摘要：呼伦贝尔市地区输电线路运行环境十分恶劣，年温差达80°以上。极端寒冷天气下，大截面输电线路导线振动严重，引起伊敏接地极线路杆塔共振。长期塔架共振造成硬件损坏，塔体螺栓疲劳断裂发生塔架断裂事故。对极寒地区大截面导线输电线路进行抗震处理，可有效降低塔架共振的概率，避免共振塔倒塌和断线的事故。
关键词：极寒地区；输电线路；共振治理
1引言
随着国网的快速发展，作为我国能源基地500千伏直流线路已建成呼伦贝尔市，伊敏接地极线路是伊穆直流的配套工程，采用2*LGJ 630/45线。但由于极寒天气下，伊敏接地极线路冬季发生共振的问题，严重影响500kV直流线路运行的可靠性。
2高寒地区伊敏接地极线路共振的情况
随着高压、特高压工程的建设，输电线路所用导线的截面、张力、悬点高度和间距不断增加，导线在风的作用下的振动日趋严重，极大地影响了输电线路的安全。
在风的作用下，导线时刻处于振动状态。根据频率和振幅的不同，导线的振动大致可分为三类：高频和小振幅的微风振动、中频和中振幅的二次间隔振动以及低频和大振幅的舞动。三种振动损坏电线和输电线路导线的微风振动发生最频繁。风振的主要危害是会导致导线的疲劳断裂，以及配件和塔架构件的损坏。严重断裂的钢绞线一方面造成断线事故，威胁架空线路的使用寿命。伊敏接地极线路导线为2*LGJ630/45型钢芯铝绞线全线线路设计防振标准按三峡地区的接地极线路设计。2010年9月投运后，整个导线的振动更加严重，导致间隔杆断裂，电弧角松动脱落。（图1）33基，间隔棒损坏12支（图2）。经与观察，线路导线微风振动引起接地极线路发生低频共振表现为杆塔长期低频晃动，金具大量损坏。现场能听到咔咔的声响，主要出现在冬季微风天气。
图1招弧角松动脱落 图2 间隔棒损坏
3 高寒地区伊敏接地极线路振动原因分析
影响架空线路振动的主要因素如下：风速、风向、悬点跨距和高度、地形、地物和导线应力后输电线路产生振动，由于其组成、物理性质如大小、形状，开始各种原始的频率振动，逐渐将固定在某一频率振动，输电线路的频率称为”固有频率”，因为它与导线截面面积、导线运行应力、导线分裂数、线路与主风向夹角及线路防震设施等多种因素有关。当运行环境给传输线（称为驱动）增加振动时，如果力的频率与传输线的固有频率完全相同，则传输线的振动振幅达到最大值。这种现象被称为”共振现象”。当震动频率与输电线路导线、或输电线路自身固有的频率接近或相等时，输电线路导线或输电线路就会发生共振现象。
伊敏接地极线路导线为2*LGJ630/45型钢芯铝绞线，防振设计标准依据GB50545-2010《110kV-750kV架空输电线路设计规范》表5.0.13标准为500米以上档距加装防震锤。[1]但5.0.13条强调”当有多年运行经验时可不受表5.0.13的限制。”
3.1导线应力
架空线路受到长期的振动脉动，它相当于一个动态应力，落在架空线路的静态应力上。而架空线的许用应力是一定的。架空线长期运行过程中最有代表性的静态应力是平均运行应力。平均运行应力增大时，架空线的自振频率、波长、振幅等将增大。静应力（即导体的平均工作应力）越高，动应力越大，导体越容易振动。此外，动应力的增加会使钢丝快速疲劳断股，甚至断线。张力越大，导线的动态应变越大。随着张力的增加，钢绞线与钢绞线之间的静摩擦力增大，相对摩擦力增大，自阻尼减小。因此，输电线路的实际运行张力不宜太大，对高压输电线路，一般不宜超过25%的生产。伊敏接地极线路的平均运行张力取值即为25%。
由于，在呼伦贝尔地区，2010年1月的冬季气温连续6天低于40度，而1月份的最低气温为零下45度。可以看出呼伦贝尔地区输电线路冬季导线运行应力较大，输电线路振动严重。
3.2风速、风向
伊敏接地极线路附近建设有多个风场现场存在均匀的微风，是引起风振动的基本因素。风速太小，不能形成涡流产生冲击力，不足以推动架空线路上下振动；当风速过大时，由于气流与地面的摩擦，会产生湍流，破坏上部气流的均匀性，不会引起架空线路的稳定振动。
在呼伦贝尔地区，冬季经常刮3-5级的风，甚至在草原上也很容易形成微风，引起输电线路共振。当与线路的角度小于20度时，振动很小；当角度为30度到45度时，振动的稳定性很小；当角度为45度到90度时，架空线路产生稳定的振动[2]。呼伦贝尔地区500kV输电线路向辽宁省送电，大部分走向为南北走向。呼伦贝尔地区受到西伯利亚气候影响冬季主导风向为南风（S）；夏季主导风向为东风（E）全年主导风向为南风（S）[3]，当风与输电线路形成45-90°夹角时输电线路震动加剧。
3.3档距、悬点高度
随着悬架间距和高度的增加，稳定振动速度上限增大，风速范围增大，振动相对时间增加。伊敏接地极线路跨越原始森林，杆塔称呼高大部分超过48米。同时档距增大，共振频率增加，共振机会增加。经分析伊敏接地极线路设计的防振标准低能够满足三峡地区运行，但不适合呼伦贝尔及寒地区。且处于低温、均匀的风场微气象、48米的高跨塔型都加剧了输电线路的振动。当振动频率与输电线路固有频率一致时，杆塔及导线振动频率降低振幅增大。在导线中可以观察到振动波的传播，杆塔塔头出现晃动，杆塔发出咔咔响声产生长时间的共振现象。
4 高寒地区伊敏接地极线路共振治理
根据《国家电网公司十八项重大防事故措施》第6.1.1条的规定，在特殊地形和极端天气条件下的重要输电线路通道应采用差动设计，以适当提高冰、洪水、防风水平。重要的线条。[4]本工程设计阶段没有落实相关要求，提高防风振设计标准。违反了《110kV-750kV架空输电线路设计规范》表5.0.13标准为500米以上档距加装防震锤。[1]但5.0.13条强调”当有多年运行经验时可不受表5.0.13的限制。”的要求没有按高寒微气象区设计防振措施。应参照《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》6.2.2.1条运行发现动、弯应变值超标及时分析处理。进行改造，避免倒置塔发生断线事故。
4.1防振措施：
输电线路所采取的防振措施如下：一是在架空线路上安装防振装置，吸收或削弱振动能量，如抗锤、阻尼线路；二是加强设备的振动强度，防止振动，导致架空线路如保护线的破坏。
防振锤原理：当架空线振动时，夹板一起上下振动。由于两端竖向锤头的惯性大，钢不断上下弯曲。重锤的阻尼作用降低了振动振幅，而钢绞线的变形和钢绞线之间的摩擦消耗了振动能量。严格地说，防振锤不能消除振动，而只能将振动限制在一个不危险的水平上。当悬挂点两侧安装多个抗振锤时，当风的能量输入大到架空线路振动较强时，一个抗振锤不足以消耗足够低的能量，需要多个抗振锤，其安装距离一般按等距离安装。
阻尼线也叫防振线。一般用挠性好、钢性小、瞬时破坏应力大的钢丝绳或同型号的架空线在悬垂线夹两侧或耐张线夹出口的一侧，作成连续的多个花边形。
原则：夹退出波反射点位置的转移，使振动能量的波绕过顺利通过，这样夹在出口处入射波和反射波的叠加值减少到最低。在振动过程中，一部分振动能量被架空线本身和阻尼线线股之间产生的摩擦所消耗，其余能量由振动波传至阻尼花边各连接点处，经过多次折射，仅部分传至线夹出口，大部分被消耗掉和通过花边到另一侧.特点：同防振锤比较，阻尼线的防振效果也很显著，同时阻尼线重量轻，连接点处不易形成死点，连接点处不像防振锤那样用夹板固定，而用铁丝扎100mm或用U形卡子固定，不致产生棱边磨伤导线，阻尼线对振动能量的消耗较平缓.根据试验可知，振动频率较低时，抗冲击效果较好，高频振动时阻尼线效果较好。安装：原则同防振锤相同，也就是说，架空线路的最大振动和最小振动都要考虑在内，花边的数量一般随档距大小而定。对一般档距，悬点每侧常用两个花边，500~600m档距每侧三个花边，档距超过600m以上每侧四个，最多曾用过六个。
根据前述各项分析及结论，鉴于呼伦贝尔地区低温极寒天气，有大量导地线振动治理经验。导线微风振动在接地极线路全线分布的广泛性，借鉴目前国内高压输电线路的防振设计运行经验，为降低伊敏接地极线路导线微风振动及共振现象的发生，建议可采用如下防振措施。
档距超过200m的档内导线两端均加装预绞式防滑型防振锤。具体安装原则可按下表进行，表中个数的防振锤数量。
表1 防振锤安装数量表
2013年6月呼伦贝尔检修分部对伊敏接地极线路间隔损坏严重的区段，和发生共振的铁塔根据档距结合震动的严重情况采取加装预绞式防震锤680只预绞式防震锤，吸收输电线路振动能量避免输电线路共振现象发生。（图3）。经观察大风天气输电线路导线及杆塔振动明显降低，原发生共振的74号等10基塔（图4）没有发生共振现象。2014年对伊敏接地极线路全线加装了2200个防振锤，线路共振现象消失。2014-2018年伊敏接地极线路金具损坏等缺陷已经消失。
图3 加装防震锤 图4 发生共振杆塔跨越原始森林
4 结束语
目前，呼伦贝尔地区新建线路已经全部提高输电线路的防振设计标准。特别是风厂等微气象地区的输电线路，按接地极线路的改造方法进行防振改造，缺陷大幅降低。实践证明，极端寒冷地区输电线路运行环境十分恶劣，极端寒冷天气下大截面导线振动严重，同时还发现一些输电线路塔的共振现象。可以通过线路加装预绞式防震锤吸收震动能量，避免铁塔因共振造成金具损坏，塔材螺栓疲劳断裂发生倒塔断线事故。通过对极冷地区宜民地极线的共振控制，可以有效地降低谐振概率，避免谐振塔发生断裂事故，保证输电线路的可靠运行。
参考文献：
[1]中国电力企业联合会.110kV-500kV架空输电线路设计规范[S].北京：中国计划出版社，2010.13
[2]王清葵.送电线路运行和检修[M].北京：中国电力出版社，2003.220-222
[3]祝永坤.内蒙古电力技术[J].内蒙古电力技术，2013.31卷（1）期43-44
[4]国家电网公司.国家电网公司十八项电网重大反事故措施（修订版）[M].北京：中国电力出版社，2012.30
作者简介：
王宝成（1978-），男，汉族，黑龙江省龙江县，国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司，助理工程师，现从事输电线路运维管理工作。
朱汉章（1970-），男，汉族，辽宁省昌图县，国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司，助理工程师，现从事输电线路运维管理工作。
论文作者:王宝成,朱汉章
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/20
标签：线路论文; 导线论文; 伊敏论文; 呼伦贝尔论文; 应力论文; 地区论文; 阻尼论文; 《电力设备》2018年第34期论文;