国网湖北省电力有限公司检修公司 武汉市 汉阳区 430050
[摘要]本文分析了本次500kV线路覆冰舞动发生的原因和破坏的程度及特征，对舞动特点和电网受损情况进行深入探讨，并结合湖北电网多年来的防舞治理经验，针对线路舞动受损的特点提出应对措施和建议。
[关键词]500kV输电线路；覆冰舞动；防舞措施
0引言
2018年1月23日至1月25日，受持续冻雨天气影响，湖北电网共29条超、特高压线路先后发生了大面积覆冰舞动，其中13条线路永久接地故障跳闸，其覆冰舞动范围之广、危害影响之大，为历年罕见。频发的覆冰舞动灾害给输电线路的设计、建设和运维提出了更高的要求，迫切需要电力工作者对线路覆冰舞动的发生原因和治理措施进行深入探究。本文将着重分析本次湖北电网500kV输电线路大范围覆冰舞动的原因和故障频发部位的受损特征，并提出相应的治理措施。
1舞动原因及受损特征分析
1.1覆冰舞动原因分析
2018年湖北电网发生的大面积覆冰舞动区段主要集中在枝江、当阳、荆门和荆州地区，该地区主要为二、三级舞动区，当时舞动区段的天气状况相似，都是偏北风3-4级，风向与舞动线路夹角大于45°，气温为-5℃，且空气湿度大，在持续低温以及风力强度居高不下的情况下，最终使该区域的输电导线发生了大面积覆冰舞动。
1.2线路覆冰舞动的数学模型
关于导线舞动的机理的研究有很多，其中受到广泛认可的是DenHartog提出的垂直激发机理与O.Nigol提出的扭转激发机理。本文决定综合这两种理论，并借鉴国内外的最新研究成果，建立线路覆冰舞动分析的三自由度数学模型。
通过分析，导线舞动的三自由度数学模型如下：
式中，k—舞动的振型，即舞动半波数。
1.3舞动受损特征分析
1.3.1杆塔倾倒
经过现场排查，从宜兴二回165#倒塔现场来看，宜兴二回165#杆塔向内角侧倾倒，导地线未断，两侧直线塔未倒。在长时间的导线剧烈舞动作用下，铁塔长时间承受交变荷载，165#受损杆塔端部联板撕裂，横担大量的螺栓脱落、螺纹磨平、松脱、变形，造成部分构件退出工作，导致原塔结构体系发生改变，铁塔承载能力明显降低。
当作用在铁塔上的负荷超过铁塔承载能力时，发生了倒塔故障。在倒塔过程中塔腿主材受到强烈的弯曲，导致塔腿根部断裂。
1.3.2杆塔本体受损
本次湖北电网500kV线路覆冰舞动造成的杆塔本体受损主要集中在塔头和横担部位。主要原因在于：横担螺栓为单帽螺栓，在长时间舞动作用下易松脱，导致部分斜材及辅材与主材脱开，不能给主材提供有效支撑，从而导致横担结构体系发生改变，铁塔承载能力明显降低，最终造成塔头屈服、撕裂。除此之外，故障点多发生在耐张塔上，尽管耐张塔横担的荷载承载极限比直线塔高，可以承受小幅度舞动，但耐张塔作为受力结点，舞动产生的大部分能量都通过导线传递到耐张塔这个受力结点处，势必造成横担主材与辅材连接处螺栓螺纹磨平、松脱，从而导致耐张塔故障。
1.3.3导、地线脱落
本次覆冰舞动导致大量杆塔导线脱落，经现场勘察，本次掉线事故均是由于球头挂环在承受交变的弯曲应力下产生金属疲劳，导致从表面状况较差的地方萌生裂纹，裂纹经疲劳扩展后使承载面积下降，最终在超过其承载能力的拉应力下断裂。从串型来看，是由于挂点金具连接不灵活所致。从发生掉线、掉串故障的线路区段来看，发生掉串的直线杆塔均位于一个较长的耐张段区段如：“宜兴一回149#、151#中相导线脱落”故障位于137#～152#耐张段，耐张段长6579米。“155#、156#、159#、160#、161#、162#、163#、164#中相导线脱落”上述故障位于152#～166#耐张段，耐张段长6831米。同时11基导线掉串杆塔中前后档距超过450m有10基（约占91%），前后档距超过500m的有7基（约占64%）。可见由于耐张段长度较长，且档距较大，舞动能量传递持续时间长，累积能量大，从而导致金具疲劳所致。
2舞动治理措施
2.1舞动治理原则
避舞则要求在设计阶段选择线路路径时，在技术经济指标允许的情况下，应尽可能避开冬季多风且风向与线路夹角大于45°的二级以上舞动区或峡谷、迎风山坡等易舞动地带。无法避开时，应尽可能减小冬季风向与线路路径方向的夹角或减小档距。抑舞和抗舞则是采取必要的舞动限制措施，以提高线路起舞能量的临界值或增强线路抵抗舞动的能力，常见的抑舞和抗舞装置有扰流防舞器、相间间隔棒、双摆防舞器、整体式偏心重锤等。工程实际中应集中研究抑舞、抗舞组合防舞措施。
2.2防舞措施
(1)挂点金具改造：导线悬垂绝缘子串与挂点金具之间改为环环连接形式以提高其灵活性，并适当提高金具强度；
(2)单改双：2级及以上舞动区，导线悬垂绝缘子串应改为独立双串，改造实施困难时可采用双联单挂点，但挂点金具强度提高1级，同时校核塔头间隙；
(3)杆塔防松改造：2级及以上舞动区内，所有杆塔除防盗螺栓外，全塔采用防松双帽螺栓，且关键受力点宜加装R销；防松双帽的两个螺母厚度均应采用国标普通螺母厚度。且应明确施工时逐个紧固铁塔螺栓，改造运行一年后和舞动后应对线路全线或部分舞动段进行复检、消缺工作，重点对铁塔螺栓进行排查、紧固。
(4)缩小耐张段：2级及以上舞动区内，耐张段长度原则上不宜超过3km，不应超过4km，且跨越通航河流、二级及以上公路、电气化铁路、110kV及以上电力线路等跨越耐张段与相邻耐张段长度应尽量保持一致以减小舞动时耐张塔承受的不平衡动力荷载。
(5)缩小大档距：2级及以上舞动区内，档距不宜超过300m；300-500m档距应进行防舞动校核，不满足要求的增加一基杆塔或更换塔型或局部补强；档距大于500m时应在档中增加一基塔。
3加强输电线路防舞动研究
(1)真型塔受力试验和风洞试验的研究，为完善舞动机理和防舞装置的设计提供准确的实验数据。
(2)新型防舞动方法和差异化防舞装置的研究
(3)研究防舞设计的规范和标准，绘制舞动区域分布图，根据设计规范来进行输电线路的整体布局。
4结语
本文根据输电线路运行维护经验及舞动后现场情况勘查，对湖北省2018年500kV线路覆冰舞动发生的原因和设备受损特征进行了初步分析，并结合湖北电网多年来的舞动防治经验，提出应对措施和建议。防舞治理重点在于研究舞动发生的机理，并通过采用新技术、新方法、新材料，寻求治理途径。
参考文献
[1]张立春，朱宽军.输电线路覆冰舞动灾害规律研究[J].电网与清洁能源,2012,28(9):13-24.
[2]丁锡广,陶文秋.减轻送电线路导线舞动灾害的措施[J].高电压技术,2004,30(2):54-55.
论文作者:王京波, 葛雄, 侯新文, 雷雨, 钟燃
论文发表刊物:《科技新时代》2019年9期
论文发表时间:2019/11/20
标签：线路论文; 杆塔论文; 导线论文; 冰舞论文; 螺栓论文; 电网论文; 铁塔论文; 《科技新时代》2019年9期论文;