500 kV输电线路舞动情况分析及处理

李相栋

（国网山东省电力公司检修公司，山东 济南 266101）

500 kV输电线路舞动情况分析及处理

李相栋

（国网山东省电力公司检修公司，山东 济南 266101）

介绍了某500 kV输电线路的舞动情况，分析了舞动出现的机理和引发因素，分别提出了单回线路及同塔双回垂直排列线路舞动的治理方案，总结了防舞治理效果和现存问题，最后提出了500 kV输电线路进一步防舞动的措施及建议。

输电线路；舞动；线夹回转式间隔棒；相间间隔棒

统计资料表明，我国是发生输电线路舞动灾害最严重的国家之一，舞动故障的频发已严重威胁到电网的安全、稳定运行。面对日益复杂的气象环境因素，为建设强大的国家电网，确保大电网的长期安全、稳定运行，需要安全、先进、经济、可靠的防舞动理论和治理方案作为保证。

1 500 kV输电线路舞动情况

1.1 输电线路舞动时的天气特征

2010-01-19夜晚，山东境内开始出现大风降温天气。1月20日，受强冷空气影响，山东出现了大范围冻雨、风雪天气，全省气温持续维持在0 ℃左右。省气象台和海洋预报台发布风暴潮蓝色警报和海浪蓝色警报。2010-01-20T08：00始，山东各海区风力逐渐增大，出现了7～8级阵风10级的东北大风；同时，鲁西北地区、半岛地区和内陆湖面也出现了7级阵风。其中，烟台海上8～9级阵风10级，内地6～7级阵风8级；青岛白天到夜间市区北风逐渐增至6级阵风8级，海上7～8级阵风10级，21日白天起风力逐渐减小；潍坊白天到21日白天偏北风，内陆5～6级，海上7～8级阵风10级。烟台、莱芜、青岛市气象局分别于09：30，10：00，12：00启动了重大气象灾害Ⅳ级预警应急响应。

1.2 线路跳闸特点

2010-01-20T08：18～2010-01-21T06：00，大风造成输电线路舞动持续时间约10 h，导致山东电网11条500 kV线路共计跳闸31次，电网结构遭到严重破坏。某处线路跳闸次数高达到8次，当时温度为-1～5 ℃，风向与舞动段线路走向夹角为70°～80°，天气状况为天降湿雪。

在此次跳闸的11条线路中，其中8条是同塔双回垂直排列线路，这说明同塔双回垂直排列线路发生舞动的跳闸比例较高。

当输电线路发生舞动后，若天气条件没有较大变化，输电线路会受到一个稳定的风激励，引起舞动，最终导致重复跳闸或重合不成功。1月20日，500 kV潍阳线跳闸8次，潍崂线跳闸7次，这说明线路重复跳闸次数多。经现场查看发现，舞动区段较小的线路，故障点集中；舞动区段较大的线路，故障点分散。

由于500 kV单回线水平布置的线路相间距离较大，因此导线舞动造成相间短路的几率小，易造成引流线对塔身放电。此次舞动跳闸的3条单回线路均为引流线对杆塔放电引起的，淄潍线83号和潍阳线49号均为中相引流线对塔身放电，潍崂线55号塔为右相引流线对塔身放电。

此外，生产人员在现场观察到，导线舞动还会引起耐张塔引流线的剧烈舞动，引流线舞动时轨迹时而似“跳大绳”，时而似“荡秋千”。

1.3 舞动对线路设备造成的损坏

当输电线路发生舞动时，架空线路做大幅度的波浪式振动，并兼有摆动，其摆动轨迹从线路方向看近似椭圆状。导线舞动特征呈低频高幅，且持续时间长，具有较大的危害性。垂直排列的导线发生舞动时，易造成线路相间短路；水平排列的导线发生舞动时，易造成跳线对瓷瓶距离不足而放电。此次500 kV输电线路舞动，造成了引流线断裂、导线断裂、间隔棒等金具损坏、铁塔主铁裂纹、断线、螺栓松脱、导线烧伤断股、光缆引下线断开、光缆线夹断裂、基础保护帽严重开裂等故障，对电网和设备的安全运行造成了严重影响。

2 舞动原因分析

2.1 舞动的机理和引发因素

2.1.1 舞动的机理

架空线路的舞动是由于导线覆冰或其他原因改变了导线的截面形状而导致空气的动力不稳定引起的。舞动是低频率(约为0.1～3 Hz)、大振幅(约为输电线路直径的5～300倍)的自激振动，是一种复杂的流固耦合问题。

架空线路的舞动常发生在春、冬季节，其形成主要取决于线路覆冰、风激励及线路的结构、参数。大多数舞动发生在线路覆冰的情况下，且多为非对称覆冰，即迎风侧厚，背风侧薄，以线路中等覆冰情况居多，但也不乏薄冰舞动的案例。此外，输电线路的舞动还跟线路所处的地形有关，多数发生舞动的线路位于开阔地带或其迎风侧为开阔地带，而且大截面线路比小截面线路易于舞动，分裂线路比单线路易于舞动。线路张力低至20～80 N/mm2时，易发生舞动。

2.1.2 引发舞动的主要因素

(1) 线路覆冰的影响。舞动多发生于覆冰的线路，覆冰厚度一般为2.5～48 mm。线路上形成覆冰须具备以下3个条件：

① 空气湿度较大，一般为90 %～95 %，雨淞、冻雨或雨夹雪是导致线路覆冰的常见气候条件；

② 温度一般为-5～0 ℃，温度过高或过低均不利于导线覆冰；

③ 风速(大于1 m/s)可使空气中的水滴运动。

(2) 风激励的影响。覆冰线路的舞动是风、冰雪、线路之间复杂的流固耦合结果，要形成舞动，除覆冰因素外，还必须有稳定的层流风激励。舞动风速范围一般为4～20 m/s，且当主导风向与线路走向夹角大于45°时，线路易产生舞动；该夹角越接近90°，舞动的可能性越大。因此，在四周无屏蔽物的开阔地带或山谷风口易发生线路舞动。

(3) 线路结构与参数的影响。分裂线路比单线路容易舞动。单线路覆冰时，由于扭转刚度小，在偏心覆冰作用下线路易发生较大扭转，使覆冰接近圆形；分裂线路覆冰时，由于间隔棒的作用，每根子线路的相对扭转刚度比单导线大得多，在偏心覆冰作用下，线路的扭转极其微小，不能阻止线路覆冰的不对称性，线路覆冰易形成翼形断面。因此，与单导线相比，被风激励的分裂线路产生的升力和扭矩更大。500 kV超高压输电线路，多采用4分裂线路，因此较易发生舞动。

大截面线路比小截面线路易舞动。大截面线路的相对扭转刚度比小截面大，在偏心覆冰作用下扭转角较小，线路覆冰时更易形成翼形断面，在风激励作用下，产生的升力和扭矩更大。

2.2 舞动原因

据了解，从1月19日夜间开始，山东省境内出现大范围降水天气，冷空气于1月20日早晨开始影响该省，其中北部地区降水转为降雪，降水量在0～8.2 mm，气温由2～4 ℃降到-5～-8 ℃。1月20日，该省各海区风力逐渐增大，出现了7～8级阵风10级的东北风。由此可见，降水和降温导致线路不均匀覆冰，偏北风与东西线路走向的夹角大于45°，在大风的作用下造成线路舞动。

3 防舞动治理方案

在治理舞动时，首先要先确定易发生覆冰线路的舞动区段。易覆冰舞动区段主要根据运行经验、气象部门的历史观测资料、对沿线现有输电线路及通信线路的覆冰及运行情况进行调查来确定。以下地段宜定性为易覆冰舞动区段：

(1) 曾经发生过输电线路覆冰舞动或附近输电线路发生过舞动的区段；

(2) 处于重冰区或中重冰区，且覆冰季主导风向与线路走向夹角大于45°的区段；

(3) 冬季与早春气温可达到0 ℃以下，有雨雪且风力在4 m/s以上的区段；

(4) 输电线路的大跨越区段。

(5) 符合高山分水岭型、水气增大型、地形抬升型等典型特征的微地形、微气象区。

3.1 单回线路的治理方案

3.1.1 线夹回转式间隔棒

线夹回转式间隔棒是一种采用稳定性防舞机理研制的防舞装置，既能有效抑制导线的舞动，同时又具有普通阻尼间隔棒的作用。其结构特点是：部分线夹为普通固定线夹，部分线夹为回转线夹，回转线夹可转动角度范围为0～174°，且可与普通固定线夹互换。

线夹回转式间隔棒的安装方案如下：

(1) 线夹回转式间隔棒采取不等距、不对称的布置方式；

(2) 最大次档距不大于50 m，端次档距不大于25 m，平均次档距一般为45 m左右；

(3) 间隔棒的半数夹头采用回转式，安装时应使回转式的夹头朝向迎风侧。

线夹回转式间隔棒可根据不同的档距来确定需要安装的数量。

3.1.2 线夹回转式双摆防舞器

线夹回转式双摆防舞器是一种在线夹回转式间隔棒上安装双摆的防舞装置。该防舞装置基于线性动力稳定性原理，可以提高系统的动力稳定性，同时兼具压重防舞的特点，因此具有良好的工作性能，应用较为广泛。

线夹回转式双摆防舞器的安装方案如下。

(1) 双摆质量控制为档内导线质量的7 %左右。

(2) 在双摆防舞器安装位置的±8 m范围内不需安装回转式间隔棒，保留8 m处的子导线间隔棒，同时应注意双摆防舞器与相邻间隔棒的距离不超过间隔棒的最大次档距50 m。

(3) 双摆防舞器在档内采取宏观集中、微观分散的布置方式，即宏观上将双摆防舞器在档内若干点进行集中布置，微观上将双摆防舞器在档内进行一定距离的分散布置。在宏观布置方案中，当档距L小于700 m时，采用3点布置原则，分别置于2/9 L，1/2 L，7/9 L处；当档距L大于700 m时，采用4点布置原则，分别置于2/9 L，7/16 L， 9/16 L，7/9 L处。微观布置方案中分别以上述的3点和4点为中心对称分布双摆防舞器，防舞器安装间距为5～7 m。

(4) 双摆防舞器所带的线夹回转式间隔棒的半数夹头采用回转式，且应在安装时使回转式的夹头朝向迎风侧。

3.1.3 导线对地距离的校验

加装双摆防舞器后，相当于在档内增加了3或4个集中荷载，这将引起导线弧垂的变化。经计算，规律档距在300～600 m时，相应最高气温下的弧垂增加值如表1所示。

由表1可知，安装双摆防舞器后，大档距的弧垂增加值较大。当档距为700 m时，最高气温下的弧垂值约增加1.5 m；由于定位裕度基本大于1 m，因此，当档距大于600 m时，施工完毕后需实测对地距离，如果不满足对地距离大于11 m的要求，需避免在该档安装双摆防舞器。

3.2 同塔双回垂直排列线路的治理方案

同塔双回垂直排列线路采用相间间隔棒来预防覆冰舞动。由于500 kV导线相间距较大，可对传统相间间隔棒的机械特性和结构形式进行优化，如采用较细的芯棒直径和分段式结构；或改变联接方式，部分区段采用新型的柔性相间绝缘子等。

500 kV相导线垂直排列线路相间间隔棒布置方法如表2所示。

4 防舞治理效果及存在问题

4.1 防舞治理效果

2010年，该公司对所辖线路部分区段采取了防舞措施。2011-02-27，在烟台地区霞昆Ⅰ线及潍坊地区220 kV线路发生多次跳闸期间，但采取防舞措施的500 kV线路区段未发生故障跳闸。

表1 规律档距在300～600 m时相应最高气温下的弧垂增加值m

5 进一步措施和建议

表2 500 kV相导线垂直排列线路相间间隔棒布置方法

根据淄博管理处当日特巡汇报，500 kV益潍Ⅰ、Ⅱ线益都站附近出现导线舞动现象，而同一地段500 kV益川Ⅰ、Ⅱ线未发现导线舞动现象(1～50号区段已于2010年加装防舞装置)；500 kV光寿Ⅰ、Ⅱ线、寿油Ⅰ、Ⅱ线发现导线有轻微舞动现象。这说明：500 kV同塔双回线路加装相间间隔棒的防舞措施对于防止导线舞动具有非常显著的效果。

4.2 存在问题

4.2.1 不能准确掌握实际舞动区段

2010年，线路舞动治理区段的确定原则如下：

(1) 舞动跳闸线路区段；

(2) 舞动造成缺陷较多的线路区段；

(3) 观测到线路舞动的区段；

(4) 线路走向和区域容易引起舞动的区段；

(5) 输电线路的大跨越区段。

其中，(1)、(2)、(4)、(5)区段均可根据后期的资料确定，而(3)区段必须根据当时的观测情况确定。由于不能及时全面掌握线路的实际舞动范围，致使在确定线路舞动区段时出现偏差。

4.2.2 缺少详细技术资料

2010年、2011年的500 kV线路舞动事件为工作人员积累了丰富的舞动资料，但能够作为舞动研究依据的资料仍然较少，如线路舞动地区精确的气象条件(气温、风向、风速等)、线路及周边覆冰情况、能够反映舞动轨迹及幅值的视频资料等。

5.1 确定线路舞动区段

全面收集线路舞动资料，认真分析气象条件、线路走向、地形地势与线路舞动的联系，摸清线路舞动规律，确定下一步输电线路舞动治理的区段。

5.2 开展舞动区段线路的防舞治理工作

上述2011-02-27线路舞动事件说明，采取防舞措施能够有效地治理输电线路的舞动，可以继续采取同塔双回线路加装相间间隔棒、单回路水平排列线路加装线夹回转式间隔棒和双摆防舞器的方案，加强对线路舞动区段的防舞治理工作。对于易舞动区域但无法确定舞动区段的线路，应采取全线治理的原则进行治理工作。

5.3 加强对输电线路舞动的观测和实时监测

加强对舞动观测的影像记录和舞动实时在线监测数据的收集，了解舞动发生的最新情况和特点，为舞动的研究和防治工作积累资料。

5.4 提高线路故障巡视水平和收资敏感性

要收集故障点特性、环境资料、气象资料等信息，为故障原因的分析、防范措施的制定等提供有效的依据。

1 王少华，蒋兴良，孙才新.输电线路导线舞动的国内外研究现状[J].高电压技术，2005(10).

2014-03-04。

李相栋(1984-)，男，工程师，主要研究方向输电线路运行与检修，email：1lixiangdong@163.com。