胜利油田电网输配电线路舞动原因分析及防治对策

刘文波 李来鸿

(胜利油田电力管理总公司河口供电公司，山东东营 257200)

胜利油田电网输配电线路舞动原因分析及防治对策

刘文波 李来鸿

(胜利油田电力管理总公司河口供电公司，山东东营 257200)

本文介绍了胜利油田所辖电网2010年冬季发生输配电线路导线舞动经过及其影响，从线路走向、地形地势条件、线路结构参数和气象条件几方面分析了形成舞动的原因，介绍了目前国内外防舞动装置的特点和适应范围，并结合胜利油田电网实际提出了一些提高线路抵抗舞动能力的方法和措施。

线路舞动;气象条件;地势条件;防舞动装置

一、引言

2010年2月胜利油田所辖电网线路因覆冰发生强烈舞动，造成莱州湾海区、埕子口、滨海海区、孤岛地区110kV、35kV线路、6(10)kV线路大面积跳闸，影响采油厂涉及胜采、东辛、现河、纯梁、滨南、孤岛、孤东、桩西、河口、海洋、临盘、清河等12家采油厂和石油开发中心、东胜、鲁明、鲁胜4家油公司，造成损失惨重。

根据我国近来发生的舞动情况记载，大部分线路舞动发生在东北地区、湖北和湖南等地，胜利油田所辖电网发生舞动情况比较少。所以，在线路舞动研究、防治措施以及舞动的抢险救灾方面没有引起足够重视，投入资金也较少。但是，随着全球气候的变化，恶劣、异常天气增多，以后类似情况有可能增多。而且，胜利油田电网担负着胜利油田原油生产供电任务，从保证国家能源角度也要引起高度重视，必须增加投入。投入必要的人力、物力进行舞动研究，对重要和易发生舞动的线路加装防舞装置;备足抢险工具和物资，进行抢险演练，全面提高抗灾能力。

二、输配电线路舞动跳闸原因分析

(一)舞动原理分析

冬季，当水平方向的风吹到因覆冰而变为非圆断面的输电导线时，将产生一定的空气动力，在一定条件下，会诱发导线产生一种低频率(约为0．1—3Hz)、大振幅(约为导线直径的5～300倍)的自激振动，就其性质而言，这种振动属于驰振。由于其形态上下翻飞，形如龙舞，也称为舞动。形成舞动的因素较为复杂，而各种因素又相互影响，构成了舞动激发与扩展的复杂情况。归纳起来，对导线舞动的激发与扩展起主要作用的因素大致有四个方面，即线路的走向、地形与地势，当地的气象条件，线路系统的结构与参数。

1．线路走向的影响

一段线路舞动的大小与状态，主要决定于风向对导线的夹角，当其夹角为90°时，对舞动的影响最大;反之，当夹角为零时，即风向平行于导线轴线时，则引起舞动的可能性最小。冬季以北风居多，发生舞动的线路多为东西走向。而与舞动区段相连接，走向为西北－东南段和南北走向段的线路(即与当天风向夹角小于45°的区段)，均没有发生舞动现象。

2．地形与地势的影响

根据国内外的统计资料，导线舞动多数产生于平原开阔地区，这是不难理解的。因为，与山区或丘陵地区相比，平原与开阔地区无论从风速还是空气的流态开说，都更加有利于舞动的形成。

3．线路结构和参数的影响

如果把气象条件和地形、地势条件看作是引起导线舞动的外因，那么，线路本身的结构和参数就是引起舞动的内因了。这些因素包括:导线的类型(分裂导线或单导线)、张力、弧垂、档距以及导线的特性与参数等等。在同样的气象条件和地理环境下，分裂导线比单导线更容易产生舞动。对导线的中心线而言，导线的覆冰一般总是偏心而朝向迎风面的，这个偏心质量将会引起导线围绕自身轴线产生扭转，从而改变导线的迎风面。这样不断覆冰、不断扭转的结果，使覆冰导线的截面形状趋于圆形，以至于削弱了作用在导线上的空气动力荷载，对舞动有一定的抑制作用。而分裂导线则不同，一般每隔几十米就有一个间隔棒，将各子导线连接在一起。在每一个次档距内的子导线，其两端被间隔棒固定，扭转刚度大大高于相同截面的单导线，在偏心覆冰后很难绕其自身轴线扭转，偏心覆冰状况得不到缓解，所以，作用在分列导线上的空气动力荷载比单导线大得多。大截面的导线比小截面的导线易于产生舞动，这与其自身的扭转刚度有很大的关系。大截面的导线扭转刚度大，在偏心覆冰后难以产生自身的扭转，使得覆冰层更多的堆积在同一方向，使导线的迎风面与背风面的冰层厚度差增大，覆冰导线的偏心度比小截面导线严重得多，因此产生舞动的可能性要大得多。

4．气象条件对舞动的影响

风向虽然是引起导线舞动的一个主要因素，但是导线的舞动是由于冰和风的联合作用产生的，即风向是指使导线覆冰时的风向。在本次舞动区域的范围内，由于地处平原，地势较为平坦开阔，没有能够影响风向发生改变的地形，故引起导线舞动的天气可以确定为冬季，由于冬季胜利油田地区多刮北风，尤其在有北风的雨雪天气内，容易发生东西走向的输电线路导线的舞动。

易引起导线覆冰的气象条件有以下三种:

雾凇。是由于山区底层云含有的过冷水滴形成的。在导线上的附着力较弱，覆冰层不厚，冰重不大，偏心情况也不严重，一般对导线不构成威胁;

霜凇。当温度在冰点上下，风力比较猛时，便会形成霜凇。其水滴冻结比较弱，而在导线上的附着力比较强，会对导线和杆塔构成威胁;

雨凇。多发生在冻雨区的低海拔地区，在温度接近冰点。风速较大时产生，冰质透明，在导线上的附着力极强，冰的密度也很高，在0．90～0．92g/cm之间。在雨淞地区，由于冻雨的持续时间较长，可能形成较厚而坚实、不易脱落的覆冰层，成为发生导线舞动的重大威胁。

(二)胜利油田电网本次舞动的特点

垂直排列的线路发生舞动的居多，三角形排列的较少，在转角附近发生舞动的多，档距较大的线路发生舞动的多，35kV及以下电压等级的线路舞动的居多，110kV及以上线路舞动的较少。

气象条件同时具备了发生舞动的各种因素:风力较强、温度在冰点附近、接近的雨凇环境。

舞动现象基本符合理论研究的结果:发生舞动区段内的输电线路走向与风向基本垂直，而与风向夹角小于45°的线路没有发生舞动。

三、防范措施

鉴于导线舞动对线路安全运行造成的危害十分重大，诸如线路频繁跳闸与停电、导线的磨损、烧伤与断线，金具及部分构件的损坏等等，都会造成重大的经济损失与社会影响。因此，必须采取行之有效的措施进行防治。

(一)结合胜利油田所辖电网的实际情况和地理条件可以采取一些切合实际防治办法

比如:事故中，有一部分6kV线路的横担由于只是单纯由包裹固定在电杆上，线路发生舞动时，横担易发生倾斜和扭曲。针对这种情况，部分公司借鉴35kV线路的设计在其横担下方加上两个斜拉杆来固定横担，形成一个倒三角结构，增强了稳定性。有的公司通过线路改造，将一部分悬吊式绝缘子更换成为硅橡胶绝缘棒，增加导线间的距离。采用专门的抗舞动金具，如抗舞动线夹可以在舞动发生的情况下，保护导线不受损伤。这些都是投资不大，但是能起到很好的防治效果。

(二)从设计施工角度考虑，要重点从以下几方面考虑

1．避开易于形成舞动的覆冰区域与线路走向。

一般来说，温度在0～－5℃，风速在10m/s左右的雨淞地区，是舞动的多发地区，根据相关资料，可以把舞动发生地区分为四类，列于表中。

表1 舞动发生地区分类

针对上述因素，在线路设计时应尽量避开这些因素的影响，在技术经济指标允许的条件下，尽可能绕过强舞动地区，而在线路走向上，应尽可能减小冬季风向与线路走向间的夹角。

2．提高导线系统抵抗舞动的能力

如对杆塔、绝缘子、金具、档距、局部地区线路走向、运行张力等进行防舞设计，减少舞动诱因，提高线路抗舞能力。

(1)对滩海地区常年浸泡在水中的35kV及以上电压等级输电线路采用管塔架设

优先选用机械性能好的钢芯铝合金绞线。鉴于铝绞线、钢芯铝绞线在多冰雪地区断线、断股频繁，为了防止或减少导线断线、断股现象，在多冰雪区优先选用钢芯铝合金绞线。

(2)合理选用抗污闪能力强以及抗拉、抗弯强度高的绝缘子

原6－10kV架空线路设计直线杆多采用瓷横担绝缘子及PS－15型针式绝缘子，建议在新架线路及已有线路改造时，应根据不同地区选用PS－20或有机复合合成绝缘子。

(3)合理确定导线相间距离，并采用加强型双横担

原6－10kV架空线路设计普通直线杆采用长度为1．3米L63×6型单横担、单绝缘子固定方式，仅在跨越杆型采用双横担、双绝缘子固定方式。鉴于滩海地区风力较内陆地区大，因此在滩海地区新建和改造线路中直线杆均采用双横担、双绝缘子固定方式，提高抗风能力，防止支架歪斜和导线脱落、断担故障。同时，将横担长度增长至1．6米。

(4)缩小6(10)kV配电线路档距

由原来的50－60米缩短为45米，在相间适当加装绝缘间隔棒，以减少因导线舞动造成的相间短路故障。

(5)合理采用陆上电缆及海底电缆

对于滩海易受舞动侵害、外力破坏较少的地区合理采用陆上电缆及海底电缆。对海油陆采平台等修建进海路的地方，建议在进海路设计时即在道路一侧预留电缆沟，建成后通过电缆向海油陆采平台供电。对于已建成的海油陆采平台(进海路未预留电缆沟)和其他受路径限制的油井(常年被水包围)的情况，可以适当的采用海底电缆直埋方式向以上负荷供电。通过合理的采用电缆供电，可以有效的避免线路发生倒杆、污闪等故障的发生。

(6)提高简易变防护水平

现有简易变设备简陋、自动化水平低，可考虑提高防护水平，将变电设备安装于室内，并增加远方监控功能。

(7)提高配网自动化水平

对于滩海地区架空线路，适当增加分段开关及FTU，提高配网自动化水平，减少故障时停电影响范围。

(三)采取防止舞动的措施

采取各种防舞装置与措施，改变与调整导线系统的参数，达到抑制舞动的发生，或减轻舞动的强度，以保证线路的安全，也是防治舞动的重要方面。对于已建成的线路，则更是唯一的办法。这类措施主要是通过在线路安装某种防舞装置来实现其抑制舞动的功能。归纳起来，防止舞动的措施可以分为如下几类:

通过改变导线特性来起到抑制舞动作用，多数防舞器属于此类，包括失谐摆、抑制扭振型防舞器、双摆防舞器、整体式偏心重锤等。

通过提高导线系统的自阻尼来抑制舞动，如终端阻尼器。

通过提高风动阻力来达到抑制舞动的目的，如空气动力阻尼器。

通过扰乱沿档气流来达到抑制舞动的目的，如扰流防舞器。

通过各种防覆冰措施来达到抑制舞动的目的，如采用低居里点合金材料，使用防雪导线以及大电流融冰等。

提高导线的运行张力和缩短档距也可以到一定的抑制舞动的效果。

采用高强钢等新材料，提高线路的机械强度，使其能抵抗1、2次中等强度的舞动。

耐张塔引流应增设减少引流线舞动的跳线串，以防止引流线舞动与杆塔放电:在输电线路易覆冰舞动地区建议设计为硬引流线。

采取防治结合，借鉴系统内先进的技术和成果，结合本地区舞动发生的特点，对本地区发生的舞动及时跟踪，及时了解舞动发生的情况和新特点，为舞动的研究和防治积累资料。

对易覆冰地区的线路，可采取融冰措施。如:利用焦耳效应、短路电流热效应、高频高压激励时介质损耗发热以及双分裂导线间电磁力、短时脉冲引起的电动力除冰。

四、结束语

导线的舞动由于它的大振幅，导致问题的强非线性;由于风雨冰雪的随机性，使得采用确定性模型常常无法全面模拟舞动过程;由于舞动现场的千变万化，又使得某些局部的经验无法适应各方面的实际情况，难以得到全面的推广。所以，目前的各种防舞装置都不是万能的和一劳永逸的，要从理念上和实践上彻底解决舞动问题，还需要进行大量的工作，包括机理研究、基本参数试验和测定、防舞工程实践、相应的实验室与现场试验等等，需要我们不断地实践和摸索，采取理论与实践相结合的方针，提高我们防舞动治理工作的水平。

［1］郭应龙，李国兴，尤传永:《输电线路舞动》，中国电力出版社2002年版。

［2］蒋兴良，易辉:《输电线路覆冰及防护》，中国电力出版社2002年版。

［3］范钦珊，官飞，赵坤民等:《覆冰导线舞动的机理分析及动态模拟》，《清华大学学报》(自然科学版)，1995，35(2):34－40。

［4］朱宽军，刘超群，任西春:《架空输电线路舞动时导线动态张力分析》，《中国电力》，2005，38(10):40 －44。

［5］赵作利:《输电线路导线舞动及其防治》，《高电压技术》，2004，30(2):57－58。

［6］苑舜:《电网导线舞动研究方法的探讨》，《东北电力技术》，2005(5):24－25。

［7］陈正华:《输电线路导线舞动及其防治对策的综述》，《内蒙古石油化工》，2007(4):42－43。

［8］丁锡广，陶文秋:《减轻送电线路导线舞动灾害的措施》，《高电压技术》，2004，30(10):11 －14。

F62

A

1003－4145［2012］专辑－0336－03

2012－06－01

刘文波(1967—)，男，高级工程师，硕士研究生，主要研究方向为电力系统自动控制。李来鸿(1975—)，男，高级工程师，硕士研究生，主要研究方向为电力系统自动化。

(责任编辑:宋绪芬)