500 kV永兴线松花江大跨越微风振动在线监测系统应用与研究

刘 洋，李 童，朱学成，付昱玮，龙 珠

(1.黑龙江省电力科学研究院，哈尔滨150030;2.华北电力大学，北京102206;3.黑龙江省电力勘察设计研究院，哈尔滨 150078)

随着电力工业的迅速发展，架空输电线路的大量新建，架空输电线路导线、地线和避雷线常常发生强烈的振动，以致造成导线、地线断股、金具损坏、线间短路等事故，严重威胁着输电线路的安全运行。当导线、地线张力大、悬挂点高、线路档距长且经过地形开阔地区时，导线、地线最容易产生微风振动，经过江河、湖泊、海峡、山谷等的大跨越，其导线、地线微风振动的问题比较突出。因此，对风致架空输电线路导线、地线振动机理及其防治方法开展深入研究，对于预防输电线路疲劳事故，提高线路运行可靠性，减少因停电而造成巨大综合损失等具有重要的意义[1-4]。本文通过装设500 kV永兴线松花江大跨越导线、地线微风振动在线监测装置，实现该大跨越微风振动及微气象远程实时监测，对其导、地线的运行状态进行综合评价，对该大跨越防振体系的优化提供了依据[5-6]。

1 微风振动形成原理

导线、地线微风振动是风的激励而引起导线、地线振动的一种现象，引起导线、地线振动的风速通常在0.5～10 m/s，振动的双振幅一般不大于导线、地线直径的2～3倍，振动的频率范围为3～150 Hz，振动的持续时间较长，一般为数小时。

当导线、地线受到稳定的横向风均匀作用时，在被风面将形成按一定频率上下交替出现的气流旋涡，它的依次出现和脱离使导线、地线受到同一频率的上下交变的冲击力。该冲击力的fw与风速和电线直径有关，根据试验可按下式计算:

式中:v为垂直于电线的风速，m/s;d为电线的直径，mm;K 为系数，K=185～210，一般取200。

各点旋涡的脱离是随机的，故作用在导线、地线上的力沿着电线长度上各点的相位也是随机的。如果以某一频率fc振动，且fc与fw相近在±20%以内，则旋涡的脱离受到导、地线振动频率控制，同时沿导、地线各点脱离，形成同步，结果微风振动开始了，这种现象通常称为“同步效应”。

2 在线监测系统的构成

2.1 线路概况

500 kV永兴线松花江大跨越采用导线4×JLHA1/G3A-250，档距为 1138 m，地线采用 GJ-180，光缆采用OPGW-180，导线、地线均采用阻尼线和防振锤的联合防振措施。

2.2 系统构成

大跨越微风振动监测系统由导线、地线振动采集单元、气象采集单元、太阳能供电系统和数据集中器组成(如图1所示)，通过无线数据传输方式(GPRS/3G)或OPGW专网，将实时采集导线的弯曲振幅、频率和线路周围的风速、风向、气温、湿度等气象环境参数。

图1 微风振动在线监测系统示意图

2.3 设备安装布置方案

500 kV永兴线松花江大跨越微风振动在线监测系统包括:导线振动监测仪3台、地线振动监测仪2台、线路监测基站1台及气象环境观测站1台。具体安装布置方案如下:

1)安装线路监测基站和微气象环境监测站，位于杆塔横担处。

2)安装导线、地线振动监测仪，如表1所示。

表1 导线和地线振动监测仪安装位置

3)安装大跨越在线监测系统。终端设立于黑龙江省电力科学研究院设备状态评价中心，并与黑龙江省输变电状态监测系统集成展示。

3 监测数据分析

数据采集时间为2009年8月4日至2013年10月31日，测量周期为90 d，采集间隔为10 min。

3.1 微气象监测数据

环境温度是导致微风振动的一个重要因素，当气温较低时，导线弧垂减小，导线张力变大，较易发生微风振动。环境温度曲线如图2所示。图2监测数据表明，监测期间环境温度变化明显，特别是进入10月后期，气温较低，有利于微风振动的产生。

图2 环境温度曲线图

产生微风振动时的风速通常为0.5～10.0 m/s。系统记录的风速图(取10 min平均风速)如图3所示，监测期间的风速多数为0.5～10.0 m/s，有利于微风振动的产生。

图3 现场风速曲线图

通过微气象风向数据分析，8—9月份风向主要为南北走向(风向为5°左右)，而进入10月份以后，主要为东西走向(风向270°左右)，且500 kV永兴线松花江大跨越走向为南北走向，这有利于微风振动的产生。进入10月份后的风向图如图4所示。

图4 10月现场风向图图

3.2 微风振动监测数据及分析

各监测点在10月25日之前微风振动数值一直很平稳，稳定在±20左右，均低于导线、地线动弯应变允许值±100 με。进入10月25日以后，随着气温的下降，其中1号、2号和3号阻尼线夹头处振动最大强度分别为 ±36 με、±36 με 和 ±284 με，3 号的动弯强度已经超过允许值的2倍多。3号测点10月振动幅值如图5所示。

图5 3号测点10月振动幅值

3.3 分析结果

微气象监测数据和微风振动监测数据表明，进入10月份后期，导线、地线受微风振动影响明显。由于1号、2号测点离导线端部较近，受间隔棒及防振锤的阻尼效果明显，微风振动影响不大，而3号监测仪安装上相导线3号阻尼线夹头处，离档距端部较远，随着气温的下降，导线应力接近平均运行张力的上限，加上风速、风向等环境因素的变化，导致导线微风振动幅度过大。鉴于3号测点振动幅值过大，并即将进入冬季，建议运维部门对该大跨越导线阻尼线夹头和防震锤等进行紧固，防止蠕变等引起握力松弛，影响防振效果。

4 结论

1)输电线路的微风振动情况因受现场环境、气象、设计等诸多因素的影响，目前理论分析还处于实验室模拟阶段，仅能为防振设计提供理论指导，大跨越在线监测系统是了解实际振动数据的唯一途径。

2)随着检测技术、信息技术的发展，大跨越等重要输电线路实施在线振动监测正逐步走向成熟和实用。借助于大跨越在线监测系统积累实时数据，对线路的安全运行、防振设计以及寿命评估都将起到不可替代的作用。

[1]张殿生.电力工程高压送电线路设计手册[M].北京:中国电力出版社，1999.

[2]郑玉琪.架空输电线微分振动[M].北京:水利电力出版社，1987.

[3]杨玉金.500kV线路大跨越微风振动在线监测[J].安徽电力，2006，23(2):29-32.

[4]何晓雄，季凌飞.平洛送电线大跨越微风振动测试[J].合肥工业大学学报(自然科学版)，2001，24(4):555-558.

[5]马建国.高压架空线路导线微风振动的监测[J].湖北电力，2000，24(4):17-19.

[6]杨立秋，李海花，高玉竹.架空输电线路微风振动危害分析[J].中国科技信息技术，2008(12):54-55.