220 kV双分裂导线粘连影响及检测分析

咸日常，袁博，张连凯，赵延华，刘新光，刘国树

（1.山东理工大学电气与电子工程学院，山东淄博255000；2.国网山东省电力公司淄博供电公司，山东淄博255062；3.国网山东送变电工程公司，山东济南250118；4.国网山东胶州市供电公司，山东青岛266300）

220 kV双分裂导线粘连影响及检测分析

咸日常1，袁博1，张连凯1，赵延华2，刘新光3，刘国树4

（1.山东理工大学电气与电子工程学院，山东淄博255000；2.国网山东省电力公司淄博供电公司，山东淄博255062；3.国网山东送变电工程公司，山东济南250118；4.国网山东胶州市供电公司，山东青岛266300）

针对一起220 kV斜排列双分裂导线在运行中出现的导线粘连现象，为评估导线粘连后对周围环境的影响，研究导线粘连的反事故技术措施，提出一种检测方法，分别从电磁场强度、导线温度、噪声分贝值等方面进行了实地测量与分析。通过介绍导线粘连的危害和影响，结合理论计算分析双分裂导线粘连的原因，并通过MATLAB仿真计算，验证负荷电流骤增是导线粘连的主因；结合线路电流幅值日曲线对所测数据进行分析，提出加装间隔棒、降低电流负荷、增大导线间距等防治措施。

220 kV线路；双分裂导线；导线粘连；防治措施

0 引言

与单导线相比，分裂导线等效增大了导线半径，降低了电晕现象的发生比率［1］，大幅提高线路的输送容量，得到广泛的应用［2］。在我国，220 kV电压等级的输电线路多采用斜排列的双分裂导线，相比于其他排列方式，这种方式具有投资较小、施工简单、导线不易发生舞动等优点［3］，且每相子导线间无需加装间隔棒。但是，在常年的线路运行中，斜排列双分裂导线的上、下子导线间距会有所减小，低于安装初始值和设计值，在负荷电流过大、导线张力不平衡等情况下，当彼此间的电磁引力大于导线自重时，便会出现粘连现象。

2014年春节期间，由于滨州辖区内的线路潮流发生变化，220 kV桓秋线作为连接滨州和淄博两地电网的重要线路，为了保障电力供应，调度部门命令提高线路的输送容量。在此期间，巡视人员发现桓秋线C相导线出现两处子导线粘连的现象，同时伴有刺耳的“嗡嗡”响声，一处位于2号、3号杆塔间，其档距为281 m；另一处位于3号、4号杆塔间，其档距为377 m，粘连长度超过了100 m。为了分析这一现象和制定相应的对策，先后使用电磁场测量仪、红外测温仪、噪声分贝测量仪，对粘连相的电磁场值、导线温度、噪声分贝值进行测量分析。

1 导线粘连的影响

当双分裂导线出现粘连后，子导线间的几何间距变小，使导线等效半径大幅减小，从而降低导线的电晕放电起始电压［4-6］，这一数值将降低至正常值的三分之一左右，极易出现电晕放电现象，并导致线路粘连段处的对地电容减小，线路损耗增加，此外，还能干扰附近通信设施的正常工作。当线路中负荷电流较大时还会伴有较大噪声，对周围环境产生噪声污染。另外，粘连的导线在外界因素尤其是大风的影响下，极易出现鞭击现象，磨损导线，长此以往有可能造成导线断股甚至断线，导线遭受鞭击后的表面磨损情况如图1所示。

图1 导线鞭击后表面磨损情况

2 导线粘连原因分析

2.1 电磁吸引力

双分裂导线能够发生导线粘连现象，除了弧垂变大、风力影响、环境温度等外在因素，首要内在因素是导线间电磁吸引力的作用。

在进行理论分析时，可将斜排列双分裂导线等效成为简化的模型，模型中的两子导线相互平行，且每根导线中的电流值I1与I2大小相等、方向相同，如图2所示。以导线1为例：当导线1流过的电流为I1时，根据右手螺旋定则，其产生的磁场将会垂直于图示平面，根据左手定则，导线2中的电流在磁场中会产生电磁力F2；同理，导线1同样会受到I2的电磁力F1。

图2 导线电磁吸引力示意图

根据毕奥—萨伐尔定律，子导线间相互作用的电磁力计算公式［4］为

式中：μ为介质的磁导率，μ=4π×10-7N／A2·m；L为导体的长度，m；D为导线间的距离，m。

在计算导线的电磁力时，通常以单位长度计量，取L=1 m；分裂两导线中的电流I1≈I2，所以式（1）可简化为

由式（2）可看出，μ为定值，则电磁力的大小正比于线路中负荷电流的平方，且与子导线间的距离成反比。电磁引力对子导线间距的影响如图3所示，在相互引力作用下，上导线电磁力导致弧垂增大、下导线电磁力使其位置得到抬升，最终上、下导线又在各自导线张力和自身重力的综合作用下达到平衡。

图3 电磁引力对导线间距的影响

导则规定220 kV斜排列双分裂子导线间的距离设计标准值为400 mm［7］，若此时负荷电流为1 000 A，则由式（2）可计算出，导线间的电磁引力为0.125N／m，远远小于导线的自身重量，不会发生粘连现象。但是，在线路的架设和实际运行中，受导线持续的老化延伸、导线的温升差异以及施工误差等因素的影响，往往会使子导线之间的距离不符合要求。当导线中流过的负荷电流过大或子导线受风力的作用而出现摆动不同步时，局部导线将会在瞬间十分接近甚至相碰，此时，由式（2）可知电磁力与子导线间距离成反比，若导线间的电磁力大于导线的自身重量，将会发生粘连现象。

在不同负荷电流值、不同分裂间距的状态下，其对应的电磁力幅值如表1所示。

表1 双分裂导线单位长度电磁力幅值表

2.2 风力对导线粘连的影响

220 kV桓秋线所采用的双分裂导线型号为2×LGJ-400／50，且没有加装间隔棒。在线路的大档距处，风力越大，导线的摆动幅度就越大，在上、下子导线摆动不同步时，两线就可能在上导线向下摆动的波谷处和下导线向上摆动的波峰处相碰［8］，再加上比较大的负荷电流所产生的电磁吸引力大于导线自身的重力，此时，上、下导线便会出现粘连现象。可见，风力是促使导线粘连的又一重要因素。

另外，导线的粘连是作用于导线上的各种力在某些时刻达到平衡而致，这种粘连比较脆弱。当外界因素发生变化时，平衡即被打破，粘连脆弱的区段将会被分开，但是电磁引力会将两子导线再次吸合，从而出现更为严重的鞭击现象。而风力又能够加重这一鞭击现象，导致导线的磨损加重，严重威胁了线路的安全运行。在实地测量时，风力为4～5级，明显听到了导线间的鞭击声响。

2.3 导线温升差异的影响

钢芯铝绞线的热胀冷缩影响弧垂的变化，导线的温度越高，其弧垂越大。导线的制作工艺误差、光照情况的差别都将导致两子导线出现温度差异，若上导线温度略高于下导线，就会使上导线的弧垂大于下导线，导致分裂间距小于设计的标准值，在一定程度上增加了粘连现象发生的概率。国内研究结果表明，档距为300～400 m时，在上、下子导线温度相差10℃的情况下，子导线档中弧垂变化差值可以达到0.3～0.7 m［9］。

由于桓秋线发生粘连的时间出现在冬末春初，光照强度及周围环境的温度都很低，而且上、下子导线均使用同一批次产品，两者之间的制作工艺误差可以忽略，其导线温升差异较小，通过分析可以判定，温度差异并非该线路粘连现象发生的主因。

2.4 导线粘连的条件

综上所述，理论分析和实际运行情况均表明，在线路正常运行情况下，负荷电流所产生的电磁力远远小于导线自身的重力，因此，电磁力并不足以使导线粘连。但是，当负荷电流过大、风力较大、导线温升差异等因素出现时，会使导线的间距变小，甚至在某些瞬间相碰，进而导致子导线粘连在一起；随后，较大的电磁力与导线张力在一定程度上达到平衡，并足以维持导线的粘连。

3 实地检测方法及数据分析

为了评估导线粘连后对周围环境的影响，采用的检测方法包括电磁场、温度、噪声等方面，将实地所测得的各项数据与相关领域标准、法规的规定值进行比较，以判断是否对周围环境、居民生活等构成影响。

3.1 电磁场幅值的实地测量

为了对比C相导线正常区段与粘连区段电磁场之间的差别，判断粘连段处电磁场对周围环境是否构成影响，使用EHP50C型电磁场测量仪，分别对两参考区段的C相导线正下方和距离其左右两侧15 m处等6个地点进行了测量，测量值与国际标准值的对比如表2所示。

表2 粘连段处电磁场实测值的比较

由表2分析可知：1）导线粘连区段与正常区段的电磁场幅值存在一定的差别，证明了导线发生粘连后，线路周围的电磁场分布将发生改变。2）对电场值而言，粘连段正下方的幅值略低于国际标准规定值，但是在左、右两侧均高出国际标准值。3）对磁场值而言，导线粘连区段的数值均远大于国际标准值。

根据《500 kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》中的相关要求，220 kV线路下方及两侧15 m范围内距地面1.5 m处的工频电场、工频磁场强度不得超过4 kV／m、0.1 mT的标准限值要求。结合对表1的分析可知，虽然电场、磁场值绝大多数都超过了国际标准，但却符合我国相关规范的规定值。

3.2 温度值的实地测量

为了对比导线粘连段和正常段之间的温度差异，使用DL700E型红外热像仪分别对两者进行了温度测量。图4为粘连处的热成像图谱，其温度达到了18.4℃，而随后对正常处测量的结果为13℃，当时周围环境的平均温度为10℃。粘连导线比正常导线的温度高5.4℃，可见，在导线粘连后，其温度会有所升高。

图4 红外温度测量图

3.3 噪声分贝值的实地测量

为了判断导线粘连时发出的刺耳噪声对周围环境的影响是否构成噪声污染，使用AR824N型数显式噪音计对声音的分贝值进行测量，测量点与3.1所述的参考点相同，所得数据如表3所示。

表3 实测所得噪声分贝值dB

根据GB3096—2008《声环境质量标准》中五类标准的划分，该地区处在交通干线两侧一定距离之内，应满足第四类声环境功能区要求。对于该区域，要求昼间环境噪声不超过70 dB，夜间不超过60 dB，因此其噪声分贝值已严重超过国家标准规定值，构成了噪声污染。

当导线粘连段处于人口密集区或居民生活区时，将会影响到居民的正常生活。

3.4 数据分析

提取当日调度自动化系统中桓秋线的实时负荷电流值，如图5所示，电流日负荷值在800 A以上，用电高峰期更是超过了1000A，再结合上述分析，可以得出负荷电流的增加是导致导线粘连的主要原因，且施工时子导线间距不足、天气大风的影响、粘连后子导线间的温度差值等又是促成或维持粘连的因素。

图5 线路电流负荷实时曲线

4 不同电流幅值下的磁场仿真

为了探究不同电流负荷值对导线周围磁场的影响，选取了桓秋线电流负荷日曲线中的最小值和最大值作对照，使用MATLAB仿真软件分别对导线中电流幅值I=800 A、I=1 000 A时，导线周围的磁场强度和离地高度1.5 m处时的磁场强度做对应的仿真计算。

仿真所选用的模型为220 kV双分裂导线，单回路三角形排列，与桓秋线的实际情况相对应，公式所采用的数据值均为实际参数值。

线路周围的工频磁场是由流过导线的电流所产生的。因此，将安培定律直接应用到工频磁场计算中。模型中第i相导线在空间一点Pj（x，y）产生磁感应强度大小的计算公式［6］为

其中，i为导线编号（1，2，3）；Ii为第i相导线的电流；μ=μ0=4π×10-7H／m。

故，x方向和y方向的磁感应强度分别为

由叠加定理可得，i相导线在Pj（x，y）点产生的x和y方向磁感应强度为

合成磁感应强度为

将相关数据带入公式，所得仿真结果如图6～图9所示。

图6 I=800 A时，线路周围磁感应强度

图7 I=800 A时，离地1.5 m处磁感应强度

图8 I=1 000 A时，线路周围磁感应强度

图9 I=1 000 A时，离地1.5 m处磁感应强度

对比上述仿真图形可知：当线路中电流幅值增大时，其周围磁场值也会相应增大，且当线路处于日负荷最小和最大时，磁场增加较为明显，验证了负荷电流的增加是导线发生粘连的主因。

5 导线粘连防治措施

造成导线粘连现象的主要原因是两子导线相碰或者间距足够小，同时负荷电流足够大而使电磁力足以维持两导线的粘连。为了防止导线粘连对线路安全运行造成危害，减轻电磁场和可听噪声对周围环境的影响，结合线路运行的实际情况，提出以下几种治理措施。

1）加装间隔棒。加装间隔棒可以克服分裂导线之间的吸引力，能够彻底解决导线粘连问题，而且还可以带电作业、安装简便，是解决导线粘连最直接、最有效的方法。

2）降低线路负荷电流。通过控制线路的输送容量来减小负荷电流值，从而削弱子导线之间的电磁引力，当导线自重大于电磁引力时，粘连导线便会自行分离。所以，应尽可能控制线路的负荷电流在导线极限电流值的80%以下，以免发生粘连现象。

3）增大导线间距。可以通过收紧上导线或者放松下导线来增大导线之间的间距，利用导线张力克服电磁引力。但是，此操作需要在线路的整个耐张段内实施，可能会调整若干个档距内的导线间距，较为繁琐、工作量大。

4）更换大间距线夹。可以通过更换新型大间距线夹来减小导线间的电磁引力，防止导线粘连现象的发生。

6 结语

通过分析导线粘连的现象、原因及影响，提出一种对粘连导线的电磁场、噪声、温度等方面的检测方法，将实测值与规定值进行比较，以此判断粘连导线对周围环境的影响程度。总结出治理和预防导线粘连的几种措施，其中，加装间隔棒，简单易行、免维护，可彻底解决导线粘连问题，对于线路的安全运行具有积极的意义。

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The Influence and Detection Analysis of 220 kV Twin Bundle Adhesion

In order to evaluate the effects of adhesive conductors on the surrounding environment,anti-accident measures of the conductor adhesion were studied with a case of conductor adhesion in the 220kV twin bundle.A kind of detection methods was proposed,and the field survey and analysis were completed from the aspects of the electric field,magnetic field values, conductor temperature and noise decibel values.The harm and influence of conductor adhesion were introduced,and causes of the twin bundle adhesion were analyzed based on theoretical calculation.The main reason of the conductor adhesion was verified to be the load current surge with MATLAB simulation.The test data were analyzed with the curve of line current,and countermeasures were proposed such as adding interval rods,reducing the current load and increasing conductor spacing.

220 kV lines；twin bundle；conductor adhesion；countermeasures

TM930

：A

：1007－9904（2014）05－0019－06

2014-07-17

咸日常（1965—），男，高级工程师，研究方向为电力系统过电压与绝缘配合、电力变压器的运行与维护等；

张连凯（1989—），男，研究方向为输配电线路运行与防雷技术应用。