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防舞动碳纤维复合芯倍容导线项目(1)

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2012/7/4 9:28:45   

一、项目建设的背景及意义

架空输电线路运行过程中会因自然条件的作用发生多种灾害事故,威胁线路的安全稳定运行,舞动是其中危害较为严重的一种。架空输电线路的舞动是一种空气动力不稳定现象,是输电线路导线不均匀覆冰后在风力作用下引起的一种低频率(0.1~3Hz) 、大振幅(导线直径的20~300 倍)的自激振动现象,在振动形态上表现为在一个档距内只有一个或少数几个半波。舞动产生多方面的危害,轻者发生闪络、跳闸,重者发生金具及绝缘子损坏,导线断股、断线,杆塔螺栓松动、脱落,甚至倒塔,导致重大电网事故。

河南省是我国输电线路舞动多发省份,1998年至今已发生过9次较大范围的输电线路覆冰舞动。1998年12月1日,河南电网发生大范围线路导线舞动,导致22条次220kV线路跳闸,多条220kV线路单相接地及相间短路的事故,电网局部解裂,京广电铁短时停电,个别110kV 电压等级线路出现倒塔现象;2000年12月1日及2001年1月11日,河南电网7条220kV线路导线舞动,造成金具损坏、线路跳闸、大面积停电等恶性事故;2003年2月9日夜,河南电网发生大范围线路导线舞动,16条220kV输电线路跳闸36条次,110kV及以下线路跳闸213条次,豫南驻马店和信阳电网被迫与省网解列而孤网运行近2小时,直接损失负荷26.5 万千瓦。

因此,提高特高压输电系统的安全性和可靠度,减少冰雪给输电系统造成的损失,具有巨大的经济和社会价值。

二、项目的理论和实践依据

1、覆冰舞动形成及影响因素

导线舞动是一种复杂的流固耦合振动,其产生原因很多。总的来说,导线覆冰、风激励和线路结构与参数是产生舞动的主要因素。

①导线覆冰

据观测资料,舞动多发生在覆冰厚度为2~50mm的覆冰雪导线。而导线上要形成覆冰,必须同时具备以下三个条件:1)空气湿度较大,一般在85%以上;2)温度较低,一般为0~-5℃,温度过高或者过低都不利于导线覆冰;3)具有可使空气中水滴运动的风速,一般需大于1m/s。

覆冰导线的截面形状对舞动的形成和发展具有决定性影响。因为实际的气象条件和环境因素十分复杂,覆冰形式多种多样。一般,刚度小的导线,会形成近似圆形的覆冰形状;而刚度大的导线会形成扇形、翼形、D形等不对称覆冰形状。经试验证明,与对称截面相比,不对称截面的覆冰更易引起导线的气动力失稳,在风的激励下容易造成导线的低频大幅舞动。

②风激励

除覆冰外,导线要形成舞动,还必须有稳定的层流风作用于导线。而山谷风口或是四周无屏蔽物的开阔地带(如江河湖泊、平地等)都是易出现稳定层流风的地带,故而这些地带也是舞动多发区。研究表明,若导线覆冰不均匀,且出现风速为4~20m/s、主导风向与导线走向夹角超过45°的层流风时,导线易产生舞动,并且该夹角越接近90°,舞动出现的可能性也就越大。

③线路结构与参数

覆冰和风的激励可视为引起导线舞动的外因,而线路本身的结构和参数是引起导线舞动的内因。不合理的线路结构与参数更易引发线路舞动。这些线路结构与参数包括:导线的类型(分裂导线或单导线)、线路档距和导线的横截面积等。

1)导线类型的影响

覆冰时,导线首先会在迎风面上结冰,扭转刚度小的单导线会在偏心覆冰的作用下扭转,使导线重新在迎风面上结冰,最终使覆冰接近于圆形;而分裂导线由于间隔棒的约束使得每根子导线的扭转极其微小,因而导线覆冰易形成翼形断面这类不对称覆冰的,因此,分裂导线比单导线更易舞动。对于500kV及以上的超高压、特高压输电线路,广泛采用四分裂甚至六分裂导线,因而舞动发生的几率较大。统计资料表明,在我国大部分500kV输电线路中均发生过导线舞动,而由舞动引发的事故占事故总数的23.5%。

2)线路档距的影响

关于档距大小与舞动之间的关系,目前存在两种观点:一种认为,导线档距越短,导线的相对扭转刚度越大,迎风面覆冰时扭转角越小,覆冰截面的不对称性越大,在相同的风激励下,更易舞动;而另一种认为,短档距的扭振固有频率及横向固有频率较长档距时高,不易在低频带发生耦合谐振,因而可以通过缩短档距以防止舞动的产生。这两种观点相互对立,迄今还无定论。

3)导线横截面积的影响

由于大截面导线的相对扭转刚度强于小截面导线,在偏心覆冰作用下其扭转角较小,导线覆冰的不对称性较大,因而大截面导线比小截面导线更易舞动。

由以上分析可以看出,随着我国超高压、特高压电网的建设,多分裂、大截面导线被广泛使用,加之输电线路长,经过地区的地理环境、气候条件多样,因而覆冰导线舞动的可能性也大大增加。

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