220 kV同塔雙回線路防脫冰跳躍故障措施應(yīng)用研究

牛 彪，王春偉，梁 偉

（1.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司，山西 太原030021；2.國(guó)網(wǎng)長(zhǎng)治供電公司，山西 長(zhǎng)治046011）

0 引言

冬季導(dǎo)線覆冰時(shí)，脫冰跳躍產(chǎn)生劇烈運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致鄰相導(dǎo)線間隙減小，容易造成相間閃絡(luò)、短路等故障，引起線路跳閘。導(dǎo)線脫冰時(shí)產(chǎn)生很強(qiáng)的沖擊力，絕緣子串掛點(diǎn)處不平衡張力增強(qiáng)，容易發(fā)生塔身塔材破壞、倒塔斷線等故障事件[1]。

近年來(lái)，山西省220 kV及以上同塔雙回線路因脫冰跳躍故障停運(yùn)8次，造成省內(nèi)部分電廠機(jī)組停運(yùn)。目前國(guó)網(wǎng)山西省電力公司管轄的百萬(wàn)機(jī)組送出12個(gè)通道就是同塔雙回路，在遭遇雨雪冰凍等惡劣天氣時(shí)，同時(shí)發(fā)生跳閘的幾率大，同一通道內(nèi)的雙回線路同時(shí)停運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)高，易引起相關(guān)部門的關(guān)注。因此，為了抑制覆冰導(dǎo)線脫冰跳躍對(duì)輸電線路的影響，本文選取2FG－SZC3型雙回路直線塔的輸電線路為研究對(duì)象，建立塔線體系和塔線體系—相間間隔棒的有限元模型，研究導(dǎo)線脫冰跳躍時(shí)不同設(shè)置情況下相間間隔棒對(duì)導(dǎo)線跳躍高度的抑制效果。

1 脫冰跳躍故障特點(diǎn)和機(jī)理

1.1 故障機(jī)理

脫冰跳躍[2]是指線路覆冰后在氣溫升高、風(fēng)力增大或機(jī)械外力等作用下發(fā)生覆冰整擋脫冰或在一擋內(nèi)的不同位置先后脫冰，引起線路的跳躍和輸電塔的振動(dòng)，造成線路的閃絡(luò)跳閘、金具磨損、斷股斷線，以及輸電塔失穩(wěn)倒塌等事故。

1.2 故障特點(diǎn)

導(dǎo)線脫冰跳躍時(shí)主要存在以下特點(diǎn)[3]：一是在擋距較小的時(shí)候，脫冰跳躍高度隨檔距近似線性增長(zhǎng)；擋距較大后，跳躍高度呈現(xiàn)出飽和的趨勢(shì)，隨擋距變化不大；擋距進(jìn)一步增大時(shí)，跳躍高度隨擋距增大而減小。二是有高差存在時(shí)，導(dǎo)線脫冰跳躍的方向?yàn)榇怪睂?dǎo)線斜擋距的方向，且沿垂直斜擋距方向的跳躍位移接近于無(wú)高差情況下的垂直跳躍位移。三是垂直排列的導(dǎo)地線除需防止導(dǎo)線脫冰跳躍可能導(dǎo)致導(dǎo)地線在擋距中央動(dòng)態(tài)接近閃絡(luò)之外，還應(yīng)考慮導(dǎo)線脫冰后所形成的不均勻荷載，可能導(dǎo)致導(dǎo)地線在擋距中央靜態(tài)接近閃絡(luò)。

2 220 kV線路加裝相間間隔棒方案

以220 kV朔向雙回線為例，制定采用安裝相間間隔抑制脫冰跳躍幅值方案。

2.1 設(shè)備情況

為簡(jiǎn)化計(jì)算，可將雙分裂導(dǎo)線等效為單模型，根據(jù)導(dǎo)線等效截面積及覆冰質(zhì)量等的原則，等效后的單導(dǎo)線直徑為冰厚為T=其中，D和T為等效后單導(dǎo)線的直徑和冰厚，d和t為原來(lái)單根子導(dǎo)線的直徑和冰厚。

該段線路導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ-300/40，具體參數(shù)見(jiàn)表1。由表1可推算出等效合成單導(dǎo)線直徑為33.851 mm，截面積為479.346 mm2。取單根子導(dǎo)線覆雪厚度為20mm，密度為100 kg/m3，則等效冰厚大約為28.28 mm。

導(dǎo)線采用2×LGJ-300/40鋼芯鋁絞線，導(dǎo)線覆冰取20 mm，127號(hào)塔與128號(hào)塔高差20 m，檔距685 m，按照下相子導(dǎo)線全部脫冰，其他兩相子導(dǎo)線仍然保持覆冰進(jìn)行計(jì)算。

表1 LGJ-300/40導(dǎo)線參數(shù)表

2.2 方案比選

脫冰時(shí)通常在擋距中點(diǎn)位移最大，對(duì)各種方案中最大位移進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估對(duì)脫冰跳躍的抑制效果。各種方案中最大位移對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表2，現(xiàn)場(chǎng)安裝相間間隔棒布置見(jiàn)圖2。

方案一：加裝4根間隔棒。方案一A，上相與中相加裝2根間隔棒（擋距1/5和3/5處），中相與下相之間加裝2根間隔棒（擋距2/5和4/5處）；方案一B，上相與中相加裝2根間隔棒（擋距1/5、1/2+10 m處），中相與下相之間加裝2根間隔棒（擋距1/2-10 m、4/5處）。

方案二：加裝3根間隔棒。方案二A，中相與上相加裝1根間隔棒（擋距1/2處），中相與下相之間加裝2根間隔棒（擋距1/4和3/4處）；方案二B，中相與上相之間加裝2根間隔棒（擋距1/4和3/4處），中相與下相加裝1根間隔棒（擋距1/2處）。

方案三：加裝2根間隔棒。方案三A，上相與中相加裝1根間隔棒（擋距1/4處），中相與下相之間加裝1根間隔棒（擋距3/4處）；方案三B，間隔棒均安裝在擋距1/2處，在上相與中相、中相與下相之間各加裝1根間隔棒。

表2幾種方案擋距中點(diǎn)脫冰跳躍位移數(shù)值

圖2現(xiàn)場(chǎng)安裝相間間隔棒布置圖（m）

3 加裝相間間隔棒不同方案分析

若三相導(dǎo)線同時(shí)脫冰，無(wú)論間隔棒如何布置，對(duì)脫冰高度的抑制效果都較小，各種間隔棒布置方案得到的導(dǎo)線中點(diǎn)最大跳躍高度差別不大。同時(shí)脫冰時(shí)間隔棒隨各相導(dǎo)線做同步等幅振動(dòng)，間隔棒未對(duì)脫冰跳躍起到抑制作用。

對(duì)比表明，脫冰相導(dǎo)線擋距中點(diǎn)附近沒(méi)有布置間隔棒時(shí)，導(dǎo)線脫冰后振動(dòng)幅度明顯加大；2根間隔棒方案將三相導(dǎo)線在擋內(nèi)進(jìn)行了兩等分，不利于舞動(dòng)和次擋距振蕩的防治；由于脫冰位置的隨機(jī)性，3根間隔棒方案無(wú)法同時(shí)對(duì)三相隨機(jī)脫冰的工況進(jìn)行有效抑制；從抑制導(dǎo)線脫冰跳躍的整體效果考慮，方案一B為優(yōu)選方案，結(jié)合舞動(dòng)防治要求，對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以同時(shí)保證舞動(dòng)和脫冰跳躍的抑制作用。

4 結(jié)論

220 kV朔向雙回線按照本方案實(shí)施后，相間間隔棒對(duì)三相導(dǎo)線呈豎直排列，能對(duì)輸電線路導(dǎo)線脫冰跳躍時(shí)的跳躍高度起到良好的抑制作用。在擋距的上相與中相加裝2根間隔棒（擋距1/5、1/2+10 m處），中相與下相之間加裝2根間隔棒（擋距1/2-10 m、4/5處）時(shí)方案最佳，為最合理的相間間隔棒布置方案。