一起柔性间隔棒防舞失效案例分析

张东，付豪，王立福，董新胜，周利兵

(1.国网新疆电力公司电力科学研究院，新疆 乌鲁木齐 830011；2.国网新疆电力公司，新疆 乌鲁木齐 830011)



一起柔性间隔棒防舞失效案例分析

张东1，付豪2，王立福2，董新胜1，周利兵1

(1.国网新疆电力公司电力科学研究院，新疆 乌鲁木齐 830011；2.国网新疆电力公司，新疆 乌鲁木齐 830011)

摘要：针对一起220 kV输电线路因覆冰舞动而跳闸的案例，首先通过计算和分析找出造成线路跳闸的导线舞动阶数，分析结果表明只有1阶舞动才能造成线路相间短路；然后从间隔棒抗拉、抗压能力入手分析其防舞失效的原因，认为间隔棒刚性不足是主要原因，且仅预防1阶舞动会造成谐振，从而加剧导线舞动。为取得较好的防舞效果，提出间隔棒的安装应从防止2、3阶舞动出发，柔性间隔棒的选择应满足在舞动最大压力时两导线间距不小于线电压运行要求的最小间隙距离。

关键词：输电线路；覆冰；舞动；间隔棒；相间距离

目前输电线路的防舞措施多为安装间隔棒[1-3]，间隔棒的参数和安装方式不同，其防舞效果也不同。本文针对一起220 kV输电线路安装相间间隔棒后在覆冰舞动时跳闸的案例，计算造成输电线路跳闸的舞动阶数，根据间隔棒的受力情况分析其失效的原因，提出新的间隔棒安装方法及柔性相间间隔棒的选择原则。

1故障情况

2013年3月30日7时35分，某供电公司220 kV线路故障跳闸，选相L2、L3相(上、中相)，重合闸未启动，试送电未成功。线路为同塔双回架设，导线型号为LGJ-300/40，弧垂9.2 m，故障段档距329 m，L2、L3相横担垂直距离7.2 m、水平距离1.0 m，2012年10月曾对该线路加装柔性相间间隔棒进行防覆冰改造。故障前为雨雪天气，气温-4～-2 ℃，平均风速3 m/s；故障时为极端大风雨雪天气，平均风速12.6 m/s。现场发现导线上有覆冰，覆冰厚度约13 mm。现场导线相间距离及间隔棒安装位置如图1所示。

l为线路档距。图1　现场相间距离及间隔棒安装位置

2故障原因

线路舞动造成跳闸的原因一般是舞动时波峰值较大，造成线路相间安全距离不足，引起相间放电。现从导线舞动时相间距离分析线路跳闸的原因。

2.1舞动幅值

导线舞动时的轨迹可用椭圆形表示[4-5]，如图2所示。

图2　导线舞动轨迹

椭圆长轴与竖直方向的夹角约15o，长、短轴之比为2～5。长、短轴的计算公式为[6]：

(1)

式中：η为气象因数，其取值为特强舞动区0.20，强舞动区0.15，中等舞动区0.10，弱舞动区0.05；v为风速；β为风向与导线走向的夹角；f为导线的舞动频率。

导线舞动时一般发生1阶舞动，其舞动频率与导线的1阶固有频率接近。导线的舞动频率[7-8]

(2)

式中：fn为导线n阶舞动频率，T为导线张力，ρl为导线的线质量。

2.2舞动时相间距离

图3　导线舞动不同步

LGJ-300/40型导线的参数：总截面积338.99 mm2，外径23.9 mm，线质量1 131 kg/km，额定拉断力92.36 kN。由导线已知参数可计算得到导线使用张力为31.95 kN，通过式(2)可计算得到导线1阶舞动频率为0.248 Hz。舞动区级别为特强舞动区，根据式(1)计算得到1阶舞动椭圆轨迹长轴为9.81 m，舞动幅值高达7.35 m，而导线静态时相间距离为7.25 m。导线舞动时造成相间距离最小的条件是三相导线舞动不同步，如图3所示。由图3可知，两相导线不同步舞动时会有交叉，发生1阶舞动时造成相间短路。

对于220 kV线路，工频电压下相间最小距离为0.9 m，重合闸成功时相间最小距离为2.1 m。当导线发生2阶舞动时，舞动轨迹椭圆长轴长度为4.90 m。考虑最坏情况，两相导线不同时舞动的相间距离最小为1.9 m，能满足安全距离的要求。由此可知，造成线路跳闸的原因是线路发生了1阶舞动，在线路中央安装的防舞间隔棒失效。

2.3防舞间隔棒失效原因

现场在l/2处安装相间间隔棒，为了减小舞动时固定点导线的应力，两相间间隔棒错开距离为1 m。为了避免三相线路共振，选择了柔性间隔棒。下面对柔性间隔棒在导线舞动时的受力情况进行分析。

导线舞动时相间间隔棒承受的轴向拉力或压载荷[9-10]

式中：We为单位长度导线自重，Wi为单位长度导线上覆冰重力，N为导线分裂数。

计算得知导线在舞动时间隔棒受力为3.87 kN。由此可知，若相间间隔棒在3.87 kN压力作用下两端距离小于220 kV线路相间安全距离0.9 m，安装在档距中央的相间间隔棒不能起到阻止线路1阶舞动的发生，即安装在档距中央的相间间隔棒由于刚性不足不能形成有效的节点。

为了检验现场安装的相间间隔棒抗拉和抗压性能，采用英斯特朗2360系列双立柱台式拉/压力试验机对其进行试验。试验过程中加力速度10 kN/min，在达到额定拉力或压力后保持拉力或压力1 min，拉力试验中间隔棒无损坏，压力试验中额定压力下变形满足相间安全距离要求。抗拉试验拉力取20 kN，考虑一定裕度后抗压试验压力取4 kN。对现场安装的相间间隔棒进行试验后发现：在20 kN的拉力作用下，间隔棒无变形、无损伤；在3.5 kN的压力下，间隔棒严重变形，两端距离缩至0.78 m；在4 kN压力下，两端距离缩至0.61 m。由试验结果可知：间隔棒刚性不足，导线舞动时不能在安装点形成节点，进而不能有效限制导线舞动幅值；仅在导线中点安装间隔棒，由于间隔棒节点前后的固有频率和阻尼频率相同，引起线路共振使导线舞动加强。以上多种因素共同作用，造成相间间隔棒防舞失效，引起线路跳闸。

3相间间隔棒优化布置及选型

3.1布置基本原则

在输电线路上安装防舞间隔棒后，会在导线舞动时形成节点，如果节点前后的舞动固有频率相等，舞动就会向后传播，产生线路谐振，进而引发更为强烈的舞动。为解决此问题，在安装间隔棒时应遵守“相邻节距不相等，整体安装不对称”的基本原则，以避免线路舞动幅值增加。

3.2优化布置

根据导线舞动时危及相间间距的舞动阶数来安装相间间隔棒，以控制导线的最大舞动幅值。单导线的舞动通常为1阶舞动，而多分裂导线的舞动阶数需根据运行经验来确定。

对于多分裂导线，先计算其危及线路安全运行的舞动阶数。本案例220 kV线路危及线路的舞动为1阶舞动，但仅治理1阶舞动会造成舞动谐振。为了取得更好的防舞效果，下面分析间隔棒的安装方式。

由于该线路在发生2阶及以上舞动时不会危及线路的安全运行，同时考虑相间间隔棒的安装原则，即间隔棒应当安装在相应阶次舞动的波峰或波谷处，建议对上中相安装2支间隔棒防止2阶舞动，中下相安装3支间隔棒防止3阶舞动。防止2阶舞动的间隔棒分别安装在l/4和3l/4处；防止3阶舞动的间隔棒安装在l/6、l/2和5l/6处。安装方式如图4所示。

图4　间隔棒安装示意图

3.3选型

目前间隔棒抗拉能力基本上能够满足要求，主要考核间隔棒的抗压指标，以免抗压能力不足造成间隔棒防舞失效。对于本文案例，在间隔棒的选择上应留有一定的裕度，其刚性应当满足在4 kN压力下两端距离大于1 m。

4结论

选用本文推荐的相间间隔棒和安装方式后，经过2年的运行经验，虽然现场还是出现了舞动现象，但舞动峰值有较大降低，没有出现因覆冰舞动引起线路跳闸的问题。

通过对一起220 kV输电线路因覆冰舞动而跳闸的案例分析，计算出输电线路的舞动阶数，分析结果表明，只有在1阶舞动时才造成线路相间短路，2阶及以上高阶舞动不会造成相间短路跳闸。根据间隔棒的受力情况分析了间隔棒失效的原因，认为现场安装的间隔棒刚性不足是造成相间短路的主要原因。根据以上结果提出了新的间隔棒的安装方法及柔性相间间隔棒的选择原则，在间隔棒的选择上，柔性间隔棒要考虑其抗压能力。

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张东(1986)，男，河南周口人。工程师，工学硕士，主要从事输电线路防灾减灾工作。

付豪(1984)，男，新疆乌鲁木齐人。工程师，工学学士，主要从事输电专业管理工作。

王立福(1982)，男，新疆乌鲁木齐人。工程师，工学学士，主要从事输电专业管理工作。

(编辑李丽娟)

Analysis on One Invalidation Case of Anti-galloping of Flexible Spacing Bar

ZHANG Dong1, FU Hao2, WANG Lifu2, DONG Xinsheng1, ZHOU Libing1

(1.State Grid Electric Power Research Institute of Xinjiang Electric Power Company, Urumqi, Xinjiang 830011, China; 2.State Grid Xinjiang Electric Power Company, Urumqi, Xinjiang 830011, China)

Abstract：Allusion to one case of 220 kV power transmission line tripping caused for reason of icing galloping, this paper tries to find out galloping orders of the conductor causing line tripping by calculation and analysis, and analysis results indicate that only one order galloping may cause phase short-circuit of the line. Then in aspects of tensile and compression resistance of the spacing bar, it analyzes reasons for invalidation of anti-galloping and it considers the main reason is insufficient rigidity of the spacing bar, and only prevention on one order galloping may cause resonance and intensify conductor galloping. In order to get better effect of anti-galloping, it proposes to install the spacing bar for preventing galloping of two and three orders and selection for flexible spacing bar should meet the requirement that interval between two conductors is not less than minimum interval for voltage operation at the time of maximum pressure of galloping.

Key words：power transmission line; icing; galloping; spacing bar; phase distance

作者简介：

中图分类号：TM752.5

文献标志码：B

文章编号：1007-290X(2016)02-0113-03

doi:10.3969/j.issn.1007-290X.2016.02.022

收稿日期：2015-07-20修回日期：2015-11-17