输电线路上振动强度与风速关系的探究

杜昊，黄欢，毛先胤，吕乾勇

（贵州电网有限责任公司电力科学研究院，贵州 550002）

0 前言

不同风速会引起输电线路的不同的振动形式，长时间的振动对输电线路的危害极大，如风偏闪络，倒塔，减少输电线路寿命，甚至直接断股中断通电等。1989年8月13日，华东500 kV江斗线镇江段4基输电塔倒塌；1992年和1993年分别发生500 kV高压输电线路因风倒塌事故；2005年6月14日，国家“西电东送”和华东、江苏“北电南送”的重要通道江苏泗阳500 kV任上5237线发生风致倒塔事故，一次性串倒10基输电塔，造成大面积停电[1-2]；2006年，济长Ⅱ线A相对铁塔放电，导致跑闸[3]等等，风致架空输电线路振动比比皆是，提高输电线路运行安全性，减少线路灾害造成的人身伤害和经济损失十分重要。

不同风速对输电线路影响不同，输电线路上的信号会有不同的响应，本文选取实验线路不同风速情况下的实验数据，计算振动强度，观察风速随时间的变化趋势与振动强度随时间的变化趋势是否有一定的关联，结果显示风速随时间的变化与振动强度随时间的变化趋势整体一直，二者相关性系数接近0.9，有着很强的相关性。

1 理论分析[4]

风是导致输电线路振动的主要影响因素，当风输入能量，使得输电线路振动后，输电线路自阻尼和防振装置会消耗振动强度，能量平衡法的关键是确定风输入给导线的功率pw、输电线自阻尼功率pc和防振装置消耗的功率pd，本文暂不考虑防振装置和其他干扰，pw=pc（无防震装置时）pw关于风速的函数，pc关于振动强度的函数，由此可以看到振动强度和风速之间有一定的关系，下述将通过统计分析和计算观察振动强度与风速之间的关系。

2 振动强度与风速的关系

选取实验线路某一天的实验数据列举了不同风速下原始数据图形差异（图1，图2）及频谱图（图3，图4），观察大小风速下原始数据和 频谱差异，

图1 实验线路 风速为2.4 m/s时原始数据随时间分布图

图2 实验线路 风速为9.5 m/s时原始数据随时间分布图

图3 实验线路 风速为2.4 m/s时振动频谱图

从图上可以看到，原始数据风速2.4 m/s时原始数据曲线波动较大，风速9.5 m/s时原始数据波动很小，同时这种变化也反映在频谱图上风速2.4 m/s时，频谱图有一个突起的连续谱且在50 Hz以后波动迅速减小至接近0的位置，而风速9.5 m/s时频谱整体波动一致激烈呈缓慢递减趋势，二者对比可以看到小风速局部波动明显，大风速整体波动一直且递减缓慢，所以从频谱图上可以看到风大的频谱强度要比风小的时候大很多。

计算全频段的振动强度，画出相应时间的风速分布图（图5）和振动强度分布图（图6）。

图5 实验线路风速分布图

图6 实验线路振动强度分布图

从图上可以看到，风速随时间的分布和相应时间的振动强度随时间分布的趋势一致，随着风速增大或者尖减小，振动强度也有增大或者减小的趋势，计算风速与振动强度的相关性系数达到了0.896 5，可见风速和振动强度有很强的线性相关性。

图7 实验线路振动强度和风速分布对比图

根据得到的很强线性相关性，对振动强度st和风速vt进行拟合，得到

振动强度预测风速与实际风速对比图如图8所示。

图8 实验线路振动强度预测风速与实际风速分布对比图

拟合优度R^2=0.803 8，系数检验显著性强，平均绝对误差0.724 m/s，最大绝对误差2.8 m/s，拟合效果较好。

3 结束语

振动强度能够很好的反映风速的动态变化，二者之间有着明显的线性相关性，振动强度预测风速且预测精度较高。