摘要：文章介紹了輸電線路發(fā)生振動(dòng)的原因及危害，針對(duì)220kV銅能線17號(hào)塔地理環(huán)境、氣象條件、設(shè)備情況等，分析影響微風(fēng)振動(dòng)的主要因素、應(yīng)力對(duì)架空線斷股的影響以及220kV輸電線路架空地線斷股的相應(yīng)對(duì)策。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)線振動(dòng)；220kV銅能線；斷股；微風(fēng)振動(dòng)

中圖分類號(hào)：TM726 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）27-0128-02

高壓輸電線路由于導(dǎo)線截面積大、檔距長(zhǎng)、導(dǎo)線安裝距離高，加之多建設(shè)在山脊、平原的開闊地帶，導(dǎo)線和架空地線因常年受到風(fēng)、冰、低溫等氣象條件的影響，時(shí)常發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)，以致造成架空輸電線路的導(dǎo)線斷股、斷線，給輸電線路安全運(yùn)行帶來危害。

1 220kV銅能線#17塔左架空地線外層鋁股嚴(yán)重?cái)喙涩F(xiàn)象

事件發(fā)生在江門臺(tái)山市赤溪鎮(zhèn)，220kV銅能線于2006年11月投產(chǎn)，由銅鼓電廠至220kV能達(dá)站，線路全長(zhǎng)81.56km。該線路導(dǎo)線采用2×JL/LB20A-400/35型，架空地線采用JLB2-4070/40、OPGW光纜。#17塔為Z402型單回路直線鐵塔，弧程高為18m，小號(hào)側(cè)檔距為413m，大號(hào)側(cè)檔距為574m。2012年11月07日11時(shí)分，由江門供電局輸電管理所在對(duì)220kV銅能線進(jìn)行線路特巡時(shí)，發(fā)現(xiàn)220kV銅能線#17左架空地線外層鋁股嚴(yán)重?cái)喙?。?jīng)從現(xiàn)場(chǎng)仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)外層鋁線是從線夾處往兩側(cè)斷開的，截止于防振錘處。2 架空地線斷股原因分析的必要性

220kV銅能線N17處于微氣象地區(qū)（長(zhǎng)期處于大風(fēng)）引起直線塔懸垂線夾部位的架空地線（鋼芯鋁絞線）斷股。架空地線的斷股影響著輸電線路上的電流流動(dòng)，還使它的抗拉性能降低，嚴(yán)重威脅著整個(gè)輸電線路的運(yùn)行安全。微風(fēng)振動(dòng)是造成架空線斷股的重要原因，一般發(fā)生在防振錘夾板、懸垂線夾、架空線內(nèi)層等位置，工作人員在巡檢時(shí)有些位置是不容易發(fā)現(xiàn)的，并且這種情況的危害性一般會(huì)比較大，可能造成重大的安全事故和經(jīng)濟(jì)損失。

3 架空線的微風(fēng)振動(dòng)

3.1 架空線產(chǎn)生受迫振動(dòng)

架空線的受迫振動(dòng)主要是由于層流風(fēng)在遇到架空線后就會(huì)繞行，在架空線的背面，層流風(fēng)發(fā)生分離，這樣就會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)漩渦，這兩個(gè)漩渦是對(duì)稱反向的。當(dāng)它的雷諾數(shù)達(dá)到100～210時(shí)，這兩個(gè)漩渦就會(huì)上下交替、交錯(cuò)排列、周期性脫落，產(chǎn)生周期性的策動(dòng)力，就產(chǎn)生了架空線的受迫振動(dòng)。由于策動(dòng)力的作用，會(huì)產(chǎn)生隨著策動(dòng)力變化的頻率，而架空線也存在著一組固有頻率，當(dāng)兩者相等或者接近時(shí)，就會(huì)使架空線產(chǎn)生強(qiáng)烈的共振，即微風(fēng)振動(dòng)。

3.2 架空線振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量關(guān)系

在不考慮阻尼的情況下，架空線的振動(dòng)頻率即策動(dòng)力的頻率，是等幅振動(dòng)的，它的變化跟線路的固有頻率沒有關(guān)系。但是實(shí)際情況是當(dāng)架空線產(chǎn)生受迫振動(dòng)時(shí)，會(huì)造成臨近線路的振動(dòng)，這樣會(huì)使整個(gè)架空線路波動(dòng)，造成振動(dòng)能量向四周輻射。架空線振動(dòng)時(shí)能量的變化與多個(gè)因素有關(guān)。首先，策動(dòng)力做功使架空線能量增加；其次，由于阻尼作用的影響，會(huì)使架空線的能量有一部分損耗，它和策動(dòng)力的大小、頻率以及架空線自身的頻率都有很大的關(guān)系。當(dāng)策動(dòng)力做功大于阻尼損耗時(shí)，振動(dòng)的振幅會(huì)不斷增大，同時(shí)阻尼損耗也會(huì)不斷增大。當(dāng)策動(dòng)力做功和架空線的阻尼損耗能量相等時(shí)，就會(huì)達(dá)到能量平衡，這樣振動(dòng)產(chǎn)生的振幅是不變的，就造成了微風(fēng)振動(dòng)。

3.3 架空線振動(dòng)產(chǎn)生的各種波形

220kV輸電線路中，耐張桿塔將架空地線分為多個(gè)獨(dú)立的振動(dòng)系統(tǒng)，但是在同一個(gè)耐張段，各個(gè)振動(dòng)單元之間是相互聯(lián)系的。一個(gè)耐張段通常為3～5km，層流風(fēng)在這段距離內(nèi)變化很小，因此它們會(huì)獲得相近的策動(dòng)力頻率。在架空線發(fā)生斷股故障時(shí)，通常出現(xiàn)在同一根架空線或者是它的防振錘位置上。振動(dòng)單元在傳送振波時(shí)，會(huì)在懸掛點(diǎn)發(fā)生反射，這樣使其反射波和原振波迭加，就形成了駐波。同時(shí)，由于波的干涉，不同頻率的振波之間還會(huì)產(chǎn)生拍頻波。

4 影響微風(fēng)振動(dòng)的主要因素

微風(fēng)振動(dòng)是架空線路發(fā)生斷股故障的主要原因，而引起微風(fēng)振動(dòng)的因素也有很多。首先，架空線的直徑是導(dǎo)致微風(fēng)振動(dòng)產(chǎn)生的一個(gè)重要因素。架空線的直徑越小，會(huì)導(dǎo)致它的振動(dòng)頻率越高。在風(fēng)速不變的情況下，架空線的直徑越小，會(huì)使半波數(shù)增多，造成架空線上安裝的防振錘不能發(fā)揮很好的作用。其次，風(fēng)速和風(fēng)向是引起架空線振動(dòng)的基本因素。風(fēng)速只有保持在一定的速度，才能不產(chǎn)生“卡門渦列”，同時(shí)風(fēng)向要與架空線之間的夾角小于300°時(shí)才能不產(chǎn)生微風(fēng)振動(dòng)，在450°～900°之間時(shí)，很容易發(fā)生振動(dòng)。再次，架空線的應(yīng)力越大，振動(dòng)產(chǎn)生的半波越長(zhǎng)，這樣會(huì)很容易出現(xiàn)最大的半波長(zhǎng)，使安裝的防振錘效果不明顯。最后，防振裝置中防振錘頻率由于不能很好覆蓋整個(gè)架空線的長(zhǎng)度，導(dǎo)致不能消耗架空線中產(chǎn)生的振動(dòng)能量，也會(huì)產(chǎn)生微風(fēng)振動(dòng)。

5 架空線的應(yīng)力對(duì)斷股現(xiàn)象產(chǎn)生的影響

觀察220kV銅能線#17左架空地線外層鋁股嚴(yán)重?cái)喙傻奈恢?，發(fā)現(xiàn)外層鋁線是從線夾處往兩側(cè)斷開的，截止于防振錘處。沒有出現(xiàn)一般型材拉斷時(shí)的狀況，而是在斷口處出現(xiàn)了光滑區(qū)和粗糙區(qū)這兩個(gè)不很明顯的區(qū)域，顯示出的特點(diǎn)就是疲勞破壞。其中光滑區(qū)是由于裂縫擴(kuò)展，使架空線中承受的應(yīng)力發(fā)生突變，長(zhǎng)時(shí)間研磨形成的。粗糙區(qū)是由于裂縫擴(kuò)展到一定程度導(dǎo)致線股斷裂形成的。這個(gè)過程的發(fā)生沒有明顯的征兆，預(yù)防起來比較困難。

在其他條件不變的情況下，突變應(yīng)力集中的構(gòu)件會(huì)首先遭到破壞，主要是由于它的持久極限比較低。懸垂線和防振錘夾板內(nèi)的架空線承受著軸向拉力、擠壓應(yīng)力、剪切應(yīng)力等，應(yīng)力突變會(huì)使線股和夾板之間產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦，導(dǎo)致線股損傷。因此，架空線發(fā)生斷股現(xiàn)象與該位置的應(yīng)力集中關(guān)系密切。

6 220kV輸電線路架空地線斷股的相應(yīng)對(duì)策

為了避免220kV輸電線路架空地線斷股現(xiàn)象的產(chǎn)生，應(yīng)該制定一系列的對(duì)策：

第一，在建設(shè)架空線時(shí)，盡量繞開可能發(fā)生微風(fēng)振動(dòng)的區(qū)域，也可以盡量減少架空線路和風(fēng)向之間的

夾角。

第二，可以適當(dāng)降低架空線的最大使用應(yīng)力和運(yùn)行應(yīng)力。

第三，盡量選擇阻尼性能較好的架空線。

第四，在安裝架空線前要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，用微風(fēng)振動(dòng)測(cè)試儀來確定該位置的實(shí)際運(yùn)行頻率，確定好防振錘之間的距離，合理地安裝防振錘。

第五，線路的巡檢要仔細(xì)，對(duì)發(fā)現(xiàn)有損傷的架空線要及時(shí)處理。

第六，將懸垂線換為阻尼線，減少微風(fēng)振動(dòng)引起的線路斷股。

第七，要定期進(jìn)行安全大檢查，觀察引流線是否有燒傷斷股的隱患，還可以帶電登桿，觀察防振錘的根部是否有斷股隱患的產(chǎn)生。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，220kV輸電線路架空線要長(zhǎng)期暴露在曠野中，因此在設(shè)計(jì)架空線時(shí)要盡量地保證線路能夠抵抗各種自然災(zāi)害的發(fā)生。電網(wǎng)的發(fā)展越來越迅速，架空線所經(jīng)過的路徑也越來越復(fù)雜，要深入研究微地形和微氣象，提高架空線的設(shè)計(jì)和維護(hù)水平。微風(fēng)振動(dòng)是架空線發(fā)生斷股事故中一種相對(duì)比較隱蔽的振動(dòng)，它是長(zhǎng)期積累的結(jié)果，因此，需要我們不斷努力，積極實(shí)踐，找出最有效的措施防止微風(fēng)振動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生，以減少架空地線斷股現(xiàn)象的發(fā)生。

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作者簡(jiǎn)介：顏?zhàn)靠桑?988-），男，廣東陽(yáng)江人，廣東電網(wǎng)公司江門供電局助理工程師，研究方向：電氣工程及其自

動(dòng)化。endprint