勝利油田電網(wǎng)輸配電線路舞動(dòng)原因分析及防治對(duì)策

劉文波 李來鴻

(勝利油田電力管理總公司河口供電公司，山東東營 257200)

勝利油田電網(wǎng)輸配電線路舞動(dòng)原因分析及防治對(duì)策

劉文波 李來鴻

(勝利油田電力管理總公司河口供電公司，山東東營 257200)

本文介紹了勝利油田所轄電網(wǎng)2010年冬季發(fā)生輸配電線路導(dǎo)線舞動(dòng)經(jīng)過及其影響，從線路走向、地形地勢(shì)條件、線路結(jié)構(gòu)參數(shù)和氣象條件幾方面分析了形成舞動(dòng)的原因，介紹了目前國內(nèi)外防舞動(dòng)裝置的特點(diǎn)和適應(yīng)范圍，并結(jié)合勝利油田電網(wǎng)實(shí)際提出了一些提高線路抵抗舞動(dòng)能力的方法和措施。

線路舞動(dòng);氣象條件;地勢(shì)條件;防舞動(dòng)裝置

一、引言

2010年2月勝利油田所轄電網(wǎng)線路因覆冰發(fā)生強(qiáng)烈舞動(dòng)，造成萊州灣海區(qū)、埕子口、濱海海區(qū)、孤島地區(qū)110kV、35kV線路、6(10)kV線路大面積跳閘，影響采油廠涉及勝采、東辛、現(xiàn)河、純梁、濱南、孤島、孤東、樁西、河口、海洋、臨盤、清河等12家采油廠和石油開發(fā)中心、東勝、魯明、魯勝4家油公司，造成損失慘重。

根據(jù)我國近來發(fā)生的舞動(dòng)情況記載，大部分線路舞動(dòng)發(fā)生在東北地區(qū)、湖北和湖南等地，勝利油田所轄電網(wǎng)發(fā)生舞動(dòng)情況比較少。所以，在線路舞動(dòng)研究、防治措施以及舞動(dòng)的搶險(xiǎn)救災(zāi)方面沒有引起足夠重視，投入資金也較少。但是，隨著全球氣候的變化，惡劣、異常天氣增多，以后類似情況有可能增多。而且，勝利油田電網(wǎng)擔(dān)負(fù)著勝利油田原油生產(chǎn)供電任務(wù)，從保證國家能源角度也要引起高度重視，必須增加投入。投入必要的人力、物力進(jìn)行舞動(dòng)研究，對(duì)重要和易發(fā)生舞動(dòng)的線路加裝防舞裝置;備足搶險(xiǎn)工具和物資，進(jìn)行搶險(xiǎn)演練，全面提高抗災(zāi)能力。

二、輸配電線路舞動(dòng)跳閘原因分析

(一)舞動(dòng)原理分析

冬季，當(dāng)水平方向的風(fēng)吹到因覆冰而變?yōu)榉菆A斷面的輸電導(dǎo)線時(shí)，將產(chǎn)生一定的空氣動(dòng)力，在一定條件下，會(huì)誘發(fā)導(dǎo)線產(chǎn)生一種低頻率(約為0．1—3Hz)、大振幅(約為導(dǎo)線直徑的5～300倍)的自激振動(dòng)，就其性質(zhì)而言，這種振動(dòng)屬于馳振。由于其形態(tài)上下翻飛，形如龍舞，也稱為舞動(dòng)。形成舞動(dòng)的因素較為復(fù)雜，而各種因素又相互影響，構(gòu)成了舞動(dòng)激發(fā)與擴(kuò)展的復(fù)雜情況。歸納起來，對(duì)導(dǎo)線舞動(dòng)的激發(fā)與擴(kuò)展起主要作用的因素大致有四個(gè)方面，即線路的走向、地形與地勢(shì)，當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件，線路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)。

1．線路走向的影響

一段線路舞動(dòng)的大小與狀態(tài)，主要決定于風(fēng)向?qū)?dǎo)線的夾角，當(dāng)其夾角為90°時(shí)，對(duì)舞動(dòng)的影響最大;反之，當(dāng)夾角為零時(shí)，即風(fēng)向平行于導(dǎo)線軸線時(shí)，則引起舞動(dòng)的可能性最小。冬季以北風(fēng)居多，發(fā)生舞動(dòng)的線路多為東西走向。而與舞動(dòng)區(qū)段相連接，走向?yàn)槲鞅保瓥|南段和南北走向段的線路(即與當(dāng)天風(fēng)向夾角小于45°的區(qū)段)，均沒有發(fā)生舞動(dòng)現(xiàn)象。

2．地形與地勢(shì)的影響

根據(jù)國內(nèi)外的統(tǒng)計(jì)資料，導(dǎo)線舞動(dòng)多數(shù)產(chǎn)生于平原開闊地區(qū)，這是不難理解的。因?yàn)?，與山區(qū)或丘陵地區(qū)相比，平原與開闊地區(qū)無論從風(fēng)速還是空氣的流態(tài)開說，都更加有利于舞動(dòng)的形成。

3．線路結(jié)構(gòu)和參數(shù)的影響

如果把氣象條件和地形、地勢(shì)條件看作是引起導(dǎo)線舞動(dòng)的外因，那么，線路本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)就是引起舞動(dòng)的內(nèi)因了。這些因素包括:導(dǎo)線的類型(分裂導(dǎo)線或單導(dǎo)線)、張力、弧垂、檔距以及導(dǎo)線的特性與參數(shù)等等。在同樣的氣象條件和地理環(huán)境下，分裂導(dǎo)線比單導(dǎo)線更容易產(chǎn)生舞動(dòng)。對(duì)導(dǎo)線的中心線而言，導(dǎo)線的覆冰一般總是偏心而朝向迎風(fēng)面的，這個(gè)偏心質(zhì)量將會(huì)引起導(dǎo)線圍繞自身軸線產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，從而改變導(dǎo)線的迎風(fēng)面。這樣不斷覆冰、不斷扭轉(zhuǎn)的結(jié)果，使覆冰導(dǎo)線的截面形狀趨于圓形，以至于削弱了作用在導(dǎo)線上的空氣動(dòng)力荷載，對(duì)舞動(dòng)有一定的抑制作用。而分裂導(dǎo)線則不同，一般每隔幾十米就有一個(gè)間隔棒，將各子導(dǎo)線連接在一起。在每一個(gè)次檔距內(nèi)的子導(dǎo)線，其兩端被間隔棒固定，扭轉(zhuǎn)剛度大大高于相同截面的單導(dǎo)線，在偏心覆冰后很難繞其自身軸線扭轉(zhuǎn)，偏心覆冰狀況得不到緩解，所以，作用在分列導(dǎo)線上的空氣動(dòng)力荷載比單導(dǎo)線大得多。大截面的導(dǎo)線比小截面的導(dǎo)線易于產(chǎn)生舞動(dòng)，這與其自身的扭轉(zhuǎn)剛度有很大的關(guān)系。大截面的導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)剛度大，在偏心覆冰后難以產(chǎn)生自身的扭轉(zhuǎn)，使得覆冰層更多的堆積在同一方向，使導(dǎo)線的迎風(fēng)面與背風(fēng)面的冰層厚度差增大，覆冰導(dǎo)線的偏心度比小截面導(dǎo)線嚴(yán)重得多，因此產(chǎn)生舞動(dòng)的可能性要大得多。

4．氣象條件對(duì)舞動(dòng)的影響

風(fēng)向雖然是引起導(dǎo)線舞動(dòng)的一個(gè)主要因素，但是導(dǎo)線的舞動(dòng)是由于冰和風(fēng)的聯(lián)合作用產(chǎn)生的，即風(fēng)向是指使導(dǎo)線覆冰時(shí)的風(fēng)向。在本次舞動(dòng)區(qū)域的范圍內(nèi)，由于地處平原，地勢(shì)較為平坦開闊，沒有能夠影響風(fēng)向發(fā)生改變的地形，故引起導(dǎo)線舞動(dòng)的天氣可以確定為冬季，由于冬季勝利油田地區(qū)多刮北風(fēng)，尤其在有北風(fēng)的雨雪天氣內(nèi)，容易發(fā)生東西走向的輸電線路導(dǎo)線的舞動(dòng)。

易引起導(dǎo)線覆冰的氣象條件有以下三種:

霧凇。是由于山區(qū)底層云含有的過冷水滴形成的。在導(dǎo)線上的附著力較弱，覆冰層不厚，冰重不大，偏心情況也不嚴(yán)重，一般對(duì)導(dǎo)線不構(gòu)成威脅;

霜凇。當(dāng)溫度在冰點(diǎn)上下，風(fēng)力比較猛時(shí)，便會(huì)形成霜凇。其水滴凍結(jié)比較弱，而在導(dǎo)線上的附著力比較強(qiáng)，會(huì)對(duì)導(dǎo)線和桿塔構(gòu)成威脅;

雨凇。多發(fā)生在凍雨區(qū)的低海拔地區(qū)，在溫度接近冰點(diǎn)。風(fēng)速較大時(shí)產(chǎn)生，冰質(zhì)透明，在導(dǎo)線上的附著力極強(qiáng)，冰的密度也很高，在0．90～0．92g/cm之間。在雨淞地區(qū)，由于凍雨的持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，可能形成較厚而堅(jiān)實(shí)、不易脫落的覆冰層，成為發(fā)生導(dǎo)線舞動(dòng)的重大威脅。

(二)勝利油田電網(wǎng)本次舞動(dòng)的特點(diǎn)

垂直排列的線路發(fā)生舞動(dòng)的居多，三角形排列的較少，在轉(zhuǎn)角附近發(fā)生舞動(dòng)的多，檔距較大的線路發(fā)生舞動(dòng)的多，35kV及以下電壓等級(jí)的線路舞動(dòng)的居多，110kV及以上線路舞動(dòng)的較少。

氣象條件同時(shí)具備了發(fā)生舞動(dòng)的各種因素:風(fēng)力較強(qiáng)、溫度在冰點(diǎn)附近、接近的雨凇環(huán)境。

舞動(dòng)現(xiàn)象基本符合理論研究的結(jié)果:發(fā)生舞動(dòng)區(qū)段內(nèi)的輸電線路走向與風(fēng)向基本垂直，而與風(fēng)向夾角小于45°的線路沒有發(fā)生舞動(dòng)。

三、防范措施

鑒于導(dǎo)線舞動(dòng)對(duì)線路安全運(yùn)行造成的危害十分重大，諸如線路頻繁跳閘與停電、導(dǎo)線的磨損、燒傷與斷線，金具及部分構(gòu)件的損壞等等，都會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失與社會(huì)影響。因此，必須采取行之有效的措施進(jìn)行防治。

(一)結(jié)合勝利油田所轄電網(wǎng)的實(shí)際情況和地理?xiàng)l件可以采取一些切合實(shí)際防治辦法

比如:事故中，有一部分6kV線路的橫擔(dān)由于只是單純由包裹固定在電桿上，線路發(fā)生舞動(dòng)時(shí)，橫擔(dān)易發(fā)生傾斜和扭曲。針對(duì)這種情況，部分公司借鑒35kV線路的設(shè)計(jì)在其橫擔(dān)下方加上兩個(gè)斜拉桿來固定橫擔(dān)，形成一個(gè)倒三角結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了穩(wěn)定性。有的公司通過線路改造，將一部分懸吊式絕緣子更換成為硅橡膠絕緣棒，增加導(dǎo)線間的距離。采用專門的抗舞動(dòng)金具，如抗舞動(dòng)線夾可以在舞動(dòng)發(fā)生的情況下，保護(hù)導(dǎo)線不受損傷。這些都是投資不大，但是能起到很好的防治效果。

(二)從設(shè)計(jì)施工角度考慮，要重點(diǎn)從以下幾方面考慮

1．避開易于形成舞動(dòng)的覆冰區(qū)域與線路走向。

一般來說，溫度在0～－5℃，風(fēng)速在10m/s左右的雨淞地區(qū)，是舞動(dòng)的多發(fā)地區(qū)，根據(jù)相關(guān)資料，可以把舞動(dòng)發(fā)生地區(qū)分為四類，列于表中。

表1 舞動(dòng)發(fā)生地區(qū)分類

針對(duì)上述因素，在線路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避開這些因素的影響，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)允許的條件下，盡可能繞過強(qiáng)舞動(dòng)地區(qū)，而在線路走向上，應(yīng)盡可能減小冬季風(fēng)向與線路走向間的夾角。

2．提高導(dǎo)線系統(tǒng)抵抗舞動(dòng)的能力

如對(duì)桿塔、絕緣子、金具、檔距、局部地區(qū)線路走向、運(yùn)行張力等進(jìn)行防舞設(shè)計(jì)，減少舞動(dòng)誘因，提高線路抗舞能力。

(1)對(duì)灘海地區(qū)常年浸泡在水中的35kV及以上電壓等級(jí)輸電線路采用管塔架設(shè)

優(yōu)先選用機(jī)械性能好的鋼芯鋁合金絞線。鑒于鋁絞線、鋼芯鋁絞線在多冰雪地區(qū)斷線、斷股頻繁，為了防止或減少導(dǎo)線斷線、斷股現(xiàn)象，在多冰雪區(qū)優(yōu)先選用鋼芯鋁合金絞線。

(2)合理選用抗污閃能力強(qiáng)以及抗拉、抗彎強(qiáng)度高的絕緣子

原6－10kV架空線路設(shè)計(jì)直線桿多采用瓷橫擔(dān)絕緣子及PS－15型針式絕緣子，建議在新架線路及已有線路改造時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)選用PS－20或有機(jī)復(fù)合合成絕緣子。

(3)合理確定導(dǎo)線相間距離，并采用加強(qiáng)型雙橫擔(dān)

原6－10kV架空線路設(shè)計(jì)普通直線桿采用長(zhǎng)度為1．3米L63×6型單橫擔(dān)、單絕緣子固定方式，僅在跨越桿型采用雙橫擔(dān)、雙絕緣子固定方式。鑒于灘海地區(qū)風(fēng)力較內(nèi)陸地區(qū)大，因此在灘海地區(qū)新建和改造線路中直線桿均采用雙橫擔(dān)、雙絕緣子固定方式，提高抗風(fēng)能力，防止支架歪斜和導(dǎo)線脫落、斷擔(dān)故障。同時(shí)，將橫擔(dān)長(zhǎng)度增長(zhǎng)至1．6米。

(4)縮小6(10)kV配電線路檔距

由原來的50－60米縮短為45米，在相間適當(dāng)加裝絕緣間隔棒，以減少因?qū)Ь€舞動(dòng)造成的相間短路故障。

(5)合理采用陸上電纜及海底電纜

對(duì)于灘海易受舞動(dòng)侵害、外力破壞較少的地區(qū)合理采用陸上電纜及海底電纜。對(duì)海油陸采平臺(tái)等修建進(jìn)海路的地方，建議在進(jìn)海路設(shè)計(jì)時(shí)即在道路一側(cè)預(yù)留電纜溝，建成后通過電纜向海油陸采平臺(tái)供電。對(duì)于已建成的海油陸采平臺(tái)(進(jìn)海路未預(yù)留電纜溝)和其他受路徑限制的油井(常年被水包圍)的情況，可以適當(dāng)?shù)牟捎煤５纂娎|直埋方式向以上負(fù)荷供電。通過合理的采用電纜供電，可以有效的避免線路發(fā)生倒桿、污閃等故障的發(fā)生。

(6)提高簡(jiǎn)易變防護(hù)水平

現(xiàn)有簡(jiǎn)易變?cè)O(shè)備簡(jiǎn)陋、自動(dòng)化水平低，可考慮提高防護(hù)水平，將變電設(shè)備安裝于室內(nèi)，并增加遠(yuǎn)方監(jiān)控功能。

(7)提高配網(wǎng)自動(dòng)化水平

對(duì)于灘海地區(qū)架空線路，適當(dāng)增加分段開關(guān)及FTU，提高配網(wǎng)自動(dòng)化水平，減少故障時(shí)停電影響范圍。

(三)采取防止舞動(dòng)的措施

采取各種防舞裝置與措施，改變與調(diào)整導(dǎo)線系統(tǒng)的參數(shù)，達(dá)到抑制舞動(dòng)的發(fā)生，或減輕舞動(dòng)的強(qiáng)度，以保證線路的安全，也是防治舞動(dòng)的重要方面。對(duì)于已建成的線路，則更是唯一的辦法。這類措施主要是通過在線路安裝某種防舞裝置來實(shí)現(xiàn)其抑制舞動(dòng)的功能。歸納起來，防止舞動(dòng)的措施可以分為如下幾類:

通過改變導(dǎo)線特性來起到抑制舞動(dòng)作用，多數(shù)防舞器屬于此類，包括失諧擺、抑制扭振型防舞器、雙擺防舞器、整體式偏心重錘等。

通過提高導(dǎo)線系統(tǒng)的自阻尼來抑制舞動(dòng)，如終端阻尼器。

通過提高風(fēng)動(dòng)阻力來達(dá)到抑制舞動(dòng)的目的，如空氣動(dòng)力阻尼器。

通過擾亂沿檔氣流來達(dá)到抑制舞動(dòng)的目的，如擾流防舞器。

通過各種防覆冰措施來達(dá)到抑制舞動(dòng)的目的，如采用低居里點(diǎn)合金材料，使用防雪導(dǎo)線以及大電流融冰等。

提高導(dǎo)線的運(yùn)行張力和縮短檔距也可以到一定的抑制舞動(dòng)的效果。

采用高強(qiáng)鋼等新材料，提高線路的機(jī)械強(qiáng)度，使其能抵抗1、2次中等強(qiáng)度的舞動(dòng)。

耐張塔引流應(yīng)增設(shè)減少引流線舞動(dòng)的跳線串，以防止引流線舞動(dòng)與桿塔放電:在輸電線路易覆冰舞動(dòng)地區(qū)建議設(shè)計(jì)為硬引流線。

采取防治結(jié)合，借鑒系統(tǒng)內(nèi)先進(jìn)的技術(shù)和成果，結(jié)合本地區(qū)舞動(dòng)發(fā)生的特點(diǎn)，對(duì)本地區(qū)發(fā)生的舞動(dòng)及時(shí)跟蹤，及時(shí)了解舞動(dòng)發(fā)生的情況和新特點(diǎn)，為舞動(dòng)的研究和防治積累資料。

對(duì)易覆冰地區(qū)的線路，可采取融冰措施。如:利用焦耳效應(yīng)、短路電流熱效應(yīng)、高頻高壓激勵(lì)時(shí)介質(zhì)損耗發(fā)熱以及雙分裂導(dǎo)線間電磁力、短時(shí)脈沖引起的電動(dòng)力除冰。

四、結(jié)束語

導(dǎo)線的舞動(dòng)由于它的大振幅，導(dǎo)致問題的強(qiáng)非線性;由于風(fēng)雨冰雪的隨機(jī)性，使得采用確定性模型常常無法全面模擬舞動(dòng)過程;由于舞動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)的千變?nèi)f化，又使得某些局部的經(jīng)驗(yàn)無法適應(yīng)各方面的實(shí)際情況，難以得到全面的推廣。所以，目前的各種防舞裝置都不是萬能的和一勞永逸的，要從理念上和實(shí)踐上徹底解決舞動(dòng)問題，還需要進(jìn)行大量的工作，包括機(jī)理研究、基本參數(shù)試驗(yàn)和測(cè)定、防舞工程實(shí)踐、相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等等，需要我們不斷地實(shí)踐和摸索，采取理論與實(shí)踐相結(jié)合的方針，提高我們防舞動(dòng)治理工作的水平。

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F62

A

1003－4145［2012］專輯－0336－03

2012－06－01

劉文波(1967—)，男，高級(jí)工程師，碩士研究生，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)自動(dòng)控制。李來鴻(1975—)，男，高級(jí)工程師，碩士研究生，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)自動(dòng)化。

(責(zé)任編輯:宋緒芬)