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中国电业【2020年第7期】

  • ID:271850
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  • 学科:产业经济
  • 更新时间:2020-07-17 15:16:34
  • 期刊: 中国电业
内容简介
《中国电业》杂志创办于1950年,是全国电力行业创办时间最早、覆盖面最广、影响最大的杂志。杂志以多种形式准确、及时、深刻地反映电力工业的改革和发展,以深度调查和理论探讨形成独到风格,在国际国内及电力行业内外都有较大影响,在电力媒体中长期处于领军位置。

220kV输电线路架空地线断股原因及措施分析

2020-07-20 16:49:09 产业经济 徐,东
资料简介

摘要:文章概述了架空地线断股原因分析的必要性,分析了引起架空线的微风振动主要因素及危害,然后对 220kV输电线路架空地线断股提出相应的措施,以供参考。

220kV输电线路架空地线断股原因及措施分析

徐 东

国网安徽省电力有限公司合肥供电公司 安徽合肥 230022

摘要:文章概述了架空地线断股原因分析的必要性,分析了引起架空线的微风振动主要因素及危害,然后对220kV输电线路架空地线断股提出相应的措施,以供参考。

关键词:220kV输电线路;架空地线断股;导线振动;原因

高压输电线路由于导线截面积大、档距长、导线安装距离高,加之多建设在山脊、平原的开阔地带,导线和架空地线因常年受到风、冰、低温等气象条件的影响,时常发生强烈振动,以致造成架空输电线路的导线断股、断线,给输电线路安全运行带来危害。

1. 架空地线断股原因分析的必要性

某220kV线路处于微气象地区(长期处于大风)引起直线塔悬垂线夹部位的架空地线(钢芯铝绞线)断股。架空地线的断股影响着输电线路上的电流流动,还使它的抗拉性能降低,严重威胁着整个输电线路的运行安全。微风振动是造成架空线断股的重要原因,一般发生在防振锤夹板、悬垂线夹、架空线内层等位置,工作人员在巡检时有些位置是不容易发现的,并且这种情况的危害性一般会比较大,可能造成重大的安全事故和经济损失。

2. 架空线的微风振动

2.1架空线产生受迫振动

架空线的受迫振动主要是由于层流风在遇到架空线后就会绕行,在架空线的背面,层流风发生分离,这样就会产生两个漩涡,这两个漩涡是对称反向的。当它的雷诺数达到100~210时,这两个漩涡就会上下交替、交错排列、周期性脱落,产生周期性的策动力,就产生了架空线的受迫振动。由于策动力的作用,会产生随着策动力变化的频率,而架空线也存在着一组固有频率,当两者相等或者接近时,就会使架空线产生强烈的共振,即微风振动。

2.2架空线振动时产生的能量关系

在不考虑阻尼的情况下,架空线的振动频率即策动力的频率,是等幅振动的,它的变化跟线路的固有频率没有关系。但是实际情况是当架空线产生受迫振动时,会造成临近线路的振动,这样会使整个架空线路波动,造成振动能量向四周辐射。架空线振动时能量的变化与多个因素有关。首先,策动力做功使架空线能量增加;其次,由于阻尼作用的影响,会使架空线的能量有一部分损耗,它和策动力的大小、频率以及架空线自身的频率都有很大的关系。当策动力做功大于阻尼损耗时,振动的振幅会不断增大,同时阻尼损耗也会不断增大。当策动力做功和架空线的阻尼损耗能量相等时,就会达到能量平衡,这样振动产生的振幅是不变的,就造成了微风振动。

2.3架空线振动产生的各种波形

220kV输电线路中,耐张杆塔将架空地线分为多个独立的振动系统,但是在同一个耐张段,各个振动单元之间是相互联系的。一个耐张段通常为3~5km,层流风在这段距离内变化很小,因此它们会获得相近的策动力频率。在架空线发生断股故障时,通常出现在同一根架空线或者是它的防振锤位置上。振动单元在传送振波时,会在悬挂点发生反射,这样使其反射波和原振波迭加,就形成了驻波。同时,由于波的干涉,不同频率的振波之间还会产生拍频波。

3. 影响微风振动的主要因素

微风振动是架空线路发生断股故障的主要原因,而引起微风振动的因素也有很多。首先,架空线的直径是导致微风振动产生的一个重要因素。架空线的直径

越小,会导致它的振动频率越高。在风速不变的情况下,架空线的直径越小,会使半波数增多,造成架空线上安装的防振锤不能发挥很好的作用。其次,风速和

风向是引起架空线振动的基本因素。风速只有保持在一定的速度,才能不产生“卡门涡列”,同时风向要与架空线之间的夹角小于300°时才能不产生微风振动,在450°~900°之间时,很容易发生振动。再次,架空线的应力越大,振动产生的半波越长,这样会很容易出现最大的半波长,使安装的防振锤效果不明显。最后,防振装置中防振锤频率由于不能很好覆盖整个架空线的长度,导致不能消耗架空线中产生的振动能量,也会产生微风振动。

4. 架空线的应力对断股现象产生的影响

观察该220kV线路左架空地线外层铝股严重断股的位置,发现外层铝线是从线夹处往两侧断开的,截止于防振锤处。没有出现一般型材拉断时的状况,而是在断口处出现了光滑区和粗糙区这两个不很明显的区域,显示出的特点就是疲劳破坏。其中光滑区是由于裂缝扩展,使架空线中承受的应力发生突变,长时间研磨形成的。粗糙区是由于裂缝扩展到一定程度导致线股断裂形成的。这个过程的发生没有明显的征兆,预防起来比较困难。

在其他条件不变的情况下,突变应力集中的构件会首先遭到破坏,主要是由于它的持久极限比较低。悬垂线和防振锤夹板内的架空线承受着轴向拉力、挤压应力、剪切应力等,应力突变会使线股和夹板之间产生滑动摩擦,导致线股损伤。因此,架空线发生断股现象与该位置的应力集中关系密切。

5. 220kV输电线路架空地线断股的相应对策

为了避免220kV输电线路架空地线断股现象的产生,应该制定一系列的对策:

第一,在建设架空线时,尽量绕开可能发生微风振动的区域,也可以尽量减少架空线路和风向之间的夹角。

第二,可以适当降低架空线的最大使用应力和运行应力。

第三,尽量选择阻尼性能较好的架空线。

第四,在安装架空线前要进行现场测试,用微风振动测试仪来确定该位置的实际运行频率,确定好防振锤之间的距离,合理地安装防振锤。

第五,线路的巡检要仔细,对发现有损伤的架空线要及时处理。

第六,将悬垂线换为阻尼线,减少微风振动引起的线路断股。

第七,要定期进行安全大检查,观察引流线是否有烧伤断股的隐患,还可以带电登杆,观察防振锤的根部是否有断股隐患的产生。

6. 结束语

220kV输电线路架空地线发生断股,在考虑线路的防振性能时,仅强调防振器的类型及其配置方式是远远不够的,还应重视地线自身的质量问题。如果线材本身质量不合格,单股线的受力过大,或因捻制不规范而造成自阻尼消失,则无论采取何种防振措施都无法起到作用。因此,建议在线路建设过程中,不仅要结合该地区的特殊地理环境和气候特征采取相应防振措施,尽量减小线路运行

张力,还要严格保证线材质量,使导线规格、型号等均符合工程设计和相关标准要求,从根本上达到防止线路损坏的目的。

参考文献:

[1] 张涛,高云鹏等. 500kV超高压输电线路架空地线频繁断股原因分析[J]. 内蒙古电力技术,2019(01):63-65.

[2] 李行志. 500kV架空地线断股原因及剩余强度分析[J]. 广西电力,2015(03):82-84.

[3] 毕晓伟,白志强. 输电线路避雷线雷击断股原因浅析[J]. 中国电力教育,2018 (S3):5-6.