張東，付豪，王立福，董新勝，周利兵

(1.國網(wǎng)新疆電力公司電力科學研究院，新疆 烏魯木齊 830011；2.國網(wǎng)新疆電力公司，新疆 烏魯木齊 830011)

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一起柔性間隔棒防舞失效案例分析

張東1，付豪2，王立福2，董新勝1，周利兵1

(1.國網(wǎng)新疆電力公司電力科學研究院，新疆 烏魯木齊 830011；2.國網(wǎng)新疆電力公司，新疆 烏魯木齊 830011)

摘要：針對一起220 kV輸電線路因覆冰舞動而跳閘的案例，首先通過計算和分析找出造成線路跳閘的導線舞動階數(shù)，分析結果表明只有1階舞動才能造成線路相間短路；然后從間隔棒抗拉、抗壓能力入手分析其防舞失效的原因，認為間隔棒剛性不足是主要原因，且僅預防1階舞動會造成諧振，從而加劇導線舞動。為取得較好的防舞效果，提出間隔棒的安裝應從防止2、3階舞動出發(fā)，柔性間隔棒的選擇應滿足在舞動最大壓力時兩導線間距不小于線電壓運行要求的最小間隙距離。

關鍵詞：輸電線路；覆冰；舞動；間隔棒；相間距離

目前輸電線路的防舞措施多為安裝間隔棒[1-3]，間隔棒的參數(shù)和安裝方式不同，其防舞效果也不同。本文針對一起220 kV輸電線路安裝相間間隔棒后在覆冰舞動時跳閘的案例，計算造成輸電線路跳閘的舞動階數(shù)，根據(jù)間隔棒的受力情況分析其失效的原因，提出新的間隔棒安裝方法及柔性相間間隔棒的選擇原則。

1故障情況

2013年3月30日7時35分，某供電公司220 kV線路故障跳閘，選相L2、L3相(上、中相)，重合閘未啟動，試送電未成功。線路為同塔雙回架設，導線型號為LGJ-300/40，弧垂9.2 m，故障段檔距329 m，L2、L3相橫擔垂直距離7.2 m、水平距離1.0 m，2012年10月曾對該線路加裝柔性相間間隔棒進行防覆冰改造。故障前為雨雪天氣，氣溫-4～-2 ℃，平均風速3 m/s；故障時為極端大風雨雪天氣，平均風速12.6 m/s?，F(xiàn)場發(fā)現(xiàn)導線上有覆冰，覆冰厚度約13 mm?，F(xiàn)場導線相間距離及間隔棒安裝位置如圖1所示。

l為線路檔距。圖1　現(xiàn)場相間距離及間隔棒安裝位置

2故障原因

線路舞動造成跳閘的原因一般是舞動時波峰值較大，造成線路相間安全距離不足，引起相間放電?，F(xiàn)從導線舞動時相間距離分析線路跳閘的原因。

2.1舞動幅值

導線舞動時的軌跡可用橢圓形表示[4-5]，如圖2所示。

圖2　導線舞動軌跡

橢圓長軸與豎直方向的夾角約15o，長、短軸之比為2～5。長、短軸的計算公式為[6]：

(1)

式中：η為氣象因數(shù)，其取值為特強舞動區(qū)0.20，強舞動區(qū)0.15，中等舞動區(qū)0.10，弱舞動區(qū)0.05；v為風速；β為風向與導線走向的夾角；f為導線的舞動頻率。

導線舞動時一般發(fā)生1階舞動，其舞動頻率與導線的1階固有頻率接近。導線的舞動頻率[7-8]

(2)

式中：fn為導線n階舞動頻率，T為導線張力，ρl為導線的線質(zhì)量。

2.2舞動時相間距離

圖3　導線舞動不同步

LGJ-300/40型導線的參數(shù)：總截面積338.99 mm2，外徑23.9 mm，線質(zhì)量1 131 kg/km，額定拉斷力92.36 kN。由導線已知參數(shù)可計算得到導線使用張力為31.95 kN，通過式(2)可計算得到導線1階舞動頻率為0.248 Hz。舞動區(qū)級別為特強舞動區(qū)，根據(jù)式(1)計算得到1階舞動橢圓軌跡長軸為9.81 m，舞動幅值高達7.35 m，而導線靜態(tài)時相間距離為7.25 m。導線舞動時造成相間距離最小的條件是三相導線舞動不同步，如圖3所示。由圖3可知，兩相導線不同步舞動時會有交叉，發(fā)生1階舞動時造成相間短路。

對于220 kV線路，工頻電壓下相間最小距離為0.9 m，重合閘成功時相間最小距離為2.1 m。當導線發(fā)生2階舞動時，舞動軌跡橢圓長軸長度為4.90 m?？紤]最壞情況，兩相導線不同時舞動的相間距離最小為1.9 m，能滿足安全距離的要求。由此可知，造成線路跳閘的原因是線路發(fā)生了1階舞動，在線路中央安裝的防舞間隔棒失效。

2.3防舞間隔棒失效原因

現(xiàn)場在l/2處安裝相間間隔棒，為了減小舞動時固定點導線的應力，兩相間間隔棒錯開距離為1 m。為了避免三相線路共振，選擇了柔性間隔棒。下面對柔性間隔棒在導線舞動時的受力情況進行分析。

導線舞動時相間間隔棒承受的軸向拉力或壓載荷[9-10]

式中：We為單位長度導線自重，Wi為單位長度導線上覆冰重力，N為導線分裂數(shù)。

計算得知導線在舞動時間隔棒受力為3.87 kN。由此可知，若相間間隔棒在3.87 kN壓力作用下兩端距離小于220 kV線路相間安全距離0.9 m，安裝在檔距中央的相間間隔棒不能起到阻止線路1階舞動的發(fā)生，即安裝在檔距中央的相間間隔棒由于剛性不足不能形成有效的節(jié)點。

為了檢驗現(xiàn)場安裝的相間間隔棒抗拉和抗壓性能，采用英斯特朗2360系列雙立柱臺式拉/壓力試驗機對其進行試驗。試驗過程中加力速度10 kN/min，在達到額定拉力或壓力后保持拉力或壓力1 min，拉力試驗中間隔棒無損壞，壓力試驗中額定壓力下變形滿足相間安全距離要求。抗拉試驗拉力取20 kN，考慮一定裕度后抗壓試驗壓力取4 kN。對現(xiàn)場安裝的相間間隔棒進行試驗后發(fā)現(xiàn)：在20 kN的拉力作用下，間隔棒無變形、無損傷；在3.5 kN的壓力下，間隔棒嚴重變形，兩端距離縮至0.78 m；在4 kN壓力下，兩端距離縮至0.61 m。由試驗結果可知：間隔棒剛性不足，導線舞動時不能在安裝點形成節(jié)點，進而不能有效限制導線舞動幅值；僅在導線中點安裝間隔棒，由于間隔棒節(jié)點前后的固有頻率和阻尼頻率相同，引起線路共振使導線舞動加強。以上多種因素共同作用，造成相間間隔棒防舞失效，引起線路跳閘。

3相間間隔棒優(yōu)化布置及選型

3.1布置基本原則

在輸電線路上安裝防舞間隔棒后，會在導線舞動時形成節(jié)點，如果節(jié)點前后的舞動固有頻率相等，舞動就會向后傳播，產(chǎn)生線路諧振，進而引發(fā)更為強烈的舞動。為解決此問題，在安裝間隔棒時應遵守“相鄰節(jié)距不相等，整體安裝不對稱”的基本原則，以避免線路舞動幅值增加。

3.2優(yōu)化布置

根據(jù)導線舞動時危及相間間距的舞動階數(shù)來安裝相間間隔棒，以控制導線的最大舞動幅值。單導線的舞動通常為1階舞動，而多分裂導線的舞動階數(shù)需根據(jù)運行經(jīng)驗來確定。

對于多分裂導線，先計算其危及線路安全運行的舞動階數(shù)。本案例220 kV線路危及線路的舞動為1階舞動，但僅治理1階舞動會造成舞動諧振。為了取得更好的防舞效果，下面分析間隔棒的安裝方式。

由于該線路在發(fā)生2階及以上舞動時不會危及線路的安全運行，同時考慮相間間隔棒的安裝原則，即間隔棒應當安裝在相應階次舞動的波峰或波谷處，建議對上中相安裝2支間隔棒防止2階舞動，中下相安裝3支間隔棒防止3階舞動。防止2階舞動的間隔棒分別安裝在l/4和3l/4處；防止3階舞動的間隔棒安裝在l/6、l/2和5l/6處。安裝方式如圖4所示。

圖4　間隔棒安裝示意圖

3.3選型

目前間隔棒抗拉能力基本上能夠滿足要求，主要考核間隔棒的抗壓指標，以免抗壓能力不足造成間隔棒防舞失效。對于本文案例，在間隔棒的選擇上應留有一定的裕度，其剛性應當滿足在4 kN壓力下兩端距離大于1 m。

4結論

選用本文推薦的相間間隔棒和安裝方式后，經(jīng)過2年的運行經(jīng)驗，雖然現(xiàn)場還是出現(xiàn)了舞動現(xiàn)象，但舞動峰值有較大降低，沒有出現(xiàn)因覆冰舞動引起線路跳閘的問題。

通過對一起220 kV輸電線路因覆冰舞動而跳閘的案例分析，計算出輸電線路的舞動階數(shù)，分析結果表明，只有在1階舞動時才造成線路相間短路，2階及以上高階舞動不會造成相間短路跳閘。根據(jù)間隔棒的受力情況分析了間隔棒失效的原因，認為現(xiàn)場安裝的間隔棒剛性不足是造成相間短路的主要原因。根據(jù)以上結果提出了新的間隔棒的安裝方法及柔性相間間隔棒的選擇原則，在間隔棒的選擇上，柔性間隔棒要考慮其抗壓能力。

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張東(1986)，男，河南周口人。工程師，工學碩士，主要從事輸電線路防災減災工作。

付豪(1984)，男，新疆烏魯木齊人。工程師，工學學士，主要從事輸電專業(yè)管理工作。

王立福(1982)，男，新疆烏魯木齊人。工程師，工學學士，主要從事輸電專業(yè)管理工作。

(編輯李麗娟)

Analysis on One Invalidation Case of Anti-galloping of Flexible Spacing Bar

ZHANG Dong1, FU Hao2, WANG Lifu2, DONG Xinsheng1, ZHOU Libing1

(1.State Grid Electric Power Research Institute of Xinjiang Electric Power Company, Urumqi, Xinjiang 830011, China; 2.State Grid Xinjiang Electric Power Company, Urumqi, Xinjiang 830011, China)

Abstract：Allusion to one case of 220 kV power transmission line tripping caused for reason of icing galloping, this paper tries to find out galloping orders of the conductor causing line tripping by calculation and analysis, and analysis results indicate that only one order galloping may cause phase short-circuit of the line. Then in aspects of tensile and compression resistance of the spacing bar, it analyzes reasons for invalidation of anti-galloping and it considers the main reason is insufficient rigidity of the spacing bar, and only prevention on one order galloping may cause resonance and intensify conductor galloping. In order to get better effect of anti-galloping, it proposes to install the spacing bar for preventing galloping of two and three orders and selection for flexible spacing bar should meet the requirement that interval between two conductors is not less than minimum interval for voltage operation at the time of maximum pressure of galloping.

Key words：power transmission line; icing; galloping; spacing bar; phase distance

作者簡介：

中圖分類號：TM752.5

文獻標志碼：B

文章編號：1007-290X(2016)02-0113-03

doi:10.3969/j.issn.1007-290X.2016.02.022

收稿日期：2015-07-20修回日期：2015-11-17