500 kV垂直排列双回紧凑型线路舞动间隙计算及防舞措施

蒋少波 梁盼望 李 辉 杨 力

（中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司，湖南长沙410007）

0 引言

随着经济社会快速发展，输电线路走廊日益紧张，在路径走廊拥挤地区采用紧凑型输电方案具有巨大的社会效益和经济效益[1]。因紧凑型线路通过压缩导线相间距离来压缩输电线路走廊，因此存在相间距离小于常规输电线路的固有缺陷，发生舞动后损害将更严重。

随着档距增大，紧凑型线路舞动后相间距离缩小，常不满足操作过电压间隙要求。因此，本文针对500 kV垂直排列双回紧凑型线路开展舞动间隙计算，针对间隙不足的情况，提出安装相间间隔棒的防舞措施，抑制导线舞动后相间距离不足的问题。

1 计算模型

本文研究以500 kV垂直排列双回紧凑型线路为例，导线采用4×JL3/G1A-630/45钢芯铝绞线，分裂间距500 mm，地线采用2根OPGW光缆，两相导线水平距离为7.7 m，回路间层间距离18.6 m。

2 舞动间隙放电机理

舞动产生的主要原因是导线不均匀覆冰形成翼形截面，在阵风作用下产生升力激发舞动，分裂导线由于间隔棒使得子导线转动不灵活，更容易形成不均匀冰层，更容易发生覆冰舞动。导线覆冰舞动的主要特征：一是导线覆冰较轻，多在5 mm以下；二是舞动气温在-5～0 ℃；三是阵风多为3～6级（5～15 m/s）；四是线路走向与冬季北风的夹角较大，在45°以上；五是舞动多发生在平丘开阔地带或风口；六是导线应力较大时或线路档距较大时容易发生舞动。通常情况下当导线舞动时地线没有舞动，双回共塔线路经常出现上下层导线异向舞动，容易造成舞动闪络。

3 舞动间隙计算方法

根据国内外观测记录，导线舞动全振幅可达几米到十几米，一般线路舞动幅值为导线弧垂的20%（≤12 m），大跨越线路舞动幅值为导线弧垂的40%（≤20 m）。导线舞动轨迹如图1所示，纵向为椭圆形，横向为波浪形。

根据舞动椭圆形运动轨迹，导线舞动间隙校验计算如下：

图1 导线舞动轨迹

图1中椭圆形长轴a=0.2fc（m），椭圆形短轴b=0.4a（m），导线向上舞动幅值a2=0.8a（m），导线向下舞动幅值a1=0.2a（m）；椭圆形轨迹倾角，垂直方向舞动间隙校验取θ=0°，水平方向舞动间隙校验取θ=45°；导地线弧垂风偏角φ=tan-1（r4/r1）。舞动接近距离计算通常采用制图法，当忽略舞动夹角和风偏影响时，舞动接近垂直距离计算如下：

导线与导线间的舞动接近垂直距离：

导线与地线间的舞动接近垂直距离：

式中：fc、fg为导线弧垂和地线弧垂（m）（冰厚为5 mm，气温为0 ℃，风速为10 m/s）；λc、λg为导线串长和地线串长（m）；Hc、Hg为导线层高和地线支架高度（m）。

4 计算结果

通常在校验舞动间隙时按工作电压间隙校验能够保证线路安全运行，500 kV线路工作电压相间隙取值为1.2≈2.20 m。

设计覆冰15 mm，设计大风30 m/s，代表档距400 m，舞动覆冰5 mm，舞动风速10 m/s，舞动气温-5 ℃，导线之间的水平位移为7.5/2=3.75 m，垂直距离为，导线之间舞动间隙计算结果如表1所示。

表1 舞动间隙计算结果

根据计算结果可知，当线路与风向夹角小于45°、档距大于500 m时需要安装相间间隔棒，当风向与线路夹角大于45°、档距大于300 m时需要安装相间间隔棒。当紧凑型线路位于3级舞动区时，对于风向与线路夹角大于45°、档距大于250 m的全部安装相间间隔棒，有利于抑制导线舞动。

5 防舞措施方案

防舞动装置能在一定程度上改变导线舞动的振形，降低舞动的幅值，减少线路跳闸的概率，维持杆塔的强度。根据我省电力公司防舞动综合治理的经验，500 kV及以上电压等级：（1）同塔双回（多回）输电线路：优先采用线夹回转式间隔棒、相间间隔棒，不同回路可采用不同的防舞装置；（2）单回输电线路：可采用线夹回转式间隔棒、双摆防舞器、失谐摆等；（3）紧凑型输电线路：优先采用相间间隔棒。

目前防舞动采用的装置如下：

相间间隔棒应设计合适的长度和足够的强度，具备一定的抗冰闪能力，能满足舞动时动荷载要求。配套金具应采用防电晕、可绞式金具。根据以往的经验，相间间隔棒可根据档距大小安装一组或两组，一般应安装在1/2L或1/3L处。

双摆防舞器应设计合适的摆长和重量，具备足够的耐磨强度、良好的防电晕性能，与导线连接处应有防导线磨损措施。安装位置可选择在2/9L或1/3L处，档内双摆防舞器重量应占导线重量的7%～10%，以此来确定安装个数。

防舞鞭是和热塑性非金属材料预绞成型，具有刚性、耐腐蚀性的防舞装置。它利用空气动力学扰流原理，强制性改变了舞动气流的方向，使导线变成非圆截面，破坏了舞动条件，从而达到降低舞动幅值、舒缓舞动强度的作用。防舞鞭的具体安装方案为：安装数量为奇数时，先以档距中点为中心安装一组，再每隔4.5 m间隔向两侧安装；安装数量为偶数时，以档距中点为中心先空出4.6 m（中心两侧各2.3 m），再向两侧安装，每相邻两根间隔4.5 m。

失谐摆与双摆防舞器的作用和安装方法相同，适用于单导线线路。比照双摆防舞器进行设计安装。

线夹回转式间隔棒是一种新型防舞装置，其活动夹头可改变覆冰导线的覆冰形状，从而减小覆冰导线的空气动力系数，达到防舞目的。该防舞装置兼顾间隔棒和防舞器的双重作用，不会额外增加输电线路上的集中载荷，对线路的张力基本没有影响。

需要说明的是，各种防舞装置都只能够降低舞动幅值，而不能完全消除舞动，应视具体情况选择技术合理、造价经济的方法。

针对紧凑型输电线路，安装相间间隔棒可有效抑制线路舞动时的危害，相间间隔棒错开对称安装，一般采用环式连接，由于相间间隔棒的重力作用，连续档增加集中荷载后引起导线弧垂下降，造成相间距离缩小，需根据安装点实测的相间距离适当缩短相间间隔棒长度，使其安装后呈自然状态。

相间间隔棒的安装位置要尽量避开导线舞动时可能出现的各种波形的波节点；应尽量将相间间隔棒安装在舞动常发波形的波腹处或附近；扩大上—中、中—下相间的间隔棒安装距离，即不将上下两只间隔棒安装在同一直线上，为了便于安装，宜采用间距可调式连接金具。

如表2所示，500 kV垂直排列紧凑型双回线路左上相—下相及右上相—下相安装的相间间隔棒相间距离为7.8 m，左上相—右上相安装的相间间隔棒相间距离为7.5 m。

表2 500 kV紧凑型输电线路相间间隔棒布置方法

若相间间隔棒安装位置±2 m内存在子导线间隔棒，应将相间间隔棒移至该子导线间隔棒位置安装，并拆除原子导线间隔棒。相间间隔棒安装位置应避开被跨越物（一般铁路、高速铁路、高速、国道、省道、城市主干道、110 kV及以上电力线路）。

6 结语

本文针对500 kV垂直排列紧凑型输电线路开展舞动间隙计算，结果表明，紧凑型线路因压缩了相间距离，线路舞动后的相间间隙问题尤为严重，当线路位于3级舞动区时，如风向与线路夹角大于45°，档距超过250 m后，需通过安装相间间隔棒抑制导线舞动，相间间隔棒一般采取错开对称安装，可有效提高紧凑型线路抗舞动能力。