220kV输电线路架空地线断股原因分析与对策

摘要：文章介绍了输电线路发生振动的原因及危害，针对220kV铜能线17号塔地理环境、气象条件、设备情况等，分析影响微风振动的主要因素、应力对架空线断股的影响以及220kV输电线路架空地线断股的相应对策。

关键词：导线振动；220kV铜能线；断股；微风振动

中图分类号：TM726 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）27-0128-02

高压输电线路由于导线截面积大、档距长、导线安装距离高，加之多建设在山脊、平原的开阔地带，导线和架空地线因常年受到风、冰、低温等气象条件的影响，时常发生强烈振动，以致造成架空输电线路的导线断股、断线，给输电线路安全运行带来危害。

1 220kV铜能线#17塔左架空地线外层铝股严重断股现象

事件发生在江门台山市赤溪镇，220kV铜能线于2006年11月投产，由铜鼓电厂至220kV能达站，线路全长81.56km。该线路导线采用2×JL/LB20A-400/35型，架空地线采用JLB2-4070/40、OPGW光缆。#17塔为Z402型单回路直线铁塔，弧程高为18m，小号侧档距为413m，大号侧档距为574m。2012年11月07日11时分，由江门供电局输电管理所在对220kV铜能线进行线路特巡时，发现220kV铜能线#17左架空地线外层铝股严重断股。经从现场仔细检查，发现外层铝线是从线夹处往两侧断开的，截止于防振锤处。2 架空地线断股原因分析的必要性

220kV铜能线N17处于微气象地区（长期处于大风）引起直线塔悬垂线夹部位的架空地线（钢芯铝绞线）断股。架空地线的断股影响着输电线路上的电流流动，还使它的抗拉性能降低，严重威胁着整个输电线路的运行安全。微风振动是造成架空线断股的重要原因，一般发生在防振锤夹板、悬垂线夹、架空线内层等位置，工作人员在巡检时有些位置是不容易发现的，并且这种情况的危害性一般会比较大，可能造成重大的安全事故和经济损失。

3 架空线的微风振动

3.1 架空线产生受迫振动

架空线的受迫振动主要是由于层流风在遇到架空线后就会绕行，在架空线的背面，层流风发生分离，这样就会产生两个漩涡，这两个漩涡是对称反向的。当它的雷诺数达到100～210时，这两个漩涡就会上下交替、交错排列、周期性脱落，产生周期性的策动力，就产生了架空线的受迫振动。由于策动力的作用，会产生随着策动力变化的频率，而架空线也存在着一组固有频率，当两者相等或者接近时，就会使架空线产生强烈的共振，即微风振动。

3.2 架空线振动时产生的能量关系

在不考虑阻尼的情况下，架空线的振动频率即策动力的频率，是等幅振动的，它的变化跟线路的固有频率没有关系。但是实际情况是当架空线产生受迫振动时，会造成临近线路的振动，这样会使整个架空线路波动，造成振动能量向四周辐射。架空线振动时能量的变化与多个因素有关。首先，策动力做功使架空线能量增加；其次，由于阻尼作用的影响，会使架空线的能量有一部分损耗，它和策动力的大小、频率以及架空线自身的频率都有很大的关系。当策动力做功大于阻尼损耗时，振动的振幅会不断增大，同时阻尼损耗也会不断增大。当策动力做功和架空线的阻尼损耗能量相等时，就会达到能量平衡，这样振动产生的振幅是不变的，就造成了微风振动。

3.3 架空线振动产生的各种波形

220kV输电线路中，耐张杆塔将架空地线分为多个独立的振动系统，但是在同一个耐张段，各个振动单元之间是相互联系的。一个耐张段通常为3～5km，层流风在这段距离内变化很小，因此它们会获得相近的策动力频率。在架空线发生断股故障时，通常出现在同一根架空线或者是它的防振锤位置上。振动单元在传送振波时，会在悬挂点发生反射，这样使其反射波和原振波迭加，就形成了驻波。同时，由于波的干涉，不同频率的振波之间还会产生拍频波。

4 影响微风振动的主要因素

微风振动是架空线路发生断股故障的主要原因，而引起微风振动的因素也有很多。首先，架空线的直径是导致微风振动产生的一个重要因素。架空线的直径越小，会导致它的振动频率越高。在风速不变的情况下，架空线的直径越小，会使半波数增多，造成架空线上安装的防振锤不能发挥很好的作用。其次，风速和风向是引起架空线振动的基本因素。风速只有保持在一定的速度，才能不产生“卡门涡列”，同时风向要与架空线之间的夹角小于300°时才能不产生微风振动，在450°～900°之间时，很容易发生振动。再次，架空线的应力越大，振动产生的半波越长，这样会很容易出现最大的半波长，使安装的防振锤效果不明显。最后，防振装置中防振锤频率由于不能很好覆盖整个架空线的长度，导致不能消耗架空线中产生的振动能量，也会产生微风振动。

5 架空线的应力对断股现象产生的影响

观察220kV铜能线#17左架空地线外层铝股严重断股的位置，发现外层铝线是从线夹处往两侧断开的，截止于防振锤处。没有出现一般型材拉断时的状况，而是在断口处出现了光滑区和粗糙区这两个不很明显的区域，显示出的特点就是疲劳破坏。其中光滑区是由于裂缝扩展，使架空线中承受的应力发生突变，长时间研磨形成的。粗糙区是由于裂缝扩展到一定程度导致线股断裂形成的。这个过程的发生没有明显的征兆，预防起来比较困难。

在其他条件不变的情况下，突变应力集中的构件会首先遭到破坏，主要是由于它的持久极限比较低。悬垂线和防振锤夹板内的架空线承受着轴向拉力、挤压应力、剪切应力等，应力突变会使线股和夹板之间产生滑动摩擦，导致线股损伤。因此，架空线发生断股现象与该位置的应力集中关系密切。

6 220kV输电线路架空地线断股的相应对策

为了避免220kV输电线路架空地线断股现象的产生，应该制定一系列的对策：

第一，在建设架空线时，尽量绕开可能发生微风振动的区域，也可以尽量减少架空线路和风向之间的

夹角。

第二，可以适当降低架空线的最大使用应力和运行应力。

第三，尽量选择阻尼性能较好的架空线。

第四，在安装架空线前要进行现场测试，用微风振动测试仪来确定该位置的实际运行频率，确定好防振锤之间的距离，合理地安装防振锤。

第五，线路的巡检要仔细，对发现有损伤的架空线要及时处理。

第六，将悬垂线换为阻尼线，减少微风振动引起的线路断股。

第七，要定期进行安全大检查，观察引流线是否有烧伤断股的隐患，还可以带电登杆，观察防振锤的根部是否有断股隐患的产生。

7 结语

综上所述，220kV输电线路架空线要长期暴露在旷野中，因此在设计架空线时要尽量地保证线路能够抵抗各种自然灾害的发生。电网的发展越来越迅速，架空线所经过的路径也越来越复杂，要深入研究微地形和微气象，提高架空线的设计和维护水平。微风振动是架空线发生断股事故中一种相对比较隐蔽的振动，它是长期积累的结果，因此，需要我们不断努力，积极实践，找出最有效的措施防止微风振动现象的发生，以减少架空地线断股现象的发生。

参考文献

[1] 赵岚.架空线断股原因探析[J].中国新技术新产品，2008，（16）.

[2] 王谦，周恺，汤春丽，等.北京地区架空线路断线原因及防治措施[A].2013年中国电机工程学会年会论文集[C].2013.

[3] 焦永升，张树，张旺，等.架空线断股情况分析及处理[J].内蒙古电力技术，2008，26（5）.

作者简介：颜卓可（1988-），男，广东阳江人，广东电网公司江门供电局助理工程师，研究方向：电气工程及其自

动化。endprint