沿海地区输电线路舞动原因分析及对策

李国鹏，李治国，何瑞东，贾伯岩

(1.沧州供电公司，河北 沧州 061001；2.河北省电力研究院，石家庄 050021)

1 输电线路舞动情况

2010年1月19日夜晚至1月20日白天，受冷空气影响，沧州沿海地区出现低温冻雨天气，并伴有7～8级东北风，导致黄骅市东部与南部、黄骅港、南大港、盐山、孟村等地区多条输电线路出现较大幅度的覆冰舞动现象。此次舞动涉及骅南线等8条220 kV线路和南周线等10条110 kV线路，共约144档导线，持续时间近10 h。

根据气象部门数据，当时最高气温1 ℃，最低气温-6 ℃，相对湿度大于80%，降水量1.5 mm，东北风7～8级，瞬间最大风速15.7 m/s。此次线路舞动具有以下特点：与风向垂直的线路导线成旋转舞动，类似跳绳旋转，且舞动幅度较大；与风向夹角较小的线路，导线成上下波浪式舞动，并伴有轻微左右摆动，但舞动幅度较小。1月20日14时，风力开始减弱，降雨停止，线路舞动现象逐渐消失。

2 线路舞动造成的危害

2.1 主网损伤

此次舞动虽然未引起线路跳闸，但长时间的机械振动造成线路杆塔螺栓松动、掉落，防振锤跑位、损坏，导线损伤等多处缺陷，严重影响了线路的安全、稳定运行。舞动导线的线路缺陷及损伤情况见表1。

表1 舞动导致的线路缺陷及损伤情况

线路名称线路缺陷及损伤内容220 kV于韩II线中相导线悬垂线夹U型螺栓倾斜3个,少螺母7个220 kV韩临I线、II线31～39号杆塔导线防振锤共有11处损坏220 kV骅南线44号杆塔第4节抱铁少1个螺栓45号杆塔面向大号侧,右侧南面第4节抱铁少1个螺栓,爬梯松动47号杆塔联板3个螺栓松动,少1个连接螺栓48号杆塔第2节抱铁少1个螺栓110 kV南周线3～4号杆塔弧垂中央下线有松股,约20 cm110 kV临韩线15号杆塔面向大号侧,右侧地线防振锤向内跑位0.5 m,左线大号侧导线防振锤跑位3 m,铝包带滑出19号杆塔中相导线,线夹出口处导线磨平,重锤少2个开口销20号杆塔面向大号侧,中相导线防振锤跑位1 m,铝包带滑出110 kV韩邢临II线53号杆塔中相导线横担缺少4个螺栓60～70号杆塔螺栓松动63～64号杆塔各少1根塔材64号杆塔中串、下串铝包带松动110 kV边集牟线23号杆塔中相导线绝缘子均压环脱落38号杆塔中相引流线小号侧打接板处引流线松股40号杆塔中相导线绝缘子均压环脱落43号杆塔面向大号侧左线绝缘子均压环脱落

2.2 配网损伤

20日上午，巡视人员发现部分配网线路覆冰达到2 mm，线径为LGJ-70以上的线路发生舞动最大振幅超过2 m，造成了部分线路导线发生相间放电，瓷瓶倾斜、断裂，横担脱落，金具脱落，导线断股，31条线路出现速断跳闸、接地现象。

3 原因分析

覆冰导线发生舞动是由于导线裹覆不均匀的坚冰，覆冰形状迎风侧厚、背风侧薄，形似机翼，受风易于浮动，破坏了导线的稳定性，诱发导线产生一种低频率(0.1～3 Hz)、大振幅(3 m以上)的自激振动[1]。线路舞动时，架空线在档距两固定点间作定向波浪式运动，且兼有摆动，摆动轨迹的投影呈椭圆状。线路舞动的形成主要取决于导线不均匀覆冰情况、风激励和线路结构参数3个因素。

3.1 不均匀覆冰

沧州地区东部濒临渤海，冬春交替之际，内陆冷气团与海洋湿润气团在沧州沿海区域交汇。由于密度原因，容易形成海洋湿润气团在上，内陆冷气团在下的逆温现象，即从地面向上，温度先是在0 ℃以下，往上由于湿润气团影响温度升至0 ℃以上，穿过湿润气团往上，温度又降至0 ℃以下。在凝结高度上，空气中的水汽形成冰晶、雪花；当冰晶、雪花穿越湿润气团时，全部或者部分融化；水滴降至内陆冷气团时，较大的水滴遇到尘埃形成冰粒落至地面；较小的水滴不易遇到尘埃，由于表面张力作用，难以改变结构，即形成冻雨降至地面[2]。

由于形成冻雨的水滴结构很不稳定，在风的作用下与较冷的物体(导线、角钢)发生碰撞，表面张力被破坏，加之导线、角钢及冻雨水滴本身均在0 ℃以下，冻雨水滴即在导线、角钢上形成覆冰。在冻雨的作用下，沧州黄骅及临港区域输电线路、配网线路均出现不同程度的导线覆冰，最大厚度3 mm，平均覆冰厚达2.5 mm。同时受20日该地区7～8级东北风的影响，此次导线覆冰形状不一，有新月形、扇形、D形等不规则形状，成为线路舞动的重要诱因。2010年1月19日晚至20日沧州沿海区域即发生冻雨天气过程，造成输电线路导线的不均匀覆冰，是引起线路大面积舞动的主要原因。

3.2 风激励

形成舞动除导线覆冰因素外，风速风向亦为必要条件。舞动须有稳定的层流风激励，风速范围一般为4～20 m/s，且当主导风向与导线走向夹角大于45°时导线易产生舞动，当夹角越接近90°，舞动的可能性更大。反之，当夹角为0°即风向平行于导线轴线时，则引起舞动的可能性最小。文献[3]认为，舞动时多伴有7～10 m/s的横向风，且风向与导线夹角为60°～80°，风速的大小将会影响覆冰的形状，进而影响空气动力特性。因此，在四周无屏障的开阔地带或山谷风口，能使均匀的风持续吹向导线，这些地段易发生舞动。

沧州发生舞动的黄骅市东部及南部、黄骅港、南大港、盐山、孟村等地区地势平坦开阔。舞动发生时伴有7～8级的东北风，风速风向均较为稳定。发生舞动的导线区段线路走径基本为西北-东南方向，与主风向夹角接近90°，而相邻线路由于走径与风向夹角较小，没有发生舞动。

3.3 线路结构参数

线路结构参数对舞动的影响主要与导线的扭转刚度有关。导线覆冰一般总是偏心而朝向迎风面的，这个偏心质量将会引起单导线绕自身轴线产生扭转，从而改变导线的迎风面。这样不断覆冰、扭转的结果，使得覆冰导线的截面形状趋于圆形，以致削弱了作用在导线上的空气动力载荷，对舞动有一定的抑制作用[4]。而分裂导线及大截面导线由于自身扭转刚度大，在同样的地理与气象条件下，更容易形成不均匀覆冰，更易发生舞动。在此次沧州地区发生舞动的220 kV线路均为双分裂LGJ-240-/30型大截面导线，110 kV线路也基本上为LGJ-240-/30型大截面导线。

4 处理措施与防舞动对策

由于未来低温冻雨等恶劣天气很可能再次发生，沧州地区发生导线覆冰舞动的风险仍然存在，因此必须对输电线路舞动造成的问题加以解决，并采取有效的防舞动对策。

a. 输电线路舞动造成的螺栓松扣、导线损伤及导线金具磨损等缺陷，根据其危害程度的大小，合理安排消缺，并安排线路巡视人员对易发生舞动的线路进行特巡及登杆检查。

b. 针对冻雨、大风等诱发输电线路覆冰舞动的气象因素，加强对有关气象参数的跟踪监测，在沧州沿海地区建立微气象在线监测系统，在发生过舞动的线路杆塔上试点安装微气象、覆冰舞动等在线监测装置，及时掌握冻雨形成时的气象变化详细数据，以及覆冰形成的特征情况。并依据气象地理信息、舞动情况，绘制沧州沿海地区舞动风险评估图。

c. 对此次舞动显著的线路进行改造，基于结构力学原理加装可以防止相间闪络的相间间隔棒及双摆防舞器等防舞装置，改变舞动系统的固有扭转振动或横向振动频率、质量分布和元件连接方式。线路导线垂直排列的，采用加装相间间隔棒的方案；水平及三角排列的，采用加装普通双摆防舞器方案。

5 结束语

通过对2010年1月19日夜晚至20日白天发在沧州沿海地区的110 kV和220 kV线路覆冰舞动情况进行统计分析可知，冻雨和稳定的东北方向季风是造成线路舞动的主要诱因，线路的走径和所处地形对舞动有很大影响。为提高该区域输电线路的防舞能力，应对发生舞动线路采取加装相间间隔棒、双摆防舞器等防舞动措施，同时，应建立局部地区微气象监测系统，对该地区舞动风险进行评估，进一步加强防舞动工作。

参考文献：

[1] 王少华，蒋兴良，孙才新．输电线路线路舞动的国内外研究现状[J]．高电压技术，2005，31(10)：11-14．

[2] 刘熙明，许爱华．降雪与冻雨天气研究回顾[J]．气象与减灾研究，2008，31(4)：59-64．

[3] 郭鹿龙，李围兴，尤传永．输电线路舞动[M]．北京：中国电力出版社．2003．