輸電線路上振動(dòng)強(qiáng)度與風(fēng)速關(guān)系的探究

杜昊，黃歡，毛先胤，呂乾勇

（貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，貴州 550002）

0 前言

不同風(fēng)速會(huì)引起輸電線路的不同的振動(dòng)形式，長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)對(duì)輸電線路的危害極大，如風(fēng)偏閃絡(luò)，倒塔，減少輸電線路壽命，甚至直接斷股中斷通電等。1989年8月13日，華東500 kV江斗線鎮(zhèn)江段4基輸電塔倒塌；1992年和1993年分別發(fā)生500 kV高壓輸電線路因風(fēng)倒塌事故；2005年6月14日，國(guó)家“西電東送”和華東、江蘇“北電南送”的重要通道江蘇泗陽(yáng)500 kV任上5237線發(fā)生風(fēng)致倒塔事故，一次性串倒10基輸電塔，造成大面積停電[1-2]；2006年，濟(jì)長(zhǎng)Ⅱ線A相對(duì)鐵塔放電，導(dǎo)致跑閘[3]等等，風(fēng)致架空輸電線路振動(dòng)比比皆是，提高輸電線路運(yùn)行安全性，減少線路災(zāi)害造成的人身傷害和經(jīng)濟(jì)損失十分重要。

不同風(fēng)速對(duì)輸電線路影響不同，輸電線路上的信號(hào)會(huì)有不同的響應(yīng)，本文選取實(shí)驗(yàn)線路不同風(fēng)速情況下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算振動(dòng)強(qiáng)度，觀察風(fēng)速隨時(shí)間的變化趨勢(shì)與振動(dòng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)是否有一定的關(guān)聯(lián)，結(jié)果顯示風(fēng)速隨時(shí)間的變化與振動(dòng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)整體一直，二者相關(guān)性系數(shù)接近0.9，有著很強(qiáng)的相關(guān)性。

1 理論分析[4]

風(fēng)是導(dǎo)致輸電線路振動(dòng)的主要影響因素，當(dāng)風(fēng)輸入能量，使得輸電線路振動(dòng)后，輸電線路自阻尼和防振裝置會(huì)消耗振動(dòng)強(qiáng)度，能量平衡法的關(guān)鍵是確定風(fēng)輸入給導(dǎo)線的功率pw、輸電線自阻尼功率pc和防振裝置消耗的功率pd，本文暫不考慮防振裝置和其他干擾，pw=pc（無(wú)防震裝置時(shí)）pw關(guān)于風(fēng)速的函數(shù)，pc關(guān)于振動(dòng)強(qiáng)度的函數(shù)，由此可以看到振動(dòng)強(qiáng)度和風(fēng)速之間有一定的關(guān)系，下述將通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析和計(jì)算觀察振動(dòng)強(qiáng)度與風(fēng)速之間的關(guān)系。

2 振動(dòng)強(qiáng)度與風(fēng)速的關(guān)系

選取實(shí)驗(yàn)線路某一天的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列舉了不同風(fēng)速下原始數(shù)據(jù)圖形差異（圖1，圖2）及頻譜圖（圖3，圖4），觀察大小風(fēng)速下原始數(shù)據(jù)和 頻譜差異，

圖1 實(shí)驗(yàn)線路 風(fēng)速為2.4 m/s時(shí)原始數(shù)據(jù)隨時(shí)間分布圖

圖2 實(shí)驗(yàn)線路 風(fēng)速為9.5 m/s時(shí)原始數(shù)據(jù)隨時(shí)間分布圖

圖3 實(shí)驗(yàn)線路 風(fēng)速為2.4 m/s時(shí)振動(dòng)頻譜圖

從圖上可以看到，原始數(shù)據(jù)風(fēng)速2.4 m/s時(shí)原始數(shù)據(jù)曲線波動(dòng)較大，風(fēng)速9.5 m/s時(shí)原始數(shù)據(jù)波動(dòng)很小，同時(shí)這種變化也反映在頻譜圖上風(fēng)速2.4 m/s時(shí)，頻譜圖有一個(gè)突起的連續(xù)譜且在50 Hz以后波動(dòng)迅速減小至接近0的位置，而風(fēng)速9.5 m/s時(shí)頻譜整體波動(dòng)一致激烈呈緩慢遞減趨勢(shì)，二者對(duì)比可以看到小風(fēng)速局部波動(dòng)明顯，大風(fēng)速整體波動(dòng)一直且遞減緩慢，所以從頻譜圖上可以看到風(fēng)大的頻譜強(qiáng)度要比風(fēng)小的時(shí)候大很多。

計(jì)算全頻段的振動(dòng)強(qiáng)度，畫出相應(yīng)時(shí)間的風(fēng)速分布圖（圖5）和振動(dòng)強(qiáng)度分布圖（圖6）。

圖5 實(shí)驗(yàn)線路風(fēng)速分布圖

圖6 實(shí)驗(yàn)線路振動(dòng)強(qiáng)度分布圖

從圖上可以看到，風(fēng)速隨時(shí)間的分布和相應(yīng)時(shí)間的振動(dòng)強(qiáng)度隨時(shí)間分布的趨勢(shì)一致，隨著風(fēng)速增大或者尖減小，振動(dòng)強(qiáng)度也有增大或者減小的趨勢(shì)，計(jì)算風(fēng)速與振動(dòng)強(qiáng)度的相關(guān)性系數(shù)達(dá)到了0.896 5，可見(jiàn)風(fēng)速和振動(dòng)強(qiáng)度有很強(qiáng)的線性相關(guān)性。

圖7 實(shí)驗(yàn)線路振動(dòng)強(qiáng)度和風(fēng)速分布對(duì)比圖

根據(jù)得到的很強(qiáng)線性相關(guān)性，對(duì)振動(dòng)強(qiáng)度st和風(fēng)速vt進(jìn)行擬合，得到

振動(dòng)強(qiáng)度預(yù)測(cè)風(fēng)速與實(shí)際風(fēng)速對(duì)比圖如圖8所示。

圖8 實(shí)驗(yàn)線路振動(dòng)強(qiáng)度預(yù)測(cè)風(fēng)速與實(shí)際風(fēng)速分布對(duì)比圖

擬合優(yōu)度R^2=0.803 8，系數(shù)檢驗(yàn)顯著性強(qiáng)，平均絕對(duì)誤差0.724 m/s，最大絕對(duì)誤差2.8 m/s，擬合效果較好。

3 結(jié)束語(yǔ)

振動(dòng)強(qiáng)度能夠很好的反映風(fēng)速的動(dòng)態(tài)變化，二者之間有著明顯的線性相關(guān)性，振動(dòng)強(qiáng)度預(yù)測(cè)風(fēng)速且預(yù)測(cè)精度較高。