(fēng)振動(dòng)和舞動(dòng)問題，由于特高壓線路具有電壓等級(jí)高、檔距大、掛點(diǎn)高、分裂數(shù)多、導(dǎo)線截面大等特點(diǎn)[3]，給線路的防振、防舞帶來了新的問題。特高壓輸電線路導(dǎo)、地線微風(fēng)振動(dòng)防治技術(shù)研究 2.1 特高壓普通線路的微風(fēng)振動(dòng)及其防治

特高壓線路采用多（六、八等）分裂導(dǎo)線，并采用阻尼間隔棒，由于阻尼間隔棒具有良好的耗能減振作用，子導(dǎo)線的微風(fēng)振動(dòng)水平較相同條件下的單導(dǎo)線小得多，從這個(gè)角度而言，多分裂導(dǎo)線的微風(fēng)振動(dòng)防治存在有利的因素。前蘇聯(lián)和日本的交流特高壓線路導(dǎo)線均采用八分裂型式，只安裝了間隔棒，未安裝其它型式的防振裝置。我國(guó)500kV 普通線路四分裂導(dǎo)線若安裝阻尼間隔棒，則在檔距不超過500m 時(shí)一般不安裝防振錘，當(dāng)檔距超過500m 時(shí)安裝1～2個(gè)防振錘[8-10]。

由于特高壓線路導(dǎo)線平均掛點(diǎn)更高，從確保安全的角度出發(fā)，我國(guó)特高壓線路的防振參照了超高壓線路的方式進(jìn)行了防振設(shè)計(jì)。

2.2 特高壓大跨越分裂導(dǎo)線的微風(fēng)振動(dòng)試驗(yàn)研究

架空輸電線路大跨越段由于架線高、檔距大、水面平坦開闊等原因，使得風(fēng)能輸入大，導(dǎo)地線微風(fēng)振動(dòng)水平遠(yuǎn)高于普通線路，若不采取措施進(jìn)行防振，將產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，由于大跨越段的特殊重要性，使得架空輸電線路大跨越防振問題顯得尤其重要。對(duì)特高壓線路大跨越防振同樣應(yīng)加以特別重視，開展防振理論和試驗(yàn)研究。2.2.1 導(dǎo)線防振試驗(yàn)的基本原理

防振試驗(yàn)研究基于能量平衡原理，即:分裂導(dǎo)線吸收的風(fēng)能等于導(dǎo)線自阻尼及防振裝置（檔端防振措施及檔中阻尼間隔棒）消耗的能量，用下式表示：

w c d s p p p p =++(1

式中，p w ——導(dǎo)線吸收的功率，mW/m；p d ——防振裝置消耗功率，mW/m；p c ——導(dǎo)線自阻尼消耗功率，mW/m；p s ——阻尼間隔棒消耗功率，mW/m。

（1）風(fēng)能曲線的選取

國(guó)際上較通用的風(fēng)能曲線是美國(guó)的Slethei 風(fēng)能曲線和意大利的Diana 風(fēng)能曲[11]。其中，Slethei 風(fēng)能曲線更偏于安全，從安全的角度考慮，特高壓多分裂導(dǎo)線的數(shù)據(jù)處理選用Slethei 風(fēng)能曲線。

Slethei 風(fēng)能曲線是針對(duì)單導(dǎo)線的，對(duì)于特高壓 2 特高壓輸電線路導(dǎo)、地線風(fēng)致振動(dòng)防治技術(shù)研究

多分裂導(dǎo)線，由于背風(fēng)側(cè)子導(dǎo)線處于迎風(fēng)側(cè)子導(dǎo)線的尾流中。因此，背風(fēng)側(cè)子導(dǎo)線吸收的風(fēng)能與迎風(fēng)側(cè)子導(dǎo)線吸收的風(fēng)能不同，迎風(fēng)側(cè)子導(dǎo)線吸收的風(fēng)能可用上述Slethei 風(fēng)能曲線來計(jì)算，背風(fēng)側(cè)子導(dǎo)線吸收的風(fēng)能采用修正后的Slethei 風(fēng)能曲線來計(jì)算。

（2）導(dǎo)線自阻尼數(shù)據(jù)的擬合方法

導(dǎo)線自阻尼試驗(yàn)方法采用IEEE 中使用的功率法[12]。由于試驗(yàn)測(cè)量的導(dǎo)線自阻尼數(shù)據(jù)是離散的點(diǎn)，不便于計(jì)算和使用，為便于數(shù)據(jù)處理，將其擬合成解析式，如下式：

(, 10(c Y P f Y D βα=Φ=(2

式中： P c ——導(dǎo)線吸收功率，mW/m；f ——導(dǎo)線

振動(dòng)頻率，Hz ；D ——導(dǎo)線外徑，mm ；Y ——導(dǎo)線波腹雙振幅，mm。α，β需通過試驗(yàn)測(cè)定，擬合成頻率f 的多項(xiàng)式形式。

根據(jù)導(dǎo)線自阻尼試驗(yàn)結(jié)果，應(yīng)用能量平衡原理，可計(jì)算得到導(dǎo)線未安裝防振方案時(shí)振動(dòng)的大小，即頻響特性曲線，如圖1所示，為我國(guó)1000kV 特高壓試驗(yàn)示范工程黃河大跨越用導(dǎo)線AACSR/EST-410/150頻響特性曲線。

圖1 無防振方案時(shí)導(dǎo)線AACSR/EST-410/150頻響特性

（3）分裂導(dǎo)線復(fù)核試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法

單導(dǎo)線試驗(yàn)方法與處理數(shù)據(jù)與以往相同，但分裂導(dǎo)線情況就不一樣了，隨著分裂數(shù)的不同，其受激振的情況差異較大，以八分裂導(dǎo)線為例，由于八分裂導(dǎo)線子導(dǎo)線數(shù)目與排列方式與其他分裂形式不同，所以在數(shù)據(jù)處理上有較大差異。

由于八根子導(dǎo)線的張力、剛度、阻尼特性等工況不可能完全相同，所以八根子導(dǎo)線的振動(dòng)強(qiáng)度稍有差異，試驗(yàn)的激振功率為總功率，是各子導(dǎo)線系統(tǒng)消耗功率之和。

八根子導(dǎo)線上所安裝的防振方案相同，各子導(dǎo)線防振方案所消耗的功率與導(dǎo)線的波腹振幅的規(guī)律是一致的，即：相同的振幅消耗相同的功率。因此，各子導(dǎo)線消耗的功率按其導(dǎo)線的波腹振幅進(jìn)行

分配。子導(dǎo)線防振方案消耗的功率為：(d Y P K D α=(3

式中，K，α為試驗(yàn)參數(shù)。

微風(fēng)振動(dòng)為垂直方向上的振動(dòng)，而八分裂間隔棒八個(gè)線夾沿間隔棒中心向四周發(fā)散，因此每個(gè)線夾豎直方向上的剛度不盡相同，對(duì)導(dǎo)線的振動(dòng)抑制作用也不一致，會(huì)使子導(dǎo)線在振源激勵(lì)相同的情況下，振幅略有差異。為便于數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，引入分裂導(dǎo)線等效波腹振幅A，以計(jì)算整個(gè)分裂導(dǎo)線消耗的總功率。

等效振幅如式(4計(jì)算： 8 1 i i A y α α==

∑(4 式中，A 為等效振幅，y i 為子導(dǎo)線振幅，α為試驗(yàn) 參數(shù)。

這樣可求得八分裂導(dǎo)線的平衡振動(dòng)功率P ′，考慮間隔棒阻尼作用的折減R，并加上安全系數(shù)s，可得八分裂導(dǎo)線的平衡振動(dòng)功率P ：

' s P P ?=

(5 式中，R 和s 為八分裂線路試驗(yàn)確定的參數(shù)，P ′八 分裂導(dǎo)線的平衡振動(dòng)功率,P 為考慮折減后的功率。

能量平衡計(jì)算原理如圖2所示，風(fēng)能與導(dǎo)線及防振裝置消耗能量曲線的交點(diǎn)即為穩(wěn)定振動(dòng)時(shí)的平衡振幅，此時(shí)輸入能量與吸收能量相平衡。

圖2 導(dǎo)線能量平衡計(jì)算原理圖

將P 插值到各子導(dǎo)線的功率和應(yīng)變對(duì)應(yīng)關(guān)系中

去，即可得到各關(guān)注點(diǎn)的動(dòng)彎應(yīng)變值。如動(dòng)彎應(yīng)變值滿足技術(shù)要求，則該防振方案合格。2.2.2 導(dǎo)線防振方案

（1）多分裂導(dǎo)線防振試驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)

由于實(shí)驗(yàn)室防振模擬試驗(yàn)時(shí)多分裂導(dǎo)線存在不平衡振動(dòng)的問題，為此，研究建立了多分裂導(dǎo)線防振試驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)，探索了分裂導(dǎo)線平衡振動(dòng)的技術(shù)指標(biāo)，對(duì)影響分裂導(dǎo)線子導(dǎo)線平衡振動(dòng)的因素

2009特高壓輸電技術(shù)國(guó)際會(huì)議論文集 3 進(jìn)行了分析，并采取了相關(guān)措施確保各子導(dǎo)線達(dá)到平衡振動(dòng)的要求。（2）防振方案型式的選擇

大跨越導(dǎo)線的防振方案有以下幾種型式：Bate 阻尼線、Bate 阻尼線＋防振錘、雙Bate 阻尼線、交叉阻尼線、防振錘組合、圣誕樹阻尼線等。這些防振裝置的基本原理都是改變導(dǎo)線的振動(dòng)模式，通過自身的振動(dòng)消耗系統(tǒng)的振動(dòng)能量，從而降低導(dǎo)線的微風(fēng)振動(dòng)水平。與超高壓工程四分裂導(dǎo)線防振相比，以特高壓大跨越工程采取八分裂形式為例，由于八分裂阻尼間隔棒對(duì)導(dǎo)線的牽制作用，八分裂導(dǎo)線的防振相對(duì)容易[13]，因此，防振方案也較四分裂導(dǎo)線簡(jiǎn)單。鑒于特高壓工程的極端重要性，為確保特高壓大跨越導(dǎo)線的絕對(duì)安全，從偏于保守的角度考慮，我國(guó)建設(shè)的特高壓試驗(yàn)示范工程大跨越防振以Bate 阻尼線＋防振錘為首選防振方案，另外也考慮采用單純防振錘型式的防振措施，以探討特高壓線路大跨越工程的合理的防振方案，具體的防振方案必須通過試驗(yàn)來確定。

（3）防振方案的設(shè)計(jì)

從圖1中可以看出，未安裝防振方案時(shí)導(dǎo)線懸垂（耐張）線夾出口的動(dòng)彎應(yīng)變?cè)诩s15~70Hz時(shí)均超出動(dòng)彎應(yīng)變?cè)S用值，最大動(dòng)彎應(yīng)變達(dá)到412με，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出技術(shù)條件要求，故必須安裝防振方案來抑制導(dǎo)線的振動(dòng)，以便將導(dǎo)線的振動(dòng)水平控制在安全范圍內(nèi)。從研究的角度出發(fā)，本次設(shè)計(jì)兩種型式的防振方案，通過試驗(yàn)比較其防振效果。

1）Bate阻尼線＋防振錘的聯(lián)合防振措施 根據(jù)無防振方案時(shí)導(dǎo)線頻響特性，考慮不同長(zhǎng)度阻尼線花邊的頻率響應(yīng)范圍，防振方案選擇不同長(zhǎng)度花邊的組合，使其在整個(gè)微風(fēng)振動(dòng)頻率范圍內(nèi)均具有良好的耗能減振作用，并對(duì)主要振動(dòng)頻率范圍重點(diǎn)防護(hù)。必要時(shí)檔中側(cè)（外側(cè)）小花邊進(jìn)行剝層處理，一方面可以減輕外側(cè)花邊的重量，降低花邊線夾處導(dǎo)線的動(dòng)彎應(yīng)變值，另一方面可以改變?cè)摶ㄟ叺捻憫?yīng)頻率，改善防振方案的頻響特性。同時(shí)在大花邊中安裝防振錘來加強(qiáng)防振方案低頻防振效果，通過防振錘和阻尼線的聯(lián)合使用可使整個(gè)防振方案性能達(dá)到最佳。

2）全防振錘的防振措施

根據(jù)無防振方案時(shí)導(dǎo)線頻響特性和防振錘的功率特性，分析計(jì)算防振錘的安裝位置。2.2.3 防振方案試驗(yàn)

（1）基本試驗(yàn)情況

以實(shí)際工程參數(shù)（導(dǎo)地線產(chǎn)品、跨越長(zhǎng)度、運(yùn)行張力等）為依據(jù)，將設(shè)計(jì)計(jì)算的多種防振方案分別安裝于導(dǎo)線上，在導(dǎo)線的各關(guān)注點(diǎn)上貼上應(yīng)變片以測(cè)量動(dòng)彎應(yīng)變。振動(dòng)試驗(yàn)方法類同于導(dǎo)線自阻尼試驗(yàn)，頻率范圍和個(gè)數(shù)也類同于導(dǎo)線自阻尼，試驗(yàn)的功率要涵蓋現(xiàn)場(chǎng)可能出現(xiàn)的功率值。試驗(yàn)得到激振功率與導(dǎo)線波腹振幅以及導(dǎo)線各點(diǎn)的動(dòng)彎應(yīng)變的關(guān)系。試驗(yàn)頻響特性如圖4所示, 安裝在分裂導(dǎo)線上的Bate 阻尼線＋防振錘型式的防振方案如圖5所示。

(c 導(dǎo)線直線檔防振方案三(d 導(dǎo)線直線檔防振方案四 圖3 導(dǎo)線直線檔防振方案 圖4 直線檔防振方案頻響特性

圖5 Bate阻尼線＋防振錘型式的防振方案 從試驗(yàn)結(jié)果中可以看出，安裝了防振裝置的導(dǎo) 4 特高壓輸電線路導(dǎo)、地線風(fēng)致振動(dòng)防治技術(shù)研究

線的最大動(dòng)彎應(yīng)變大大降低，最后通過試驗(yàn)優(yōu)選，選擇最優(yōu)的防振方案供工程使用。特高壓輸電線路導(dǎo)、地線舞動(dòng)防治技術(shù)研 究

3.1 特高壓輸電線路舞動(dòng)特點(diǎn)

根據(jù)國(guó)外特高壓線路試驗(yàn)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在特定的氣象條件下特高壓線路會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的舞動(dòng)，造成嚴(yán)重的危害。特高壓線路具有利于發(fā)生舞動(dòng)的內(nèi)部因素，導(dǎo)線不均勻覆冰后在風(fēng)的激勵(lì)下容易發(fā)生舞動(dòng)現(xiàn)象。

（1）線路結(jié)構(gòu)與參數(shù)條件。特高壓線路具有導(dǎo)線分裂數(shù)多、導(dǎo)線截面大、架線高、檔距大等利于舞動(dòng)的特點(diǎn)，從舞動(dòng)的特征、舞動(dòng)的強(qiáng)度等方面來看，特高壓線路與超高壓線路相當(dāng)。

（2）不均勻覆冰和風(fēng)激勵(lì)條件。特高壓線路舞動(dòng)發(fā)生的條件與其它電壓等級(jí)輸電線路基本相同，一般是風(fēng)速：6~25m/s，覆冰厚度：3~25mm，氣溫：－6~0℃；地形一般為：平坦開闊地、江河湖面等。因此，對(duì)于經(jīng)過平坦開闊的雨凇地區(qū)的特高壓線路應(yīng)注意防舞工作。

基于上述的分析，對(duì)我國(guó)特高壓輸電線路進(jìn)行詳細(xì)的舞動(dòng)分析及進(jìn)行相應(yīng)的防舞設(shè)計(jì)是必要的。同時(shí)，根據(jù)特定的線路參數(shù)及冰風(fēng)條件，對(duì)特高壓輸電線路的防舞設(shè)計(jì)方法及相應(yīng)防舞裝置的研發(fā)也會(huì)與其它類型輸電線路的防舞有所不同。本文在充分調(diào)研和總結(jié)已有防舞研究成果的基礎(chǔ)上，研究建立了適用于我國(guó)特高壓輸電線路的防舞措施。通過研究分裂導(dǎo)線覆冰扭轉(zhuǎn)特性，及扭轉(zhuǎn)振動(dòng)與橫向振動(dòng)的耦合問題，建立了分裂導(dǎo)線失諧防舞機(jī)理，設(shè)計(jì)失諧間隔棒防舞裝置；基于減輕導(dǎo)線覆冰不均勻性原則研制了線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒；基于舞動(dòng)穩(wěn)定性機(jī)理設(shè)計(jì)雙擺防舞器；建立了相應(yīng)防舞器的防舞設(shè)計(jì)方法。

3.2 特高壓輸電線路舞動(dòng)機(jī)理分析 3.2.1 導(dǎo)線舞動(dòng)激發(fā)機(jī)理分析

經(jīng)過多年的研究，在起舞機(jī)理、舞動(dòng)過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動(dòng)理論，分別為Den Hartog提出的橫向起舞機(jī)理[14]、Nigol 提出的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)起舞機(jī)理[15]、偏心覆冰慣性耦合起舞機(jī)理[7]以及我國(guó)學(xué)者提出的動(dòng)力失穩(wěn)起舞機(jī)理[16]。

分析現(xiàn)有的輸電線路舞動(dòng)激發(fā)機(jī)理，可得到如下的結(jié)論：

（1）輸電線路舞動(dòng)的激發(fā)是一個(gè)復(fù)雜的流固耦合問題，并且受到許多參數(shù)的影響和制約，例如導(dǎo)線結(jié)構(gòu)參數(shù)、冰、風(fēng)、雨量、氣溫、氣壓等等。因此，到目前為止仍然沒有得出一個(gè)統(tǒng)一的普適的激發(fā)機(jī)理，現(xiàn)有的激發(fā)機(jī)理都是基于某種簡(jiǎn)化力學(xué)模型，重點(diǎn)考慮部分影響參數(shù)而得到的，故對(duì)于同一條線路，在不同條件下、不同時(shí)間段可能出現(xiàn)不同的舞動(dòng)激發(fā)模式。

（2）Den Hartog橫向振動(dòng)激發(fā)機(jī)理是在只考慮導(dǎo)線垂直方向自由度的情況下得到的，Nigol 扭轉(zhuǎn)激發(fā)機(jī)理是同時(shí)考慮導(dǎo)線垂直方向自由度和扭轉(zhuǎn)自由度情況下

得到的。對(duì)于實(shí)際線路，當(dāng)首先達(dá)到橫向振動(dòng)激發(fā)條件時(shí)，將出現(xiàn)Den Hartog舞動(dòng)；而當(dāng)首先達(dá)到扭轉(zhuǎn)振動(dòng)激發(fā)條件時(shí)，將出現(xiàn)Nigol 舞動(dòng)；因此，兩者并不矛盾。而對(duì)于分裂導(dǎo)線而言，其扭轉(zhuǎn)特性和單導(dǎo)線相比有本質(zhì)的不同，其同階扭轉(zhuǎn)頻率和橫向振動(dòng)頻率更加接近，從而更易激發(fā)

Nigol 形式舞動(dòng)，因此，分裂導(dǎo)線往往比單導(dǎo)線更易發(fā)生舞動(dòng)。

（3）在理論分析的角度，舞動(dòng)穩(wěn)定性激發(fā)機(jī)理較之前三種激發(fā)機(jī)理更完備，實(shí)質(zhì)上它涵蓋了Den Hartog、Nigol 和慣性耦合激發(fā)機(jī)理的內(nèi)容。應(yīng)用穩(wěn)定性激發(fā)機(jī)理進(jìn)行防舞器設(shè)計(jì)可以不必判斷具體激發(fā)模式，而直接判斷經(jīng)防舞設(shè)計(jì)后導(dǎo)線系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對(duì)防舞裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)算。3.2.2 特高壓輸電線路防舞機(jī)理分析

（1）失諧防舞機(jī)理

對(duì)于分裂導(dǎo)線的舞動(dòng)，扭轉(zhuǎn)和橫向振動(dòng)的耦合可能是引起舞動(dòng)的主要原因，振動(dòng)波在導(dǎo)線各個(gè)子檔距之間進(jìn)行傳播，最終誘發(fā)整個(gè)檔距內(nèi)只有一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)半波的舞動(dòng)現(xiàn)象。抑制覆冰導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和橫向振動(dòng)之間的耦合作用，限制振動(dòng)波在相鄰次檔距之間的傳播，從而抑制舞動(dòng)的發(fā)生，稱之為失諧防舞機(jī)理。

（2）穩(wěn)定性防舞機(jī)理

為確保特高壓輸電線路具有良好的防舞性能，必須在線路的適當(dāng)位置安裝防舞裝置，由于特高壓線路的復(fù)雜性，利用運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性分析進(jìn)行防舞設(shè)計(jì)可以不必判斷具體的激發(fā)模式，而直接判斷經(jīng)防舞設(shè)計(jì)后導(dǎo)線系統(tǒng)的穩(wěn)定性，得到最優(yōu)的防舞器設(shè)計(jì)和配置方案。

（3）改變覆冰冰型抑制舞動(dòng)理論

導(dǎo)線不均勻覆冰是輸電線路舞動(dòng)的必要條件，2009特高壓輸電技術(shù)國(guó)際會(huì)議論文集 5

如果能有效的改變線路覆冰的不均勻程度或使覆冰趨于均勻，可以顯著減輕空氣動(dòng)力效應(yīng)，達(dá)到防舞的效果。特別對(duì)于特高壓線路，由于分裂數(shù)多，風(fēng)的激勵(lì)效果強(qiáng)，風(fēng)能輸入大，通過改變覆冰冰型來抑制舞動(dòng)將是一種非常有效的途徑。

3.3 適用于特高壓輸電線路的防舞設(shè)計(jì)和防舞裝置研究

基于舞動(dòng)機(jī)理的研究，本文研究提出了三種防舞設(shè)計(jì)方法，并開發(fā)了相應(yīng)的防舞裝置。3.3.1 失諧間隔棒

（1）失諧防舞機(jī)理。

當(dāng)輸電線路導(dǎo)線為多分裂時(shí)，子導(dǎo)線間通常要采用整體式間隔棒。由于各子導(dǎo)線按相同的比例被分割成若干次檔距，分裂導(dǎo)線整體扭轉(zhuǎn)剛度較之單導(dǎo)線要低，分裂導(dǎo)線同階的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率和橫向振動(dòng)頻率往往非常接近，在冰、風(fēng)作用下分裂導(dǎo)線更易激發(fā)Nigol 提出的扭轉(zhuǎn)起舞現(xiàn)象；同時(shí)使用整體式間隔棒，振動(dòng)波很容易實(shí)現(xiàn)在相鄰次檔距之間的傳播，從而最終形成整個(gè)檔距內(nèi)只有一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)半波的橫向振動(dòng)，即引發(fā)了舞動(dòng)。因此，分裂導(dǎo)線使用整體式間隔棒，往往使得導(dǎo)線更易產(chǎn)生諧振以致舞動(dòng)，在外界條件作用下，增強(qiáng)了誘發(fā)舞動(dòng)的可能性。如果既能發(fā)揮間隔棒的作用，又能消除使用整體式間隔棒帶來的對(duì)于激發(fā)舞動(dòng)的不利因素，將是一個(gè)有效的防舞途徑?；诖?，提出了失諧防舞機(jī)理，即是利用失諧效果同時(shí)考慮分裂導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)和次檔距振蕩實(shí)現(xiàn)多分裂導(dǎo)線防舞動(dòng)的功能。具體設(shè)計(jì)方案為將傳統(tǒng)的整體間隔棒分解，而采用雙分裂間隔棒將子導(dǎo)線按一定配置兩兩相連，將此稱之為失諧間隔棒。圖6給出了六分裂導(dǎo)線失諧間隔棒的設(shè)計(jì)布置示意圖，整體式間隔

棒變成若干雙分裂間隔棒的組合，并按照一定的方法進(jìn)行布置，同時(shí)失諧間隔棒也可以采用回轉(zhuǎn)線夾形式，進(jìn)一步提高防舞能力。

進(jìn)一步分析，失諧防舞機(jī)理可解釋為：①利用失諧間隔棒的不同布置使得多分裂導(dǎo)線各個(gè)次檔距的動(dòng)態(tài)特性互不相同，各個(gè)次檔距之間的機(jī)械阻抗處于互不匹配狀態(tài)，振動(dòng)能量在各個(gè)次檔距之間能夠相互吸收，從而抑制次檔距振動(dòng)以及舞動(dòng)的發(fā)生；②分裂導(dǎo)線在風(fēng)激振過程中，使振動(dòng)波在相鄰次檔距間的傳播受到限制，起到抑制舞動(dòng)發(fā)生的作用，同時(shí)導(dǎo)線彼此之間吸收能量也起到消振作用；③利用失諧間隔棒，破壞分裂導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)的整體性，實(shí)現(xiàn)橫向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)之間失諧。圖6 失諧間隔棒示意圖（2）分裂導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)剛度。

扭轉(zhuǎn)剛度是對(duì)分裂導(dǎo)線進(jìn)行防舞設(shè)計(jì)的一個(gè)重要參數(shù)。單導(dǎo)線與分裂導(dǎo)線的扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算有著本質(zhì)上的區(qū)別，前者是導(dǎo)線繞自身軸線扭轉(zhuǎn)時(shí)的剛度，而后者是繞分裂圓中心扭轉(zhuǎn)時(shí)，分裂導(dǎo)線整體所具有的剛度。單導(dǎo)線雖然不同于勻質(zhì)圓棒結(jié)構(gòu)，但實(shí)驗(yàn)證明其扭轉(zhuǎn)變形是線性的；分裂導(dǎo)線的扭轉(zhuǎn)變形則呈非線性分布，而且非常特殊。

單導(dǎo)線的扭轉(zhuǎn)剛度作為導(dǎo)線本身的一種固有屬性，只與導(dǎo)線所用材料、導(dǎo)線幾何特征、結(jié)構(gòu)特征和使用情況有關(guān)，扭矩-扭角關(guān)系曲線基本呈線性。而對(duì)于分裂導(dǎo)線的扭轉(zhuǎn)剛度要復(fù)雜的多，其影響因素也比較多，通常表現(xiàn)為非線性特征。具體而言，影響分裂導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)剛度的因素主要包括導(dǎo)線的幾何和結(jié)構(gòu)特征、導(dǎo)線運(yùn)行張力、間隔棒的影響、導(dǎo)線和相應(yīng)的連接桿塔之間的連接方式、導(dǎo)線覆冰等其它外在因素。因此，到目前為止，仍然沒有給出一個(gè)分裂導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)剛度的精確解析表達(dá)式，工程中往往利用一些經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。另外，Nigol [15]和Wang [17,18]等學(xué)者也開展了相關(guān)工作，并得到了一些簡(jiǎn)化計(jì)算公式。

但由于分裂導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)剛度通常是非線性的，而且其影響因素眾多，無論Nigol 的公式還是Wang 的公式只是考慮了部分影響因素，對(duì)于很多實(shí)際線路可能存在很大的誤差，這些通過許多實(shí)際線路的試驗(yàn)得到了說明。特別對(duì)于本文提出的失諧間隔棒的設(shè)計(jì)，由于間隔棒的分開布置，使得只考慮整體扭轉(zhuǎn)提出的扭轉(zhuǎn)模型和推導(dǎo)出的簡(jiǎn)化計(jì)算公式，不能準(zhǔn)確地描述布置失諧間隔棒的分裂導(dǎo)線的扭轉(zhuǎn)特性。針對(duì)上述問題，本文基于分裂導(dǎo)線結(jié)構(gòu)特征和扭轉(zhuǎn)大變形問題提出一種新的多自由度有限元模型，模型對(duì)導(dǎo)線、間隔棒、塔線連接方式以及導(dǎo)線覆冰等外界條件因素進(jìn)行細(xì)致建模，計(jì)算過程分 特高壓輸電線路導(dǎo)、地線風(fēng)致振動(dòng)防治技術(shù)研究 為分裂導(dǎo)線靜平衡和扭轉(zhuǎn)大變形兩個(gè)步驟完成。通過相應(yīng)的分析可得到如下結(jié)論： ①分裂導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)剛度比單導(dǎo)線要復(fù)雜的多，表 現(xiàn)為非線性性質(zhì)，其大小以及變化規(guī)律是影響分裂 導(dǎo)線動(dòng)力特性的一個(gè)非常重要的因素，分裂導(dǎo)線的 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、防舞防振的設(shè)計(jì)都需要對(duì)扭轉(zhuǎn)剛度進(jìn)行 深入的研究。②使用失諧間隔棒時(shí)分裂導(dǎo)線整體扭轉(zhuǎn)剛度 小于使用整體式間隔棒的導(dǎo)線，假設(shè)ΔL 為兩個(gè)雙 分裂失諧間隔棒之間的距離，則隨著ΔL 的增加，導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)剛度逐漸降低。并且有 J 1 < J 2 < J 3 ；其中，圖7 雙分裂間隔棒樣本（失諧間隔棒用）J1—無間隔棒時(shí)分裂導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)剛度； J2—采用失諧 間隔棒時(shí)分裂導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)剛度；J3—采用整體式間隔 棒時(shí)分裂導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)剛度。③使用失諧間隔棒時(shí)，通過雙分裂間隔棒的分 散布置，分裂導(dǎo)線的整體扭轉(zhuǎn)性質(zhì)被破壞，其局部 扭轉(zhuǎn)性質(zhì)比使用整體式間隔棒變得更加復(fù)雜，使得 分裂導(dǎo)線局部受到擾動(dòng)時(shí)更難達(dá)到整體的扭轉(zhuǎn)。④分裂導(dǎo)線同階橫向振動(dòng)頻率和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻 率非常接近，很容易誘發(fā)耦合振動(dòng)。分裂導(dǎo)線的扭 振會(huì)加劇導(dǎo)線垂直振動(dòng)的空氣動(dòng)力負(fù)阻尼效應(yīng)，從 而激起導(dǎo)線的舞動(dòng)。⑤利用失諧間隔棒可以使多分裂導(dǎo)線各個(gè)次 檔距的動(dòng)態(tài)特性分散而互不相同，各個(gè)次檔距之間 的機(jī)械阻抗處于互不匹配狀態(tài)，振動(dòng)能量在各個(gè)次 檔距之間能夠相互吸收，抑制次檔距振動(dòng)的發(fā)生，也起到防舞效果。由上述分析可知，基于失諧理論的失諧間隔棒 設(shè)計(jì)可以達(dá)到防舞動(dòng)的效果。（3）失諧間隔棒的設(shè)計(jì)布置方法 根據(jù)失諧間隔棒的性能要求設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的雙 分裂間隔棒，如圖 7 所示為失諧間隔棒，其中間隔 棒兩線夾可以都采用普通固定式握持線夾，也可以 采用一端為固定式一端為回轉(zhuǎn)式的型式。失諧間隔棒的布置可以有多

種方式，如圖 8 所 示通過控制參數(shù) ΔL1 , ΔL2 的取值確定相應(yīng)的布置方 案?？刂茀?shù)的選取主要是防止分裂導(dǎo)線次檔距振 蕩、風(fēng)壓和電磁吸引力以及分裂導(dǎo)線翻轉(zhuǎn)自恢復(fù)等 方面進(jìn)行考慮。由此，建立以抑制次檔距振蕩和風(fēng) 壓與電磁吸引力為主要目標(biāo)函數(shù)，同時(shí)考慮微風(fēng)振 動(dòng)和舞動(dòng)影響的次檔距的計(jì)算模型，運(yùn)用非線性數(shù) 學(xué)規(guī)劃的方法對(duì)間隔棒的布置方案進(jìn)行優(yōu)選，最終 確定間隔棒的布置方案。圖8 失諧間隔棒布置示意圖 3.3.2 線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒（1）防舞機(jī)理簡(jiǎn)述 “不均勻覆冰”是輸電導(dǎo)線產(chǎn)生舞動(dòng)的另一個(gè) 重要誘因，也是舞動(dòng)發(fā)生的一個(gè)必要條件。如果能 夠采取措施阻止導(dǎo)線產(chǎn)生不均勻覆冰，或有效降低 導(dǎo)線不均勻覆冰程度，無疑對(duì)防治舞動(dòng)是十分有利 的。分裂導(dǎo)線因?yàn)檠刂麄€(gè)檔距由間隔棒固定并分 割成若干次檔距，這在很大程度上改變了導(dǎo)線的狀 態(tài)，特別是對(duì)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的固定式連接的間隔棒，使得子導(dǎo)線在這種間隔棒附近無法實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的轉(zhuǎn) 動(dòng)，同時(shí)由于這種連接，使得長(zhǎng)度更短的次檔距段 導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)剛度增大，次檔距內(nèi)部子導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)需 要更大的靜扭矩，導(dǎo)線很難產(chǎn)生繞自身軸線的轉(zhuǎn) 動(dòng)，這也是分裂導(dǎo)線較之單導(dǎo)線更易發(fā)生舞動(dòng)一個(gè) 原因。根據(jù)上述分析，如果能夠全部或者部分的取消 檔內(nèi)間隔棒線夾對(duì)子導(dǎo)線的扭轉(zhuǎn)向約束，使得子導(dǎo) 線具有單導(dǎo)線的扭轉(zhuǎn)狀態(tài)，這樣當(dāng)導(dǎo)線不均勻覆冰 后由于偏心扭矩的作用能產(chǎn)生繞其自身軸線相對(duì) 自由的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可以消除或減輕覆冰的不均勻程 度，降低風(fēng)激勵(lì)作用下的升力效應(yīng)，達(dá)到防舞或抑 制舞動(dòng)的作用。基于這種思路，在間隔棒的設(shè)計(jì)上，考慮將間隔棒部分線夾設(shè)計(jì)成可自由或在一定角 度范圍內(nèi)回轉(zhuǎn)的形式，這樣間隔棒的功能依然存 在，同時(shí)導(dǎo)線發(fā)生覆冰時(shí)也能降低其覆冰不均勻 性，在一定程度上抑制或降低舞動(dòng)產(chǎn)生的可能性。

2009 特高壓輸電技術(shù)國(guó)際會(huì)議論文集 7（2）線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒的設(shè)計(jì)和布置方法 穩(wěn)定性判據(jù)）來判別系統(tǒng)是否穩(wěn)定。計(jì)算模型中同 時(shí)考慮了垂直、水平、扭轉(zhuǎn)三個(gè)運(yùn)動(dòng)分量，并考慮 了三者的互相耦合[20]。圖9 線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒防舞示意圖 圖 11 雙擺防舞器實(shí)物圖 圖 10 線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒樣品 線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒安裝到多分裂輸電線路上 替代普通間隔棒，既起到普通間隔棒的作用，還兼 具線路預(yù)防舞動(dòng)的作用。因此其設(shè)計(jì)首先應(yīng)滿足普 通間隔棒的機(jī)械和電氣性能要求，為此按照有關(guān)標(biāo) 準(zhǔn)應(yīng)對(duì)其進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，特別是回轉(zhuǎn)式線夾應(yīng)滿足 相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求。其

設(shè)計(jì)示意圖如圖 9 所示，為三個(gè) 固定握持線夾，三個(gè)回轉(zhuǎn)線夾。圖 10 為所設(shè)計(jì)的 六分裂線夾回轉(zhuǎn)間隔棒的樣品。線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒的布置方法同 2.3.1(3中介 紹的方法相同，只是對(duì)于整體式的間隔棒，研究表 明，對(duì)特高壓輸電線路，風(fēng)壓和電磁吸引力相對(duì)于 次檔距振蕩對(duì)間隔棒安裝間距的影響要小得多，因 此線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒進(jìn)行布置時(shí)，可以將風(fēng)壓和電 磁吸引力不作為主要的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，從而減小計(jì) 算工作量。3.3.3 雙擺防舞器（1）雙擺防舞器防舞機(jī)理分析 雙擺防舞器的防舞設(shè)計(jì)基于穩(wěn)定性防舞機(jī)理。其基本思路是：線路舞動(dòng)是由于失穩(wěn)造成的，為使 系統(tǒng)保持穩(wěn)定，必須改變系統(tǒng)對(duì)舞動(dòng)敏感的參數(shù)，例如增加系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)剛度和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等即可改變導(dǎo) 線系統(tǒng)舞動(dòng)的冰風(fēng)閾值，可有效抑制舞動(dòng)，為此需 在系統(tǒng)中加入防舞裝置，并在計(jì)算模型中把防舞裝 置和覆冰的影響反映在內(nèi)。為了數(shù)學(xué)上的嚴(yán)謹(jǐn)和使 用上的方便，采用線性動(dòng)力穩(wěn)定性理論作為分析的 理論基礎(chǔ)[19]，運(yùn)用代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù) Routh－Hurwith（（2）雙擺防舞器的設(shè)計(jì)和布置方案 基于穩(wěn)定性機(jī)理的防舞設(shè)計(jì)所依據(jù)的技術(shù)條 件主要包括兩個(gè)方面：氣象條件、線路參數(shù)。氣象 條件包括：覆冰厚度、風(fēng)速范圍、氣溫等。線路參 數(shù)包括：導(dǎo)線直徑、扭轉(zhuǎn)剛度、分裂數(shù)、運(yùn)行張力、間隔棒安裝等等。根據(jù)上述技術(shù)條件，應(yīng)用穩(wěn)定性防舞設(shè)計(jì)方 法，將相應(yīng)參數(shù)直接代入進(jìn)行分析和優(yōu)化計(jì)算，來 確定雙擺防舞器的理論擺長(zhǎng)、理論擺角、理論質(zhì)量 等設(shè)計(jì)參數(shù)，結(jié)合實(shí)際使用的間隔棒確定防舞器的 實(shí)際臂長(zhǎng)、實(shí)際擺角、實(shí)際質(zhì)量，初步定型防舞器。對(duì)初步定型的防舞器根據(jù)舞動(dòng)、微風(fēng)振動(dòng)、電暈等 要求進(jìn)行進(jìn)一步參數(shù)優(yōu)化，并經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證最終完 成防舞器的定型。雙擺防舞器的實(shí)物如圖 11 所示。雙擺防舞器采用間隔棒作為載體安裝在導(dǎo)線 上，故防舞器與間隔棒之間的連接非常關(guān)鍵，應(yīng)確 保連接的可靠。4 結(jié)論 對(duì)特高壓線路的風(fēng)致振動(dòng)特點(diǎn)進(jìn)行了研究，重 點(diǎn)進(jìn)行了微風(fēng)振動(dòng)和舞動(dòng)防治技術(shù)的研究，結(jié)論如 下：(1 特高壓線路普通檔導(dǎo)線由于采用阻尼間隔 棒，并由于多分裂導(dǎo)線的牽制作用，導(dǎo)線微風(fēng)振動(dòng) 易于解決；地線及 OPGW 的防振可參照超高壓線 路的防振經(jīng)驗(yàn)。(2特高壓大跨越工程導(dǎo)線必須采取防振措施，安裝防振方案，具體的型式應(yīng)通過試驗(yàn)驗(yàn)證。(3Bate 阻尼線＋防振錘型式和全防振錘型式 的防振方案均可以起到良好的防振效果，從確保線 路長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行的角度出發(fā)，推薦采用 Bate 阻尼線＋防振錘型式的防振方案。特高壓輸電線路導(dǎo)、地線風(fēng)致振動(dòng)防治技術(shù)研究 東京:電氣學(xué)會(huì), 1982 年 4 月.[11] Aeolian vibration of overhead[C], CIGRE, France, Paris, 1970.NO.22-11.[12] IEEE guide on conductor self-damping measurements[S] IEEE Std 563-1978, New York: IEEE Power Engineering Society, 1978.[13] R.Claren, G.Diana, P.Nicolini, Vibration in multiple conductor bundles[C].Int.Conf.on Large High Voltage Systems(CIGRE, 1974, Fance, Paris, No 22-08: 1-24.[14] Nigol O, Buchan P G.Conductor galloping part I-Den Hartog mechanism [J].IEEE Trans on PAS, 1981(2: 699-707.[15] Nigol O, Buchan P G.Conductor galloping part II-torsional mechanism [J].IEEE Trans on PAS, 1981(2: 708-720.[16] 尤傳永.導(dǎo)線舞動(dòng)穩(wěn)定性機(jī)理及其在線路上的應(yīng)用[J].電力建設(shè), 2004, 5(6: 13-15.[17] Jianwei Wang, Jean-Louis Lilien.A new theory for torsional stiffness of mulit-span bundle overhead transmission lines [J].IEEE Transaction on Power Delivery, 1998, 13(4: 1405-1411.[18] Renaud Keutgen, Jean-Louis Lilien, Teruhiro Yukino.Transmission line torsional stiffness.Confrontation of field-tests line and finite element simulations [J].IEEE Transaction on Power Delivery, 1999 14(2: 567-578.[19] 王照林.運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性及其應(yīng)用[M].北京: 高等教育出版社, 1992.[20] 陳曉明, 鄧洪洲, 王肇民.大跨越輸電線路舞動(dòng)穩(wěn)定性研究[J].工 程力學(xué), 2004, 21(2: 56-60 收稿日期：2009-04-26。作者簡(jiǎn)介： 朱寬軍(1969－，男，江蘇南京人，碩士研究生，高級(jí)工程師，從 事架空輸電線路防振動(dòng)、防舞動(dòng)及輸電導(dǎo)線和電力金具的研究。E-mail: zhukuanjun@epri.ac.cn(4特高壓線路在特定條件下也會(huì)發(fā)生舞動(dòng)，其 發(fā)生條件、舞動(dòng)特點(diǎn)與超高壓線路基本相同。(5結(jié)合特高壓線路的特點(diǎn)，提出特高壓線路的 防舞應(yīng)基于失諧防舞理論、穩(wěn)定性防舞理論和改變 冰型抑制舞動(dòng)的理論。研制(6在特高壓線路防舞理論研究的基礎(chǔ)上，了特高壓線路防舞用失諧間隔棒、線夾回轉(zhuǎn)式間隔 棒和雙擺防舞器等防舞裝置，并建立了其防舞設(shè)計(jì) 方案。參考文獻(xiàn) [1] [2] [3] [4] Palo Alto.Transmission line reference book: wind induced conductor motion [M], California: Electrical Power Research Institute, 1979.姚茂生.導(dǎo)線的風(fēng)振與防振[J].華中電力, 1994, 7(3:57-62.劉振亞.特高壓電網(wǎng)[M].北京: 我國(guó)經(jīng)濟(jì)出版社, 2005.趙 作 利.輸 電 線 路 導(dǎo) 線 舞 動(dòng) 及 其 防 治 [J].高 電 壓 技 術(shù) , 2004, 30(2:57-58.[5] 朱寬軍, 劉超群, 任西春, 董玉明[J].特高壓輸電線路放舞動(dòng)研究.高電壓技術(shù), 2007,33(11, 61-65.[6] [7] [8] [9] 丁錫廣, 陶文秋.減輕送電線路導(dǎo)線舞動(dòng)災(zāi)害的措施[J].高電壓 技術(shù), 2004, 30(2:54-55.郭應(yīng)龍, 李國(guó)興, 尤傳永.輸電線路舞動(dòng)[M].北京: 我國(guó)電力出 版社, 2002.華東電力設(shè)計(jì)院.110～500kV 架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S] DL/T 5092-1999.北京:中國(guó)電力出版社, 1999.徐乃管, 王景朝.500kV 線路大跨越分裂導(dǎo)線防振試驗(yàn)研究[J].電 力建設(shè), 1994, 15(11:2-5.[10] 架空送電線路的微風(fēng)振動(dòng)[R], 電氣學(xué)會(huì)技術(shù)報(bào)告(II 部第 129 號(hào),

第二篇：2009 特高壓輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

特高壓輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

作者：zhangyap… 文章來源：本站原創(chuàng) 點(diǎn)擊數(shù)： 0 更新時(shí)間：2009-9-18 20:58:59 【字體：小 大】 湖北安全生產(chǎn)信息網(wǎng)(安全生產(chǎn)資料大全)尋找資料>> 0引言 000 kV晉東南—南陽(yáng)—荊門特高壓交流試驗(yàn)示范工程具有電壓等級(jí)高、傳輸容量大、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)于保證特高壓電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行具有十分重要的意義。

特高壓交流試驗(yàn)示范工程線路全長(zhǎng)640 km，經(jīng)過山西、河南和湖北3省，跨越黃河和漢江，穿越多個(gè)煤礦采空區(qū)，途經(jīng)交通困難的太行山區(qū)、局部易舞區(qū)和微地形微氣象區(qū)，沿線地形氣象復(fù)雜多樣。因此，應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)線路狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以及早發(fā)現(xiàn)事故隱患并及時(shí)予以排除，使線路始終以良好的狀態(tài)運(yùn)行。1輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù) 1.1概述

對(duì)輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究主要受2個(gè)技術(shù)因素制約，一是線路上監(jiān)測(cè)裝置的電源問題，二是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸通信問題。隨著傳感器技術(shù)、電子技術(shù)和無線通信技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)出了多種輸電線路在線監(jiān)測(cè)裝置，例如：輸電線路覆冰在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、輸電線路桿塔傾斜監(jiān)控系統(tǒng)、輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。1.2輸電線路覆冰在線監(jiān)測(cè)

輸電線路覆冰在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)導(dǎo)線覆冰情況，依托后臺(tái)診斷分析系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)線路冰害事故的提前預(yù)測(cè)，并及時(shí)向運(yùn)行管理人員發(fā)送報(bào)警信息，有效減少線路冰閃、舞動(dòng)、斷線、倒塔等事故的發(fā)生。

輸電線路覆冰在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有2種工作原理：

1）通過監(jiān)測(cè)線路拉力來反映覆冰狀況。在絕緣子串上安裝拉力傳感器，監(jiān)測(cè)導(dǎo)線覆冰后的受力狀態(tài)，同時(shí)采集環(huán)境的溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等參數(shù)，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶蠓奖O(jiān)控中心，經(jīng)數(shù)據(jù)計(jì)算及理論修正，給出線路冰情預(yù)報(bào)，及時(shí)給出除冰預(yù)警。

2）通過監(jiān)測(cè)導(dǎo)線傾斜角、弧垂等參數(shù)來反映覆冰狀況。采集導(dǎo)線傾斜角度、弧垂等參數(shù)，結(jié)合輸電線路狀態(tài)方程、線路參數(shù)和氣象環(huán)境參數(shù)進(jìn)行分析，計(jì)算導(dǎo)線覆冰后的比載、覆冰重量、覆冰平均厚度等覆冰技術(shù)參數(shù)，對(duì)覆冰的危險(xiǎn)等級(jí)做出判定，并及時(shí)給出除冰信息。原理1將應(yīng)力傳感器串接在絕緣子上，其應(yīng)用前提為應(yīng)力傳感器通過試驗(yàn)和安全性論證。原理2不需要改變線路參數(shù)、不會(huì)影響線路的運(yùn)行安全。以上2種除冰方案均無法給出檔內(nèi)各段導(dǎo)線的覆冰形態(tài)，計(jì)算出的導(dǎo)線覆冰厚度是檔內(nèi)覆冰厚度均值。1.3輸電線路氣象和導(dǎo)線風(fēng)偏在線監(jiān)測(cè)

輸電線路氣象和導(dǎo)線風(fēng)偏在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可為監(jiān)測(cè)點(diǎn)所在線路設(shè)計(jì)和風(fēng)偏校驗(yàn)提供實(shí)測(cè)依據(jù)；通過預(yù)警促使運(yùn)行部門采取合理的風(fēng)偏防范措施，協(xié)助運(yùn)行部門查找放電故障點(diǎn)；通過檢測(cè)中心對(duì)送電線路所經(jīng)區(qū)域氣象資料的觀測(cè)、記錄、收集，積累運(yùn)行資料，完善風(fēng)偏計(jì)算方法，同時(shí)準(zhǔn)確地記錄輸電線路桿塔上最大瞬時(shí)風(fēng)速、風(fēng)壓不均勻系數(shù)、強(qiáng)風(fēng)下的導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)軌跡等，為制定合理的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提供技術(shù)數(shù)據(jù)。

輸電線路氣象和導(dǎo)線風(fēng)偏在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過在絕緣子串上安裝角度測(cè)量系統(tǒng)，再結(jié)合線路本體數(shù)據(jù)及風(fēng)速、溫度等測(cè)量數(shù)據(jù)，綜合計(jì)算出導(dǎo)線的風(fēng)偏狀況。1.4輸電線路桿塔傾斜監(jiān)測(cè)

煤礦采空區(qū)上部覆巖在重力、應(yīng)力、自然力擾動(dòng)作用下，易引發(fā)地面裂縫、巖體錯(cuò)位、崩塌、滑坡、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害，導(dǎo)致采空區(qū)桿塔傾斜、地基變形的情況時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重威脅輸電線路的安全運(yùn)行。

基于全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(global system for mobile communication，GSM)的桿塔傾斜監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置可以實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行桿塔傾斜情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警，已在220 kV及以下電壓等級(jí)輸電線路中得到應(yīng)用，多次發(fā)現(xiàn)塔材變形、桿塔傾斜和基礎(chǔ)位移等缺陷，保障了電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

考慮到特高壓線路塔頭無線電干擾嚴(yán)重、山區(qū)通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)薄弱、基礎(chǔ)與鐵塔荷載大等特點(diǎn)，國(guó)家電網(wǎng)公司已組織開展了特高壓GSM桿塔傾斜監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置的研制工作，并已試驗(yàn)成功，為實(shí)現(xiàn)特高壓線路運(yùn)行桿塔傾斜情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警提供了技術(shù)保障。1.5輸電線路導(dǎo)線微風(fēng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)

微風(fēng)振動(dòng)是造成高壓架空輸電線路疲勞斷股的主要原因。微風(fēng)振動(dòng)對(duì)架空線路造成的破壞是長(zhǎng)期積累的，具有較強(qiáng)的隱蔽性，因此對(duì)其進(jìn)行測(cè)量既能消除微風(fēng)振動(dòng)產(chǎn)生的隱患，又能為防振設(shè)計(jì)提供科學(xué)的依據(jù)。

微風(fēng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過導(dǎo)線振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀記錄導(dǎo)線與線夾最后接觸點(diǎn)外一定距離處導(dǎo)線相對(duì)于線夾的彎曲振幅、頻率和線路周圍的風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、濕度等氣象環(huán)境參數(shù)，結(jié)合導(dǎo)線本身力學(xué)性能資料，在線分析判斷線路微風(fēng)振動(dòng)的水平和導(dǎo)線的疲勞壽命。1.6輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)監(jiān)測(cè)

導(dǎo)線舞動(dòng)會(huì)嚴(yán)重?fù)p害線路，造成金具斷裂、導(dǎo)線落地，塔材、螺絲變形、折斷，出現(xiàn)大面積停電。開展導(dǎo)線舞動(dòng)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究，加強(qiáng)對(duì)導(dǎo)線舞動(dòng)的觀測(cè)和記錄工作，繪制出易舞線路和易舞區(qū)分布圖，對(duì)指導(dǎo)線路防舞設(shè)計(jì)具有重要意義。

輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)監(jiān)測(cè)原理為：根據(jù)檔距和線路具體情況，在一檔導(dǎo)線中安裝適當(dāng)數(shù)量的導(dǎo)線舞動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，采集3個(gè)方向的加速度信息，依據(jù)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)加速度的計(jì)算分析及線路基本信息，分析舞動(dòng)線路的舞動(dòng)半波數(shù)及計(jì)算導(dǎo)線運(yùn)行的軌跡相關(guān)參數(shù)，分析線路是否發(fā)生舞動(dòng)危害，發(fā)出報(bào)警信息，避免相間放電、倒塔等事故的發(fā)生。

1.7輸電線路視頻監(jiān)控在人口密集區(qū)、林區(qū)、開發(fā)區(qū)、交通繁忙區(qū)安裝線路視頻監(jiān)視裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)視、記錄環(huán)境情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)危及線路安全運(yùn)行的行為，避免造成事故。同時(shí)，可觀察和記錄線路覆冰、覆雪等過程。

輸電線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)集中了數(shù)字視頻壓縮技術(shù)、無線通信數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、新能源及低功耗應(yīng)用技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路本體狀況及其環(huán)境參數(shù)的全天候監(jiān)測(cè)。但還存在無線數(shù)據(jù)傳輸量小、現(xiàn)場(chǎng)視頻只能預(yù)設(shè)若干監(jiān)控點(diǎn)而無法自由控制、無信號(hào)或信號(hào)微弱、少人地區(qū)監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸和控制失靈等問題。在GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅速，3G網(wǎng)絡(luò)、高速數(shù)據(jù)無線傳輸網(wǎng)絡(luò)即將開通的前提下，使用無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，已經(jīng)成為一種切實(shí)可行和符合未來發(fā)展趨勢(shì)的有效方法。1.8輸電線路絕緣子污穢監(jiān)測(cè)

1）污穢度在線監(jiān)測(cè)。一般采用停電方式測(cè)量絕緣子表面污穢度，包括等值鹽密和灰密。文獻(xiàn)[2]基于通過光纖傳感器光能損耗和光場(chǎng)分布與鹽分含量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過檢測(cè)光能參數(shù)計(jì)算出傳感器表面鹽份，進(jìn)而得到絕緣子表面的鹽密值。

2）泄漏電流在線監(jiān)測(cè)。絕緣子表面泄漏電流是電壓、氣候、污穢3要素的綜合反映，因此可將絕緣子表面泄漏電流作為監(jiān)測(cè)絕緣子污穢程度的特征量。泄漏電流在線監(jiān)測(cè)利用泄漏電流沿面形成的原理，在絕緣子接地側(cè)通過引流卡或電流傳感器在線實(shí)時(shí)測(cè)量泄漏電流，利用信號(hào)處理單元計(jì)算出一段時(shí)間內(nèi)泄漏電流的各種統(tǒng)計(jì)值(如峰值平均值、峰值最大值或大電流脈沖數(shù))，通過無線傳輸將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)總站，運(yùn)用專家知識(shí)和自學(xué)習(xí)算法對(duì)各種統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行綜合分析，對(duì)絕緣子的積污狀況做出評(píng)估和預(yù)測(cè)。泄漏電流的大小與所用絕緣子的類型(材料、傘型、盤徑)、污穢成分、鹽密、灰密、氣象條件等多種因素有關(guān)，也需要積累足夠多的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

2在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在特高壓線路中的應(yīng)用 2.1基本要求

在線監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用在特高壓線路上具有必要性和可行性，對(duì)保證特高壓線路安全運(yùn)行意義重大。為逐步規(guī)范在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)要求和為特高壓線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的選型提供依據(jù)，特高壓線路在線監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)滿足以下基本要求：

1）不影響線路電氣性能可靠性，安裝的裝置應(yīng)滿足1000kV特高壓交流線路的電暈要求和無線電干擾要求。

2）不影響線路機(jī)械性能可靠性，安裝的裝置不能成為線路結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)，不能帶來結(jié)構(gòu)上的隱患。

3）應(yīng)充分考慮線路運(yùn)行人員的高空作業(yè)環(huán)境，安裝方式簡(jiǎn)單、方便、可靠。

4）應(yīng)能在特高壓線路上長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，能抵抗特高壓線路電磁場(chǎng)，適應(yīng)各種惡劣氣候，無需外在電源，免維護(hù)。

5）數(shù)據(jù)傳輸方式及存儲(chǔ)方式符合標(biāo)準(zhǔn)，便于在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理。2.2應(yīng)用范圍

在特高壓線路中應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)以加強(qiáng)線路安全穩(wěn)定運(yùn)行保障為主，適當(dāng)考慮積累運(yùn)行數(shù)據(jù)的需要，以突出重點(diǎn)、體現(xiàn)差異化為原則，提出各種在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍：

1）對(duì)重要交叉跨越(包括主干鐵路、主干高速公路)、山區(qū)較長(zhǎng)耐張段、覆冰較重地區(qū)(如太行山區(qū))和易覆冰的微氣象區(qū)等安裝覆冰在線監(jiān)測(cè)裝置，并結(jié)合輸電線路視頻監(jiān)控裝置使用，以發(fā)揮更大作用。

2）在微地形、微氣象區(qū)及對(duì)導(dǎo)線風(fēng)偏敏感地區(qū)安裝氣象和導(dǎo)線風(fēng)偏裝置，積累導(dǎo)線風(fēng)偏數(shù)據(jù)，從氣象條件、設(shè)計(jì)、運(yùn)行等方面深入分析，增強(qiáng)特高壓輸電線路抵御強(qiáng)風(fēng)的能力。

3）在煤礦采動(dòng)影響區(qū)安裝桿塔傾斜監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)控桿塔傾斜情況，有效預(yù)防采空區(qū)塌陷誘發(fā)的線路事故。

4）在大跨越線路上安裝微風(fēng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置。5）在舞動(dòng)易發(fā)區(qū)安裝舞動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，積累導(dǎo)線舞動(dòng)的運(yùn)動(dòng)曲線、波數(shù)等數(shù)據(jù)資料。

6）在大跨越線路、重要跨越及特別偏僻的地區(qū)安裝視頻監(jiān)測(cè)裝置，加強(qiáng)特殊地段線路的監(jiān)控。

7）必要時(shí)考慮在污穢特別嚴(yán)重的地區(qū)安裝絕緣子污穢監(jiān)測(cè)裝置。積累某段特高壓線路的特定污區(qū)數(shù)據(jù)，建立特定線路的污穢數(shù)據(jù)庫(kù)，總結(jié)該段線路絕緣子的積污規(guī)律，建立專家診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)正確有效判斷特定線路絕緣污穢狀態(tài)的目的。2.3在線監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)

由于多種在線監(jiān)測(cè)技術(shù)同時(shí)應(yīng)用在特高壓輸電線路上，為節(jié)約投資，充分、合理地利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，開發(fā)在線監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)，對(duì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中處理和綜合應(yīng)用分析顯得十分重要。

在線監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)能實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的集中處理、顯示和控制：1）建立開放性的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口。可以采用Web服務(wù)的方式提供接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同廠家各種格式數(shù)據(jù)的統(tǒng)一接收。2）建立標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)所有在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)、管理和應(yīng)用。3結(jié)語

輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了線路運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并通過監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)的信息顯示、統(tǒng)計(jì)、分析，能直觀地給出設(shè)備狀況的輔助判斷，運(yùn)行人員也可以平臺(tái)信息為基礎(chǔ)進(jìn)行人工分析，方便管理者提供決策和正確發(fā)布指令，及早發(fā)現(xiàn)事故隱患并及時(shí)予以排除，保障線路以良好的狀態(tài)可靠運(yùn)行。特高壓交流試驗(yàn)示范工程共安裝覆冰、桿塔傾斜、氣象和風(fēng)偏、視頻、微風(fēng)振動(dòng)、舞動(dòng)及絕緣子鹽密共7類87套在線監(jiān)測(cè)裝置，結(jié)合特高壓航測(cè)數(shù)據(jù)，可提供基于三維可視化技術(shù)的在線監(jiān)測(cè)顯示和控制平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)備狀況的在線查詢，促進(jìn)了特高壓工程的運(yùn)行維護(hù)水平的提升。

第三篇：超高壓輸電線路地線用新型防振裝置簡(jiǎn)介

超高壓輸電線路地線用新型防振裝置簡(jiǎn)介

一、超高壓輸電線路地線微風(fēng)振動(dòng)的特點(diǎn)

超高壓輸電線路導(dǎo)線采用四分裂或六分裂型式，子導(dǎo)線上安裝有阻尼間隔棒，其對(duì)導(dǎo)線的微風(fēng)振動(dòng)具有明顯的抑制作用，根據(jù)理論分析和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)判斷，普通線路分裂導(dǎo)線的微風(fēng)振動(dòng)較小，一般不需要安裝防振錘，對(duì)于大檔距，必要時(shí)可安裝1~2個(gè)防振錘，能有效解決微風(fēng)振動(dòng)引起的疲勞斷股問題。相反，地線掛點(diǎn)高、檔距大，其微風(fēng)振動(dòng)將更為強(qiáng)烈，表現(xiàn)在振動(dòng)強(qiáng)度大（吸收風(fēng)能大）、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)（風(fēng)速持續(xù)平穩(wěn)）、振動(dòng)頻率范圍廣（引起地線振動(dòng)的最大風(fēng)速更大），地線微風(fēng)振動(dòng)的頻率主要集中在中高頻段，若安裝的防振裝置在該頻段內(nèi)耗能水平低，則會(huì)發(fā)生地線振動(dòng)超標(biāo)問題，長(zhǎng)時(shí)間超標(biāo)振動(dòng)會(huì)引起疲勞斷股。

目前國(guó)內(nèi)防振錘的制造工藝和材料與國(guó)際先進(jìn)水平還存在一定的差距，主要表現(xiàn)在性能不穩(wěn)定，分散性較大，不同廠家生產(chǎn)的同一型號(hào)防振錘的功率特性往往相差很大，有的防振錘（如傳統(tǒng)的FG型）在部分頻段耗能非常小，無法起到應(yīng)有的保護(hù)作用，這也是國(guó)內(nèi)輸電線路防振錘經(jīng)常失效的原因。因此，應(yīng)用已有的普通國(guó)產(chǎn)防振錘來防治地線微風(fēng)振動(dòng)存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，需結(jié)合工程特點(diǎn)研制專用地線防振錘，主要是其振動(dòng)頻率能覆蓋地線微風(fēng)振動(dòng)頻率，并且采取有效防滑措施，同時(shí)對(duì)其材料、制造工藝提出具體要求，并進(jìn)行型式試驗(yàn)予以定型，以確保防振錘的質(zhì)量。

考慮單純防振錘長(zhǎng)期運(yùn)行后防振效果會(huì)降低，從保證線路長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性的角度考慮，采用阻尼線+防振錘型式的防振方案是比較理想的措施。與防振錘相比，阻尼線具有頻率寬、耐振性能好的特點(diǎn)，常常應(yīng)用在大跨越工程的防振上，具有豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。這種組合型防振裝置具有兩者的優(yōu)點(diǎn)，一方面頻段更廣，能全部覆蓋微風(fēng)振動(dòng)的所有頻率；另一方面，防振錘的安裝在阻尼線的內(nèi)部，其振動(dòng)相對(duì)較小，有利于長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。我國(guó)絕大多數(shù)大跨越均采用阻尼線+防振錘型式的防振方案，多年來的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和測(cè)振結(jié)果表明，這種防振方案不僅效果好，而且長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性高，運(yùn)行維護(hù)工作量少。對(duì)微風(fēng)振動(dòng)特別強(qiáng)烈的地區(qū)，從確保線路長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的角度出發(fā)，推薦采用阻尼線+防振錘型式的防振方案。

二、河西750kV輸電線路地線防振研究

河西地區(qū)地勢(shì)開闊，線路所經(jīng)過地區(qū)植被少，刮風(fēng)日數(shù)多，風(fēng)速均勻、平穩(wěn)，其地線特別是雙回路塔的掛點(diǎn)更高（掛點(diǎn)高70～100m）、檔距大、微風(fēng)振動(dòng)持續(xù)時(shí)間比其他地區(qū)更持久、振動(dòng)幅度更大，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致地線的振動(dòng)超標(biāo)，引起疲勞斷股，給線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來嚴(yán)重威脅。因此，河西地區(qū)750kV輸電線路地線的微風(fēng)振動(dòng)問題引起設(shè)計(jì)和運(yùn)行部門足夠的重視，中國(guó)電科院和甘肅省電力公司共同開展了750kV地線防振研究，采用理論分析、數(shù)值計(jì)算、試驗(yàn)研究與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)振相結(jié)合的方法對(duì)河西750kV線路的地線防振開展了深入系統(tǒng)的研究，研制了750kV地線專用防振錘并提出了其布置方案，同時(shí)通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)振驗(yàn)證了新型防振裝置的防振效果。

（1）新研制了FR-2型和FR-3兩種型號(hào)的地線預(yù)絞式防振錘，適用于100mm2和150mm2地線。防振錘錘頭采用不等距、不對(duì)稱布置，這樣防振錘就具有四個(gè)諧振頻率，能有效覆蓋微風(fēng)振動(dòng)的頻率范圍。線夾采用預(yù)絞式結(jié)構(gòu)，安裝方便，運(yùn)行可靠，防滑性能好。

照片1 地線用預(yù)絞式防振錘

（2）預(yù)絞式防振錘+阻尼線聯(lián)合防振方案

架空線振動(dòng)時(shí)引起阻尼線振動(dòng)，架空線及阻尼線本身線股之間產(chǎn)生摩擦，消耗部分能量；另一些振動(dòng)能量由振動(dòng)波通過阻尼線與架空線的連接點(diǎn)，發(fā)生反復(fù)折射，使檔內(nèi)的穩(wěn)定振動(dòng)遭到破壞，振動(dòng)能量逐漸消耗掉。另外防振錘的安裝在阻尼線的內(nèi)部，其振動(dòng)相對(duì)較小，有利于長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，預(yù)絞式防振錘+阻尼線聯(lián)合防振方案與防振錘防振方案相比，阻尼線具有頻率寬、耐振性能好的特點(diǎn)。

照片2 安裝在750kV線路地線上的預(yù)絞式防振錘+阻尼線防振裝置 在750kV武勝～河西～酒泉～敦煌線路工程設(shè)計(jì)和建設(shè)中，充分應(yīng)用了項(xiàng)目研究成果，絕大部分地段單回路段全部采用新型預(yù)絞式防振錘，雙回路段采用新型預(yù)絞式防振錘+阻尼線和全防振錘兩種方式。共使用預(yù)絞式防振錘12000余套，預(yù)絞式阻尼線500余套。

新型防振裝置安裝后，進(jìn)行了兩次微風(fēng)振動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，結(jié)果表明，新型防振裝置具有良好的抑制地線微風(fēng)振動(dòng)的效果，能保證地線的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

三、內(nèi)蒙古地區(qū)超高壓輸電線路地線防振專題建議

內(nèi)蒙古地區(qū)地形和氣候條件與甘肅河西地區(qū)相似，超高壓輸電線路地線微風(fēng)振動(dòng)同樣比較強(qiáng)烈，有必要開展針對(duì)性的專題研究，為線路的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供依據(jù)。專題研究可結(jié)合實(shí)際工程進(jìn)行，主要包括以下內(nèi)容：

1）地形、氣象條件的調(diào)研和分析； 2）防振錘的研制和安裝方案試驗(yàn)研究； 3）安裝防振錘后微風(fēng)振動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。

第四篇：2018年國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)提名-電力輸電線路導(dǎo)地線融冰技術(shù)與裝置

2018年國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)提名-電力輸電線路導(dǎo)地線融冰技術(shù)

與裝置

該項(xiàng)目發(fā)明了電流源型和電壓源型融冰裝置，成為我國(guó)融冰裝置的基本型式；發(fā)明了架空地線和光纖復(fù)合地線融冰技術(shù)；發(fā)明了動(dòng)、靜觸頭采用不同的絕緣等級(jí)技術(shù)的融冰隔離開關(guān)，減小占地面積50%，實(shí)現(xiàn)了融冰過程全自動(dòng)化；發(fā)明直流融冰裝置等效試驗(yàn)方法。所發(fā)明技術(shù)解決了電網(wǎng)輸電線路導(dǎo)地線融冰的難題，已產(chǎn)業(yè)化并廣泛應(yīng)用于南方電網(wǎng)和國(guó)家電網(wǎng)，有力保障了電網(wǎng)安全，獲國(guó)內(nèi)外同行和用戶高度評(píng)價(jià)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益顯著。項(xiàng)目形成了完整的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系，獲授權(quán)發(fā)明專利34項(xiàng)（國(guó)際專利2項(xiàng)）、實(shí)用新型專利31項(xiàng)，制訂國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)，發(fā)表40多篇。該項(xiàng)目突破電網(wǎng)抵御冰災(zāi)的技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)防御冰災(zāi)技術(shù)的重大突破，具有明顯的原創(chuàng)性和實(shí)用性。項(xiàng)目相關(guān)成果獲中國(guó)能源研究會(huì)能源創(chuàng)新一等獎(jiǎng)、第十八屆中國(guó)專利獎(jiǎng)優(yōu)秀獎(jiǎng)、第一屆廣東省專利金獎(jiǎng)、貴州省科技成果轉(zhuǎn)化一等獎(jiǎng)和中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。提名該項(xiàng)目為國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。項(xiàng)目簡(jiǎn)介輸電線路覆冰是威脅電網(wǎng)主要自然災(zāi)害之一，嚴(yán)重覆冰導(dǎo)致國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)多次大面積癱瘓。2008年我國(guó)南方冰災(zāi)造成各類損失千億元，電網(wǎng)中斷導(dǎo)致近千萬用戶停電。冰災(zāi)一直是電網(wǎng)竭力突破的一大技術(shù)難題，在該項(xiàng)目開始之前，國(guó)內(nèi)沒有能夠在在電網(wǎng)中大規(guī)模應(yīng)用的融冰技術(shù)與裝置。突破電網(wǎng)抵御冰災(zāi)的技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)“被動(dòng)抗冰”到“主動(dòng)防冰”的轉(zhuǎn)變是保證電網(wǎng)安全、國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的重大需求。自2008年，在國(guó)家科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委和南方電網(wǎng)公司的支持下，歷經(jīng)近10年“產(chǎn)、學(xué)、研、用”協(xié)同攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了重大突破和實(shí)質(zhì)性創(chuàng)新，取得了多項(xiàng)原創(chuàng)性發(fā)明，建立起了完整的輸電線路融冰理論和應(yīng)用技術(shù)體系。獲授權(quán)發(fā)明專利35項(xiàng)（國(guó)際專利2項(xiàng)），實(shí)用新型專利31項(xiàng)，制定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng)、電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下： 創(chuàng)新點(diǎn)1：針對(duì)輸電線路融冰電流差異大、換流器強(qiáng)電磁環(huán)境及散熱困難等難題，發(fā)明并成功研制了12脈動(dòng)電流源型、6脈動(dòng)電流源型以及電壓源型融冰裝置，成為我國(guó)融冰裝置的基本型式。實(shí)現(xiàn)了融冰電流50A-6000A無級(jí)調(diào)節(jié)，可同時(shí)用于10kV-500kV及更高電壓等級(jí)輸電線路導(dǎo)線、架空地線和光纖復(fù)合地線（OPGW）的融冰。創(chuàng)新點(diǎn)2：針對(duì)架空地線和光纖復(fù)合地線（OPGW）覆冰比導(dǎo)線更嚴(yán)重且無法融冰的難題，突破了覆冰期電網(wǎng)通信光纖無保護(hù)措施的技術(shù)瓶頸，發(fā)明了架空地線和OPGW融冰技術(shù)，發(fā)明了滿足地線融冰需要的地線絕緣子和光纖接續(xù)裝置，提出確保光纖安全的融冰電流和溫度控制方法，發(fā)明了地線融冰狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，融冰時(shí)OPGW表面溫度應(yīng)控制在80℃以下，實(shí)現(xiàn)了架空地線、OPGW與導(dǎo)線同期融冰。創(chuàng)新點(diǎn)3：針對(duì)待融冰線路與融冰裝置連接困難、原有隔離開關(guān)在已建變電站無法安裝的難題，提出了隔離開關(guān)動(dòng)、靜觸頭采用不同的絕緣等級(jí)技術(shù)，發(fā)明并研發(fā)出融冰自動(dòng)接線系列隔離開關(guān)，使得整個(gè)隔離開關(guān)占地減小50%，實(shí)現(xiàn)了融冰線路與融冰裝置通過全電氣操作自動(dòng)連接和斷開。創(chuàng)新點(diǎn)4：針對(duì)融冰裝置功能驗(yàn)證的難題，揭示了融冰裝置開路試驗(yàn)、零功率試驗(yàn)與直接接入融冰線路工況的等效機(jī)理，發(fā)明直流融冰裝置等效試驗(yàn)方法，提出采用開路試驗(yàn)對(duì)融冰裝置的直流電壓耐受和控制能力進(jìn)行檢驗(yàn)，采用零功率試驗(yàn)對(duì)融冰裝置直流電流耐受和控制能力進(jìn)行檢驗(yàn)的方法?；谝陨蟿?chuàng)新，該項(xiàng)目研制了我國(guó)第一套電流源型融冰裝置（2008年）和第一套電壓源型融冰裝置（2013年）。研制的融冰裝置被列入2011年國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品推廣目錄，市場(chǎng)占有率超過80%。成果在南方電網(wǎng)和國(guó)家電網(wǎng)廣泛應(yīng)用。2009-2017年在我國(guó)電網(wǎng)110kV及以上線路實(shí)施融冰超過1000次（其中地線融冰超過200次）。項(xiàng)目新增銷售額4.4億元，新增利潤(rùn)1.01億元、節(jié)支近20億余元。該項(xiàng)目成果得到了國(guó)家科技部和電氣工程領(lǐng)域韓英鐸、雷清泉、程時(shí)杰、鄭健超、沈國(guó)榮、孫才新、李立浧等院士的高度評(píng)價(jià)，整體技術(shù)水平國(guó)際領(lǐng)先。曾獲第中國(guó)能源研究會(huì)能源創(chuàng)新一等獎(jiǎng)、十八屆中國(guó)專利獎(jiǎng)優(yōu)秀獎(jiǎng)、第一屆廣東省專利金獎(jiǎng)、貴州省科技成果轉(zhuǎn)化一等獎(jiǎng)和中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)?？陀^評(píng)價(jià)1.相關(guān)部門正式作出的技術(shù)檢測(cè)報(bào)告、驗(yàn)收意見、鑒定結(jié)論等產(chǎn)出該項(xiàng)成果的國(guó)家科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目順利通過國(guó)家科技部組織的驗(yàn)收，國(guó)家自然基金項(xiàng)目順利通過國(guó)家自然基金委員會(huì)的審核，相關(guān)成果通過了技術(shù)評(píng)價(jià)，得到了電氣工程領(lǐng)域韓英鐸、雷清泉、程時(shí)杰、鄭健超、沈國(guó)榮、孫才新、李立浧等多位院士的高度評(píng)價(jià)，總體技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。1）國(guó)家科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“電網(wǎng)抵御極端天氣災(zāi)害關(guān)鍵技術(shù)及裝置開發(fā)與應(yīng)用”（項(xiàng)目編號(hào)：2009BAA23B00）驗(yàn)收意見2012年6月29日，國(guó)家科技部組織雷清泉院士、謝國(guó)恩設(shè)計(jì)大師等對(duì)該項(xiàng)目的驗(yàn)收意見為：提出了直流融冰裝置主回路設(shè)計(jì)、過電壓和絕緣配合、試驗(yàn)和調(diào)試方法，對(duì)設(shè)備規(guī)范、接入設(shè)計(jì)、裝置制造、等效試驗(yàn)等進(jìn)行了深入研究，建立了直流融冰技術(shù)集成體系。研制的融冰裝置已在南方電網(wǎng)高壓、超高壓輸電線路中獲得了大規(guī)模應(yīng)用。實(shí)踐證明，融冰速度快、效果好，顯著提高了電網(wǎng)抵御冰災(zāi)的能力。2）江蘇省科技成果鑒定意見（蘇信鑒字[2009]第028號(hào)）2009年10月24日，江蘇省經(jīng)濟(jì)與信息化委員會(huì)組織專家對(duì)該項(xiàng)目的鑒定意見為：研發(fā)的直流融冰裝置是世界上第一套輸出直流電流超過4000A，且能夠長(zhǎng)時(shí)間、大角度(融冰方式5度-88度)運(yùn)行的融冰裝置。具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外空白，其整體技術(shù)性能處于國(guó)際領(lǐng)先水平。3）中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)科技成果鑒定意見（中電聯(lián)鑒字[2013]第138號(hào)）2013年10月20日，中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)對(duì)該成果中“地線融冰自動(dòng)接線裝置”的評(píng)審意見為：該裝置原理正確、結(jié)構(gòu)合理，屬于國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，具有國(guó)際領(lǐng)先水平。4）貴州省科技成果應(yīng)用評(píng)價(jià)意見（黔科評(píng)字[2014]第05號(hào)）2014年6月14日，貴州省科技廳組織雷清泉院士、程時(shí)杰院士對(duì)該成果在貴州省應(yīng)用情況的評(píng)價(jià)意見為：“形成了一套集成線路覆冰監(jiān)測(cè)、預(yù)警、線路融冰、應(yīng)急通信為一體的防冰、融冰技術(shù)體系，顯著提高了電網(wǎng)抵御冰災(zāi)的能力?！?）國(guó)家高壓電器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心對(duì)融冰裝置用晶閘管閥性能檢測(cè)報(bào)告（報(bào)告編號(hào)：090104G）2009年4月8日，融冰裝置用晶閘管閥組在國(guó)家高壓電器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心通過參考GB/T 20990.1-2007確定的大角度大電流長(zhǎng)期運(yùn)行試驗(yàn)，即“最大暫態(tài)運(yùn)行負(fù)荷試驗(yàn)[觸發(fā)角=90°，正向峰值觸發(fā)電壓≥14.6kV，試品電流≥3600A，運(yùn)行時(shí)間2h]”。6）國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品證書（證書編號(hào)：2011TJC11002）該項(xiàng)目研制的“PCS-9590具有SVC功能的直流融冰裝置”2011年獲得了國(guó)家科學(xué)技術(shù)部、商務(wù)部、環(huán)境保護(hù)部、國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合頒發(fā)的《國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品證書》。7）技術(shù)發(fā)明點(diǎn)國(guó)內(nèi)外查新情況（1）電流源型直流融冰技術(shù)及裝置國(guó)內(nèi)外查新情況（報(bào)告編號(hào)：2009-0393C3）2009年5月13日，國(guó)網(wǎng)信息通信公司查新報(bào)告結(jié)論為：交直流線路融冰技術(shù)及裝置涉及查新點(diǎn)國(guó)內(nèi)外未見文獻(xiàn)報(bào)道。（2）導(dǎo)線融冰自動(dòng)連接開關(guān)國(guó)內(nèi)外查新情況（編號(hào)：J20160801139）2016年1月1日，國(guó)家科技部西南信息中心查新中心查新報(bào)告結(jié)論為：導(dǎo)線融冰自動(dòng)連接開關(guān)涉及查新點(diǎn)國(guó)內(nèi)外未見文獻(xiàn)報(bào)道。（3）電壓源型直流融冰技術(shù)及裝置國(guó)內(nèi)外查新情況（報(bào)告編號(hào)：2017-0332）2017年1月20日，中國(guó)科學(xué)院文獻(xiàn)情報(bào)中心查新報(bào)告結(jié)論為：采用全橋MMC拓?fù)錁?gòu)造的直流融冰裝置國(guó)內(nèi)外未見文獻(xiàn)報(bào)道。（4）地線融冰自動(dòng)接線裝置國(guó)內(nèi)外查新情況（報(bào)告編號(hào)：201432B2504193）2014年6月5日，江蘇省科技查新咨詢中心查新報(bào)告結(jié)論為：地線融冰自動(dòng)接線裝置相關(guān)查新點(diǎn)國(guó)內(nèi)外未見文獻(xiàn)報(bào)道。2.國(guó)內(nèi)外同行在重要學(xué)術(shù)刊物、學(xué)術(shù)專著、重要國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上公開發(fā)表的學(xué)術(shù)性評(píng)價(jià)意見等IEEE雜志評(píng)閱人認(rèn)為該技術(shù)是“一種全面的、實(shí)用的防止輸電線路因覆冰倒塌引起電網(wǎng)災(zāi)難性損失的好方法”。(I found the paper to be informative and comprehensive in addressingthe practice and practicality of using ice melting to avoid catastrophicfailures of transmission lines.The paper presents a good approach to de-icingand I congratulate you on your efforts.)2013年6月29日，國(guó)家能源局總工程師楊昆先生在“加強(qiáng)電網(wǎng)抗冰能力技術(shù)全國(guó)經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)”中評(píng)價(jià)：“我國(guó)的電網(wǎng)抗冰工作由原來的被動(dòng)修復(fù)到現(xiàn)在的主動(dòng)防御，取得了重大的進(jìn)步?！?.該項(xiàng)成果的應(yīng)用得到了社會(huì)普遍關(guān)注和新聞媒體的廣泛報(bào)道1）2008年9月3日，人民網(wǎng)：南方電網(wǎng)直流融冰裝置現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)取得成功2）2008年10月10日，新華網(wǎng)：中國(guó)首套６萬千瓦電網(wǎng)直流融冰裝置在貴州試驗(yàn)成功3）2009年1月3日，中央電視臺(tái)，新聞60分：南方電網(wǎng)加裝融冰裝置，導(dǎo)線自行“解凍”4）2011年1月5日央視新聞?lì)l道《新聞直播間》：南方電網(wǎng)投入使用自主研發(fā)的直流融冰裝置，對(duì)貴州電網(wǎng)主干網(wǎng)進(jìn)行大規(guī)模融冰5）2011年1月13日，中央電視臺(tái)《新聞聯(lián)播》：高科技監(jiān)測(cè)融冰，南方電網(wǎng)經(jīng)受住冰凍雨雪考驗(yàn)6）2013年7月1日，中國(guó)日?qǐng)?bào)：解決世界性難題，南方電網(wǎng)大范圍應(yīng)用融冰技術(shù)7）2016年初“霸王級(jí)”寒潮期間，中央電視臺(tái)和新華網(wǎng)該項(xiàng)成果的應(yīng)用進(jìn)行廣泛報(bào)道2016年1月25日，中央電視臺(tái)《共同關(guān)注》報(bào)道：“霸王級(jí)”寒潮致76地氣溫跌破極值，廣東：輸電線覆冰，電網(wǎng)啟動(dòng)直流融冰。2016年1月25日，新華網(wǎng)刊發(fā)《科技抗冰：你的溫曖，別忘記它》。2016年1月27日，中央電視臺(tái)“朝聞天下”播出《科技手段除冰保電網(wǎng)抗寒潮》、“新聞直播間”播出《輸電線覆冰電網(wǎng)啟動(dòng)直流融冰》。8）2017年4月12日，中央電視臺(tái)《新聞聯(lián)播》報(bào)道了該項(xiàng)目成果在青海省的應(yīng)用：降雪導(dǎo)致青海省多地輸電線路覆冰嚴(yán)重，融冰工作緊張有序。4.制定融冰裝置系列標(biāo)準(zhǔn)，獲得國(guó)際同行高度評(píng)價(jià)，被國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)推薦制定我國(guó)3項(xiàng)直流融冰裝置國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和2項(xiàng)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，成為我國(guó)融冰裝置產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要依據(jù)。在國(guó)際會(huì)議上介紹該成果，加拿大、英國(guó)、丹麥等國(guó)際同行多次來華進(jìn)行技術(shù)交流并尋求合作。提出的融冰裝置型式被我國(guó)電網(wǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)《直流融冰系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程（DL/T 5511-2016）》和CIGRE 438 “Systems forprediction and monitoring of ice shedding, anti-icing and de-icing for powerline conductors and ground wires(ISBN: 978-2-85873-126-8)”推薦。推廣應(yīng)用情況1．推廣應(yīng)用情況1）融冰裝置該項(xiàng)目發(fā)明和研制的融冰裝置2011年列入國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品推廣目錄，已在全國(guó)安裝150多套，市場(chǎng)占有率超過80%，是我國(guó)電網(wǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)《直流融冰系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程（DL/T5511-2016）》的推薦方案。實(shí)際應(yīng)用表明融冰裝置成為電網(wǎng)抵御冰災(zāi)的主要技術(shù)手段。2）導(dǎo)線融冰自動(dòng)連接開關(guān)該項(xiàng)目發(fā)明的導(dǎo)線融冰自動(dòng)連接開關(guān)已經(jīng)推廣應(yīng)用287套。實(shí)際應(yīng)用表明導(dǎo)線融冰自動(dòng)連接開關(guān)顯著提高了融冰效率。3）地線融冰自動(dòng)接線裝置、融冰地線絕緣子該項(xiàng)目發(fā)明的導(dǎo)線融冰自動(dòng)連接裝置已經(jīng)推廣應(yīng)用140套、融冰地線絕緣子2500只。實(shí)際應(yīng)用表明該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)線與地線的同時(shí)融冰，確保了電網(wǎng)通訊光纖的安全。4）整體技術(shù)應(yīng)用情況自2009年開始，貴州、云南、廣東、廣西等電網(wǎng)陸續(xù)應(yīng)用了該發(fā)明的電流源型融冰裝置、電壓源型融冰裝置、導(dǎo)線融冰自動(dòng)連接開關(guān)、架空地線和光纖復(fù)合地線融冰技術(shù)、地線融冰自動(dòng)接線裝置、融冰裝置等效試驗(yàn)技術(shù)。進(jìn)而推廣到四川、浙江、河南、青海、江西、福建、重慶、安徽等共計(jì)12個(gè)?。ㄊ校?，可對(duì)超過2100條經(jīng)過易覆冰區(qū)的110kV及以上線路進(jìn)行融冰。6）南方電網(wǎng)應(yīng)用效果2009-2017年南方電網(wǎng)公司共計(jì)對(duì)110kV及以上電壓等級(jí)輸電線路實(shí)施融冰超過1000次，其中架空地線和光纖復(fù)合地線融冰超過200次。實(shí)際應(yīng)用表明：電流源型融冰裝置和電壓源型融冰裝置能夠快速除去覆冰導(dǎo)線、架空地線和光纖復(fù)合地線上的覆冰。該項(xiàng)成果應(yīng)用以后，南方電網(wǎng)基本沒有再發(fā)生因覆冰停電或設(shè)備受損事件。7）其他電力公司應(yīng)用情況四川省電力公司、浙江省電力公司、青海省電力公司、安徽省電力公司等應(yīng)用了該項(xiàng)目的電流源型融冰裝置，在2011年-2016年實(shí)施融冰200多次，確保了輸電設(shè)備和電網(wǎng)的安全。

第五篇：2、500kV輸電線路架空絕緣地線掉線原因分析及對(duì)策-王浩東

500kV輸電線路架空絕緣地線掉線

原因分析及對(duì)策

王浩東

（中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司天生橋局，貴州興義 562400）

摘要: 通過分析南方電網(wǎng)兩起500 kV 輸電線路架空絕緣地線掉線事故，認(rèn)為其主要原因是線路設(shè)計(jì)間隙不足以及絕緣子老化導(dǎo)致掉線。對(duì)輸電線路設(shè)計(jì)、運(yùn)行的不足和潛在安全隱患，提出防止地線掉線、改進(jìn)防雷性能的對(duì)策。

關(guān)鍵詞：輸電線路；感應(yīng)電壓；絕緣地線；掉線

前言:近幾年南方電網(wǎng)500kV輸電線路多次發(fā)生地線掉線事故，對(duì)事故原因進(jìn)行深入分析，提出整改、預(yù)防措施已刻不容緩。通過總結(jié)發(fā)現(xiàn)主要有兩類：一類是地線對(duì)塔身放電導(dǎo)致其強(qiáng)度降低，最終斷線造成掉線；另一類是地線絕緣子鐵帽和鋼腳分離而掉線?，F(xiàn)就兩起典型事故進(jìn)行分析，提出預(yù)防絕緣架空地線掉線的對(duì)策。1、500kV 來梧二線33#塔地線掉線事故分析 1.1事故經(jīng)過

2007 年01月13日22:52，500kV 來梧二線C 相跳閘，重合不成功，23:46 匯報(bào)調(diào)度線路具備恢復(fù)運(yùn)行條件。14日8:50，巡視發(fā)現(xiàn)#32-#34左側(cè)GJ-70 地線從#33塔懸垂線夾處斷裂，導(dǎo)致#32-#34 檔的地線墜落地面。10:45 來梧二線緊急停運(yùn)對(duì)#32小號(hào)側(cè)10m 處至#33大號(hào)側(cè)10m 處地線進(jìn)行更換，將#33塔地線改為直接接地，對(duì)損傷導(dǎo)線進(jìn)行修補(bǔ)。15 日12:00 完成搶修，13:58 來梧二線復(fù)電。1.2檢查情況

500kV 來梧二線#33塔距離來賓變12.6km，一根地線為OPGW2(計(jì)算截面積121.87mm2)，另外一根絕緣地線型號(hào)為GJ-70 鋼絞線(通流容量為17.496kA2.s)，#33塔附近絕緣地線的接地點(diǎn)為#02、#03、#20、#

38、#

48、#60。#33塔型為ZV-30，#32塔型為GM1-24，#34塔型GM1-33-1.5，#

32、#34塔架空地線水平間距為10.9m，#33塔架空地線水平間距為20.6m?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)：500kV 來梧二線#33塔C 相上方地線絕緣子間隙(間隙距離5.2mm)有放電痕跡，塔身對(duì)應(yīng)地線懸垂線夾部位有電弧燒傷痕跡；斷裂地線除1 股完整股和2 股的1/3 股為物理機(jī)械性拉斷外，其余均為電弧燒傷溶化斷裂；斷裂點(diǎn)小號(hào)側(cè)4m處地線被電弧燒斷2 股，#32大號(hào)側(cè)3m 處地線電弧燒傷4 股；C 相導(dǎo)線#33塔往小號(hào)側(cè)距懸垂線夾20m 處導(dǎo)線有放電灼傷傷痕、第一個(gè)間隔棒處有損傷。檢查發(fā)現(xiàn)#33塔地線絕緣子串往塔身傾斜，實(shí)測(cè)在無風(fēng)情況下33#塔地線懸垂線夾與鐵塔塔材最小距離約6cm。1.3原因分析

事故的主要原因是由于地線與塔身之間的最小凈空距離僅為6cm（如圖1所示），經(jīng)計(jì)算在7.5m/s風(fēng)速的情況下，地線風(fēng)偏后可直接與塔身接觸，因此地線與塔身之間的距離將長(zhǎng)期的小于地線絕緣子的放電間隙（15.2mm），地線會(huì)長(zhǎng)期對(duì)塔身放電，甚至直接與塔身摩擦，導(dǎo)致地線發(fā)熱燒損或磨損，架空地線在線夾處應(yīng)力最大，另外導(dǎo)線舞動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)對(duì)線夾處導(dǎo)線有一定疲勞累積效應(yīng)，地線容易在線夾處發(fā)生斷裂。當(dāng)?shù)鼐€損傷到4 股或以上，剩余股線承受不了運(yùn)行拉力而被拉斷；當(dāng)然運(yùn)行中懸垂線夾部位的地線如有斷股、散股、磨損，將降低地線機(jī)械強(qiáng)度和通流容量甚至地線有可能被拉斷；GJ-70 地線截面積偏小，可能也是地線斷裂原因之一。以上原因都是設(shè)計(jì)對(duì)小轉(zhuǎn)角塔型考慮不周，導(dǎo)致地線與塔身的間隙不足而造成掉線，如果地線改成直接接地問題就迎刃而解了。

圖1事故前塔身與地線相對(duì)位置

圖2事故斷裂地線 2、500kV天平II回線#09塔地線掉線事故分析

2.1事故經(jīng)過

2003年07月28日16：56，500kV天平II回線（天生橋-廣州第二回輸電線路的天生橋-平果段）#09塔地線由于受力瓷質(zhì)絕緣子鐵帽和鋼腳分離而掉線，導(dǎo)致A相故障，重合閘不成功，隨后進(jìn)行1次強(qiáng)送不成功，線路永久性故障。29日凌晨2：35完成搶修，2：56天平II回線復(fù)電。2.2檢查情況

輸電線路巡視人員發(fā)現(xiàn)09#塔左側(cè)地線由于受力瓷質(zhì)絕緣子鐵帽和鋼腳分離而掉線，掉線的地線跌落到地面，分別在#08-#09塔和#09-#10塔與A相導(dǎo)線接觸，造成A相永久短路。兩側(cè)地線均采用絕緣地線型號(hào)為GJ-70 鋼絞線，在地線與導(dǎo)線接觸部位有明顯放電痕跡，在#08塔、#10塔地線絕緣子表面及放電間隙有明顯放電痕跡。2.3、原因分析

2.3.1為了減少線損，500 kV 天平II回線采用架空絕緣形式。架空絕緣地線有較高的感應(yīng)電勢(shì)，其大小與線路電壓、負(fù)荷、長(zhǎng)度及地線與導(dǎo)線間距離有關(guān)。500 kV 天平II回線由于負(fù)荷重（在平果變電站加裝串補(bǔ)后輸送容量由600MW提高為1200MW，并且長(zhǎng)時(shí)間滿負(fù)荷運(yùn)行），架空絕緣地線的感應(yīng)電勢(shì)可能達(dá)到10 kV 級(jí)。如此高的感應(yīng)電壓使地線絕緣子實(shí)際相當(dāng)于被作為導(dǎo)線絕緣子（電壓等級(jí)為幾個(gè)10 kV 級(jí)的輸電線路）使用，對(duì)絕緣子的電氣和機(jī)械性能的損失極其不利。

2.3.2 由于所使用的瓷絕緣子為內(nèi)膠裝結(jié)構(gòu)，膠裝粘合劑水泥和鋼腳、鐵帽、瓷件的熱膨脹系數(shù)各不相同，溫度變化時(shí)各部件熱脹系數(shù)的差異將使瓷件受到壓應(yīng)力和剪切應(yīng)力；水泥的長(zhǎng)期膨脹（俗稱“水泥生長(zhǎng)”）也使瓷件和鐵帽受到局部應(yīng)力和疲勞效應(yīng)，其絕緣性能隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)逐漸降低甚至完全喪失，此時(shí)瓷絕緣子處于擊穿運(yùn)行狀態(tài)。運(yùn)行中的瓷質(zhì)絕緣子承受的感應(yīng)電壓越高，其電氣性能喪失的時(shí)間越短。處于臨界擊穿或已擊穿狀態(tài)的絕緣子的電氣性能大幅度下降或喪失，不能滿足絕緣的要求，但其機(jī)械強(qiáng)度仍然可以滿足設(shè)計(jì)的要求，此時(shí)地線不會(huì)馬上掉線。由于膠裝粘合劑水泥等填充物的存在，絕緣子有一定的電阻值，在10 kV 級(jí)感應(yīng)電壓的作用下，絕緣子出現(xiàn)了比正常接地感應(yīng)電流大得多的“短路”感應(yīng)電流。這個(gè)感應(yīng)電流對(duì)絕緣子內(nèi)部會(huì)有明顯的熱作用，大量的熱積累導(dǎo)致絕緣子產(chǎn)生溫升。長(zhǎng)期機(jī)電負(fù)荷和溫升變化進(jìn)一步加速絕緣子的老化，而進(jìn)一步老化的結(jié)果是導(dǎo)致熱效應(yīng)加劇，形成惡性循環(huán)。經(jīng)過一段長(zhǎng)時(shí)間或遭受雷擊等強(qiáng)電流的作用，瓷件和鐵帽受到局部應(yīng)力和疲勞效應(yīng)加劇，膠裝粘合劑水泥等填充物因熱效應(yīng)局部融化而失去其支撐能力，或因瞬間驟熱而發(fā)生爆炸，因而產(chǎn)生絕緣子斷串。

2.4 掉線原因

500 kV 天平II回線的架空絕緣地線采用大連電瓷廠生產(chǎn)的XDP5-7C 地線專用絕緣子，帶保護(hù)間隙，于1995 年投運(yùn)。由于事故現(xiàn)場(chǎng)的地線絕緣子及附件都沒有明顯的放電痕跡，據(jù)了解當(dāng)時(shí)氣候情況是風(fēng)雨交加，但基本沒有雷電活動(dòng)，因此絕緣子應(yīng)該是因老化，絕緣子填充物局部融化而掉線的?，F(xiàn)場(chǎng)取回的絕緣子與懸垂線夾連接的金屬部分有嚴(yán)重銹蝕，上面還殘留有淚滴狀的絕緣子填充物，絕緣子頭部填充物有局部融化的痕跡（見圖3），這表明高感應(yīng)電壓及其產(chǎn)生的強(qiáng)泄漏電流是絕緣子的老化和掉線的重要原因。

圖3鐵帽和鋼腳的絕緣子

3、預(yù)防絕緣架空地線掉線的對(duì)策

另外在南方電網(wǎng)的500kV線路上還發(fā)生了多起類似以上兩起的絕緣地線掉線事故，通過總結(jié)發(fā)現(xiàn)主要是以上兩類：一類是地線對(duì)塔身放電導(dǎo)致其強(qiáng)度降低，最終斷線造成掉線；另一類是地線絕緣子鐵帽和鋼腳分離而掉線。針對(duì)以上分析現(xiàn)就預(yù)防絕緣架空地線掉線提出如下對(duì)策。

3.1加強(qiáng)絕緣架空地線的運(yùn)行維護(hù)工作

3.1.1加強(qiáng)絕緣架空地線運(yùn)行巡視、檢測(cè)工作。

運(yùn)行單位巡視時(shí)要注意觀察地線有無斷股、散股現(xiàn)象，觀察地線及塔身有無電弧燒傷痕跡，觀察線夾與地線的連接部位有無電弧燒傷和生銹現(xiàn)象，夜巡時(shí)注意觀察地線絕緣子間隙有無放電冒火現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)進(jìn)行處理。變電站出口15km 以內(nèi)的絕緣地線，以及偏向塔身（主要是小轉(zhuǎn)角塔型）的絕緣地線，應(yīng)重點(diǎn)檢查；地線絕緣子的檢測(cè)工作應(yīng)按規(guī)程2-3年要求的周期進(jìn)行，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)地線絕緣子缺陷；另外對(duì)地線的金具除外觀檢查外還應(yīng)配合紅外成像技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)。

3.1.2加強(qiáng)架空地線特別是連接金具、接續(xù)金具的維護(hù)工作。

嚴(yán)格按規(guī)程周期進(jìn)行絕緣地線間隙檢查，進(jìn)行地線燒傷、振動(dòng)斷股和腐蝕檢查，發(fā)現(xiàn)間隙距離超出設(shè)計(jì)范圍、地線斷股等缺陷及時(shí)處理，架空地線在線夾處應(yīng)力最大，另外導(dǎo)線舞動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)對(duì)線夾處導(dǎo)線有一定疲勞累積效應(yīng)，地線容易在線夾處發(fā)生斷裂，地線懸垂線夾承重軸磨損斷面超過1/4以上的應(yīng)予以更換。線路檢修時(shí)變電站出口15km 的絕緣地線，以及有較重銹蝕現(xiàn)象的地線，線夾必須打開檢查。運(yùn)行超過10 年的線路，檢修時(shí)要加大地

線線夾打開抽查的比例。近期檢修的線路要充分利用停電機(jī)會(huì)登檢桿塔，擴(kuò)大打開地線線夾檢查的范圍以查找隱患。

3.1.3加強(qiáng)絕緣架空地線掉線的改造工作。

運(yùn)行單位應(yīng)根據(jù)最新的線路運(yùn)行方式，進(jìn)行地線通流容量的校驗(yàn)工作，確保地線具有足夠的通流能力和機(jī)械強(qiáng)度。地線銹蝕嚴(yán)重或通流容量不滿足最新運(yùn)行要求的，要安排計(jì)劃進(jìn)行改造。一根地線為OPGW 時(shí)，另外一根絕緣地線靠近變電站10km范圍在通信條件允許時(shí)應(yīng)改造為逐塔接地方式。對(duì)于地線偏向塔身的可加裝引流線或用金具直接代替絕緣子。經(jīng)驗(yàn)表明玻璃絕緣子不易發(fā)生掉串事故，因此對(duì)于長(zhǎng)距離輸電的線路，為提高絕緣地線的可靠性和較少運(yùn)行維護(hù)工作量，可將瓷質(zhì)絕緣子更換成玻璃絕緣子。3.1.4落實(shí)地線掉線的反事故預(yù)案。

運(yùn)行單位應(yīng)認(rèn)真分析地線掉線的原因，制定出有針對(duì)性的反事故預(yù)案，并在材料、搶修工具、照明器材、人員等方面落實(shí)到位，提高事故應(yīng)急能力和速度，盡量減少事故造成損失。3.2加強(qiáng)絕緣架空地線的設(shè)計(jì)工作 3.2.1重視絕緣子選型。

瓷質(zhì)絕緣子有多種不利于運(yùn)行的因素。瓷質(zhì)絕緣子屬于可擊穿型絕緣子，老化絕緣子的存在對(duì)線路的安全運(yùn)行是一種潛在的威脅，不易發(fā)現(xiàn)，定期檢測(cè)需要大量的人力物力。線路運(yùn)行和維護(hù)人員較少時(shí)，就更難及時(shí)發(fā)現(xiàn)。長(zhǎng)期以來，人們對(duì)應(yīng)用于輸電線路導(dǎo)線的瓷質(zhì)絕緣子的潛在的威脅有著深刻的認(rèn)識(shí)和研究，目前大多數(shù)導(dǎo)線瓷質(zhì)絕緣子已經(jīng)被更換為鋼化玻璃絕緣子，但對(duì)應(yīng)用于地線的瓷質(zhì)絕緣子的可能存在的危害認(rèn)識(shí)不足，認(rèn)為地線瓷質(zhì)絕緣子承受電壓低，不易老化，未能及時(shí)變更設(shè)計(jì)或進(jìn)行大修改造。線路投運(yùn)和大修改造時(shí)，設(shè)計(jì)部門對(duì)此問題重視程度不足，過于注重成本控制和“靜態(tài)”運(yùn)行，未能充分考慮線路運(yùn)行后的“動(dòng)態(tài)”情況，不但導(dǎo)致運(yùn)行部門工作量大增，容易出現(xiàn)錯(cuò)檢、漏檢，而且使線路存在先天安全隱患，不利于輸電線路的長(zhǎng)期安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。瓷質(zhì)絕緣子對(duì)降低線損的作用未必如預(yù)期理想線路地線采用絕緣子原本是要實(shí)現(xiàn)地線全線絕緣以降低線損，但由于采用了瓷質(zhì)絕緣子，線路在運(yùn)行一段時(shí)間后，瓷質(zhì)絕緣子的電氣絕緣性能逐漸喪失。由于喪失了電氣絕緣性能的瓷質(zhì)絕緣子的存在，架空絕緣地線實(shí)際已經(jīng)處于單點(diǎn)接地狀態(tài)，原本架空絕緣的地線也就出現(xiàn)了額外泄漏電流。只有單點(diǎn)接地的架空絕緣地線，其總體感應(yīng)電壓很高，由此產(chǎn)生的額外泄漏電流的值也很高，線路此時(shí)的線損大幅度增加?？梢姡€路降低線損過于依賴瓷質(zhì)絕緣子的電氣可靠性，而瓷質(zhì)絕緣子易擊穿的特性對(duì)不利于長(zhǎng)期降低線損。因此應(yīng)當(dāng)重視絕緣子選型。

3.2.2靈活運(yùn)行地線絕緣運(yùn)行方式。

架空絕緣地線運(yùn)行方式導(dǎo)致地線產(chǎn)生高感應(yīng)電壓。全線絕緣的方式雖然減少了線損，但必定導(dǎo)致地線上的高感應(yīng)電壓大增。高感應(yīng)電壓不但加速瓷質(zhì)絕緣子老化進(jìn)而擊穿的速度，而且會(huì)在瓷質(zhì)絕緣子擊穿后進(jìn)一步破壞瓷質(zhì)絕緣子的機(jī)械性能，是導(dǎo)致掉線的主要誘因之一。因此在大跨越塔、轉(zhuǎn)角塔、耐張塔的地線應(yīng)盡可能直接接地或采用雙串。另外對(duì)一回地線采用OPGW 光纜，另一回地線采用全線絕緣的情況時(shí)線路故障或遭受雷擊時(shí)，OPGW光纜因全線接地而承受較大的雷擊電流，其強(qiáng)度較低很容易發(fā)生雷擊斷股，近幾年OPGW光纜雷擊斷股已經(jīng)是屢見不鮮，因此在設(shè)計(jì)線路時(shí)應(yīng)進(jìn)行地線通流容量的校驗(yàn)，確保地線具有足夠的通流能力和機(jī)械強(qiáng)度。對(duì)雷害嚴(yán)重地區(qū)及變電站進(jìn)出口線路建議不要采用絕緣地線。

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