特高压输电线路导、地线风致振动防治技术研究.（小编整理）

第一篇：特高压输电线路导、地线风致振动防治技术研究.

2009特高压输电技术国际会议论文集 1 特高压输电线路导、地线风致振动防治技术研究 朱宽军 刘胜春 刘彬 付东杰 齐翼 邸玉贤

（中国电力科学研究院，北京市 海淀区 100192）

摘要：特高压输电线路导、地线会因风的激励而产生振动，包括：微风振动、次档距振荡、舞动、风偏等，重点对特高压线路微风振动和舞动的防治进行了研究。微风振动因其发生频率高、振动时间长，尤其是对于特高压线路的大跨越段，微风振动将很强烈，必须进行防治，开展了特高压大跨越防振理论、试验、防振方案研究，建立了防振试验关键技术，通过模拟试验并结合已有防振经验，推荐特高压大跨越工程采用Bate 阻尼线＋防振锤型式的防振方案。特高压线路的防舞措施与其他电压等级的防舞措施应有所不同，在对特高压线路舞动机理研究的基础上，提出特高压线路可采用失谐防舞机理、稳定性舞动机理及改变冰型减轻激励的防舞机理作为防舞设计的基本理论，并基于相应防舞机理研制了失谐间隔棒、线夹回转式间隔棒、双摆防舞器等防舞装置，并建立了相应的防舞设计方法。

关键词：特高压；导、地线；微风振动；舞动；防治 1 引言

架空输电线路在运行过程中会因自然条件的作用而发生多种灾害事故，其中导地线的风致振动就是线路发生灾害的主要因素之一[1]。强烈的振动会导致导线断股、金具损坏、线间短路、断线、甚至倒塔等事故，严重威胁着输电线路的安全运行[2-7]。根据导线振动的诱因和导线振动形式的不同，可以把导线的振动现象分为以下几种类型：微风振动、次档距振荡、舞动、风偏等，其中微风振动发生最频繁，常常导致导线的疲劳断股。舞动发生的概率较低，但一旦发生，很容易造成严重的电气和机械故障。次档距振荡和风偏问题在线路设计时较易得到解决，而微风振动

[2]（尤其是大跨越段的微风振动）和舞动[4-7]防治难度大，需给予特别的重视。特高压输电线路在运行过程中同样会面临微风振动和舞动问题，由于特高压线路具有电压等级高、档距大、挂点高、分裂数多、导线截面大等特点[3]，给线路的防振、防舞带来了新的问题。特高压输电线路导、地线微风振动防治技术研究 2.1 特高压普通线路的微风振动及其防治

特高压线路采用多（六、八等）分裂导线，并采用阻尼间隔棒，由于阻尼间隔棒具有良好的耗能减振作用，子导线的微风振动水平较相同条件下的单导线小得多，从这个角度而言，多分裂导线的微风振动防治存在有利的因素。前苏联和日本的交流特高压线路导线均采用八分裂型式，只安装了间隔棒，未安装其它型式的防振装置。我国500kV 普通线路四分裂导线若安装阻尼间隔棒，则在档距不超过500m 时一般不安装防振锤，当档距超过500m 时安装1～2个防振锤[8-10]。

由于特高压线路导线平均挂点更高，从确保安全的角度出发，我国特高压线路的防振参照了超高压线路的方式进行了防振设计。

2.2 特高压大跨越分裂导线的微风振动试验研究

架空输电线路大跨越段由于架线高、档距大、水面平坦开阔等原因，使得风能输入大，导地线微风振动水平远高于普通线路，若不采取措施进行防振，将产生严重的后果，由于大跨越段的特殊重要性，使得架空输电线路大跨越防振问题显得尤其重要。对特高压线路大跨越防振同样应加以特别重视，开展防振理论和试验研究。2.2.1 导线防振试验的基本原理

防振试验研究基于能量平衡原理，即:分裂导线吸收的风能等于导线自阻尼及防振装置（档端防振措施及档中阻尼间隔棒）消耗的能量，用下式表示：

w c d s p p p p =++(1

式中，p w ——导线吸收的功率，mW/m；p d ——防振装置消耗功率，mW/m；p c ——导线自阻尼消耗功率，mW/m；p s ——阻尼间隔棒消耗功率，mW/m。

（1）风能曲线的选取

国际上较通用的风能曲线是美国的Slethei 风能曲线和意大利的Diana 风能曲[11]。其中，Slethei 风能曲线更偏于安全，从安全的角度考虑，特高压多分裂导线的数据处理选用Slethei 风能曲线。

Slethei 风能曲线是针对单导线的，对于特高压 2 特高压输电线路导、地线风致振动防治技术研究

多分裂导线，由于背风侧子导线处于迎风侧子导线的尾流中。因此，背风侧子导线吸收的风能与迎风侧子导线吸收的风能不同，迎风侧子导线吸收的风能可用上述Slethei 风能曲线来计算，背风侧子导线吸收的风能采用修正后的Slethei 风能曲线来计算。

（2）导线自阻尼数据的拟合方法

导线自阻尼试验方法采用IEEE 中使用的功率法[12]。由于试验测量的导线自阻尼数据是离散的点，不便于计算和使用，为便于数据处理，将其拟合成解析式，如下式：

(, 10(c Y P f Y D βα=Φ=(2

式中： P c ——导线吸收功率，mW/m；f ——导线

振动频率，Hz ；D ——导线外径，mm ；Y ——导线波腹双振幅，mm。α，β需通过试验测定，拟合成频率f 的多项式形式。

根据导线自阻尼试验结果，应用能量平衡原理，可计算得到导线未安装防振方案时振动的大小，即频响特性曲线，如图1所示，为我国1000kV 特高压试验示范工程黄河大跨越用导线AACSR/EST-410/150频响特性曲线。

图1 无防振方案时导线AACSR/EST-410/150频响特性

（3）分裂导线复核试验数据处理方法

单导线试验方法与处理数据与以往相同，但分裂导线情况就不一样了，随着分裂数的不同，其受激振的情况差异较大，以八分裂导线为例，由于八分裂导线子导线数目与排列方式与其他分裂形式不同，所以在数据处理上有较大差异。

由于八根子导线的张力、刚度、阻尼特性等工况不可能完全相同，所以八根子导线的振动强度稍有差异，试验的激振功率为总功率，是各子导线系统消耗功率之和。

八根子导线上所安装的防振方案相同，各子导线防振方案所消耗的功率与导线的波腹振幅的规律是一致的，即：相同的振幅消耗相同的功率。因此，各子导线消耗的功率按其导线的波腹振幅进行

分配。子导线防振方案消耗的功率为：(d Y P K D α=(3

式中，K，α为试验参数。

微风振动为垂直方向上的振动，而八分裂间隔棒八个线夹沿间隔棒中心向四周发散，因此每个线夹竖直方向上的刚度不尽相同，对导线的振动抑制作用也不一致，会使子导线在振源激励相同的情况下，振幅略有差异。为便于数据处理和计算，引入分裂导线等效波腹振幅A，以计算整个分裂导线消耗的总功率。

等效振幅如式(4计算： 8 1 i i A y α α==

∑(4 式中，A 为等效振幅，y i 为子导线振幅，α为试验 参数。

这样可求得八分裂导线的平衡振动功率P ′，考虑间隔棒阻尼作用的折减R，并加上安全系数s，可得八分裂导线的平衡振动功率P ：

' s P P ⋅=

(5 式中，R 和s 为八分裂线路试验确定的参数，P ′八 分裂导线的平衡振动功率,P 为考虑折减后的功率。

能量平衡计算原理如图2所示，风能与导线及防振装置消耗能量曲线的交点即为稳定振动时的平衡振幅，此时输入能量与吸收能量相平衡。

图2 导线能量平衡计算原理图

将P 插值到各子导线的功率和应变对应关系中

去，即可得到各关注点的动弯应变值。如动弯应变值满足技术要求，则该防振方案合格。2.2.2 导线防振方案

（1）多分裂导线防振试验的关键技术

由于实验室防振模拟试验时多分裂导线存在不平衡振动的问题，为此，研究建立了多分裂导线防振试验的关键技术，探索了分裂导线平衡振动的技术指标，对影响分裂导线子导线平衡振动的因素

2009特高压输电技术国际会议论文集 3 进行了分析，并采取了相关措施确保各子导线达到平衡振动的要求。（2）防振方案型式的选择

大跨越导线的防振方案有以下几种型式：Bate 阻尼线、Bate 阻尼线＋防振锤、双Bate 阻尼线、交叉阻尼线、防振锤组合、圣诞树阻尼线等。这些防振装置的基本原理都是改变导线的振动模式，通过自身的振动消耗系统的振动能量，从而降低导线的微风振动水平。与超高压工程四分裂导线防振相比，以特高压大跨越工程采取八分裂形式为例，由于八分裂阻尼间隔棒对导线的牵制作用，八分裂导线的防振相对容易[13]，因此，防振方案也较四分裂导线简单。鉴于特高压工程的极端重要性，为确保特高压大跨越导线的绝对安全，从偏于保守的角度考虑，我国建设的特高压试验示范工程大跨越防振以Bate 阻尼线＋防振锤为首选防振方案，另外也考虑采用单纯防振锤型式的防振措施，以探讨特高压线路大跨越工程的合理的防振方案，具体的防振方案必须通过试验来确定。

（3）防振方案的设计

从图1中可以看出，未安装防振方案时导线悬垂（耐张）线夹出口的动弯应变在约15~70Hz时均超出动弯应变许用值，最大动弯应变达到412με，远远超出技术条件要求，故必须安装防振方案来抑制导线的振动，以便将导线的振动水平控制在安全范围内。从研究的角度出发，本次设计两种型式的防振方案，通过试验比较其防振效果。

1）Bate阻尼线＋防振锤的联合防振措施 根据无防振方案时导线频响特性，考虑不同长度阻尼线花边的频率响应范围，防振方案选择不同长度花边的组合，使其在整个微风振动频率范围内均具有良好的耗能减振作用，并对主要振动频率范围重点防护。必要时档中侧（外侧）小花边进行剥层处理，一方面可以减轻外侧花边的重量，降低花边线夹处导线的动弯应变值，另一方面可以改变该花边的响应频率，改善防振方案的频响特性。同时在大花边中安装防振锤来加强防振方案低频防振效果，通过防振锤和阻尼线的联合使用可使整个防振方案性能达到最佳。

2）全防振锤的防振措施

根据无防振方案时导线频响特性和防振锤的功率特性，分析计算防振锤的安装位置。2.2.3 防振方案试验

（1）基本试验情况

以实际工程参数（导地线产品、跨越长度、运行张力等）为依据，将设计计算的多种防振方案分别安装于导线上，在导线的各关注点上贴上应变片以测量动弯应变。振动试验方法类同于导线自阻尼试验，频率范围和个数也类同于导线自阻尼，试验的功率要涵盖现场可能出现的功率值。试验得到激振功率与导线波腹振幅以及导线各点的动弯应变的关系。试验频响特性如图4所示, 安装在分裂导线上的Bate 阻尼线＋防振锤型式的防振方案如图5所示。

(c 导线直线档防振方案三(d 导线直线档防振方案四 图3 导线直线档防振方案 图4 直线档防振方案频响特性

图5 Bate阻尼线＋防振锤型式的防振方案 从试验结果中可以看出，安装了防振装置的导 4 特高压输电线路导、地线风致振动防治技术研究

线的最大动弯应变大大降低，最后通过试验优选，选择最优的防振方案供工程使用。特高压输电线路导、地线舞动防治技术研 究

3.1 特高压输电线路舞动特点

根据国外特高压线路试验及运行经验，在特定的气象条件下特高压线路会产生强烈的舞动，造成严重的危害。特高压线路具有利于发生舞动的内部因素，导线不均匀覆冰后在风的激励下容易发生舞动现象。

（1）线路结构与参数条件。特高压线路具有导线分裂数多、导线截面大、架线高、档距大等利于舞动的特点，从舞动的特征、舞动的强度等方面来看，特高压线路与超高压线路相当。

（2）不均匀覆冰和风激励条件。特高压线路舞动发生的条件与其它电压等级输电线路基本相同，一般是风速：6~25m/s，覆冰厚度：3~25mm，气温：－6~0℃；地形一般为：平坦开阔地、江河湖面等。因此，对于经过平坦开阔的雨凇地区的特高压线路应注意防舞工作。

基于上述的分析，对我国特高压输电线路进行详细的舞动分析及进行相应的防舞设计是必要的。同时，根据特定的线路参数及冰风条件，对特高压输电线路的防舞设计方法及相应防舞装置的研发也会与其它类型输电线路的防舞有所不同。本文在充分调研和总结已有防舞研究成果的基础上，研究建立了适用于我国特高压输电线路的防舞措施。通过研究分裂导线覆冰扭转特性，及扭转振动与横向振动的耦合问题，建立了分裂导线失谐防舞机理，设计失谐间隔棒防舞装置；基于减轻导线覆冰不均匀性原则研制了线夹回转式间隔棒；基于舞动稳定性机理设计双摆防舞器；建立了相应防舞器的防舞设计方法。

3.2 特高压输电线路舞动机理分析 3.2.1 导线舞动激发机理分析

经过多年的研究，在起舞机理、舞动过程等方面取得了很多重要的成果。目前，存在四中有代表性的舞动理论，分别为Den Hartog提出的横向起舞机理[14]、Nigol 提出的扭转振动起舞机理[15]、偏心覆冰惯性耦合起舞机理[7]以及我国学者提出的动力失稳起舞机理[16]。

分析现有的输电线路舞动激发机理，可得到如下的结论：

（1）输电线路舞动的激发是一个复杂的流固耦合问题，并且受到许多参数的影响和制约，例如导线结构参数、冰、风、雨量、气温、气压等等。因此，到目前为止仍然没有得出一个统一的普适的激发机理，现有的激发机理都是基于某种简化力学模型，重点考虑部分影响参数而得到的，故对于同一条线路，在不同条件下、不同时间段可能出现不同的舞动激发模式。

（2）Den Hartog横向振动激发机理是在只考虑导线垂直方向自由度的情况下得到的，Nigol 扭转激发机理是同时考虑导线垂直方向自由度和扭转自由度情况下

得到的。对于实际线路，当首先达到横向振动激发条件时，将出现Den Hartog舞动；而当首先达到扭转振动激发条件时，将出现Nigol 舞动；因此，两者并不矛盾。而对于分裂导线而言，其扭转特性和单导线相比有本质的不同，其同阶扭转频率和横向振动频率更加接近，从而更易激发

Nigol 形式舞动，因此，分裂导线往往比单导线更易发生舞动。

（3）在理论分析的角度，舞动稳定性激发机理较之前三种激发机理更完备，实质上它涵盖了Den Hartog、Nigol 和惯性耦合激发机理的内容。应用稳定性激发机理进行防舞器设计可以不必判断具体激发模式，而直接判断经防舞设计后导线系统的稳定性，对防舞装置进行设计和验算。3.2.2 特高压输电线路防舞机理分析

（1）失谐防舞机理

对于分裂导线的舞动，扭转和横向振动的耦合可能是引起舞动的主要原因，振动波在导线各个子档距之间进行传播，最终诱发整个档距内只有一个或少数几个半波的舞动现象。抑制覆冰导线扭转振动和横向振动之间的耦合作用，限制振动波在相邻次档距之间的传播，从而抑制舞动的发生，称之为失谐防舞机理。

（2）稳定性防舞机理

为确保特高压输电线路具有良好的防舞性能，必须在线路的适当位置安装防舞装置，由于特高压线路的复杂性，利用运动稳定性分析进行防舞设计可以不必判断具体的激发模式，而直接判断经防舞设计后导线系统的稳定性，得到最优的防舞器设计和配置方案。

（3）改变覆冰冰型抑制舞动理论

导线不均匀覆冰是输电线路舞动的必要条件，2009特高压输电技术国际会议论文集 5

如果能有效的改变线路覆冰的不均匀程度或使覆冰趋于均匀，可以显著减轻空气动力效应，达到防舞的效果。特别对于特高压线路，由于分裂数多，风的激励效果强，风能输入大，通过改变覆冰冰型来抑制舞动将是一种非常有效的途径。

3.3 适用于特高压输电线路的防舞设计和防舞装置研究

基于舞动机理的研究，本文研究提出了三种防舞设计方法，并开发了相应的防舞装置。3.3.1 失谐间隔棒

（1）失谐防舞机理。

当输电线路导线为多分裂时，子导线间通常要采用整体式间隔棒。由于各子导线按相同的比例被分割成若干次档距，分裂导线整体扭转刚度较之单导线要低，分裂导线同阶的扭转振动频率和横向振动频率往往非常接近，在冰、风作用下分裂导线更易激发Nigol 提出的扭转起舞现象；同时使用整体式间隔棒，振动波很容易实现在相邻次档距之间的传播，从而最终形成整个档距内只有一个或少数几个半波的横向振动，即引发了舞动。因此，分裂导线使用整体式间隔棒，往往使得导线更易产生谐振以致舞动，在外界条件作用下，增强了诱发舞动的可能性。如果既能发挥间隔棒的作用，又能消除使用整体式间隔棒带来的对于激发舞动的不利因素，将是一个有效的防舞途径。基于此，提出了失谐防舞机理，即是利用失谐效果同时考虑分裂导线扭转和次档距振荡实现多分裂导线防舞动的功能。具体设计方案为将传统的整体间隔棒分解，而采用双分裂间隔棒将子导线按一定配置两两相连，将此称之为失谐间隔棒。图6给出了六分裂导线失谐间隔棒的设计布置示意图，整体式间隔

棒变成若干双分裂间隔棒的组合，并按照一定的方法进行布置，同时失谐间隔棒也可以采用回转线夹形式，进一步提高防舞能力。

进一步分析，失谐防舞机理可解释为：①利用失谐间隔棒的不同布置使得多分裂导线各个次档距的动态特性互不相同，各个次档距之间的机械阻抗处于互不匹配状态，振动能量在各个次档距之间能够相互吸收，从而抑制次档距振动以及舞动的发生；②分裂导线在风激振过程中，使振动波在相邻次档距间的传播受到限制，起到抑制舞动发生的作用，同时导线彼此之间吸收能量也起到消振作用；③利用失谐间隔棒，破坏分裂导线运动的整体性，实现横向振动和扭转振动之间失谐。图6 失谐间隔棒示意图（2）分裂导线扭转刚度。

扭转刚度是对分裂导线进行防舞设计的一个重要参数。单导线与分裂导线的扭转刚度计算有着本质上的区别，前者是导线绕自身轴线扭转时的刚度，而后者是绕分裂圆中心扭转时，分裂导线整体所具有的刚度。单导线虽然不同于匀质圆棒结构，但实验证明其扭转变形是线性的；分裂导线的扭转变形则呈非线性分布，而且非常特殊。

单导线的扭转刚度作为导线本身的一种固有属性，只与导线所用材料、导线几何特征、结构特征和使用情况有关，扭矩-扭角关系曲线基本呈线性。而对于分裂导线的扭转刚度要复杂的多，其影响因素也比较多，通常表现为非线性特征。具体而言，影响分裂导线扭转刚度的因素主要包括导线的几何和结构特征、导线运行张力、间隔棒的影响、导线和相应的连接杆塔之间的连接方式、导线覆冰等其它外在因素。因此，到目前为止，仍然没有给出一个分裂导线扭转刚度的精确解析表达式，工程中往往利用一些经验公式进行计算。另外，Nigol [15]和Wang [17,18]等学者也开展了相关工作，并得到了一些简化计算公式。

但由于分裂导线扭转刚度通常是非线性的，而且其影响因素众多，无论Nigol 的公式还是Wang 的公式只是考虑了部分影响因素，对于很多实际线路可能存在很大的误差，这些通过许多实际线路的试验得到了说明。特别对于本文提出的失谐间隔棒的设计，由于间隔棒的分开布置，使得只考虑整体扭转提出的扭转模型和推导出的简化计算公式，不能准确地描述布置失谐间隔棒的分裂导线的扭转特性。针对上述问题，本文基于分裂导线结构特征和扭转大变形问题提出一种新的多自由度有限元模型，模型对导线、间隔棒、塔线连接方式以及导线覆冰等外界条件因素进行细致建模，计算过程分 特高压输电线路导、地线风致振动防治技术研究 为分裂导线静平衡和扭转大变形两个步骤完成。通过相应的分析可得到如下结论： ①分裂导线扭转刚度比单导线要复杂的多，表 现为非线性性质，其大小以及变化规律是影响分裂 导线动力特性的一个非常重要的因素，分裂导线的 结构设计、防舞防振的设计都需要对扭转刚度进行 深入的研究。②使用失谐间隔棒时分裂导线整体扭转刚度 小于使用整体式间隔棒的导线，假设ΔL 为两个双 分裂失谐间隔棒之间的距离，则随着ΔL 的增加，导线扭转刚度逐渐降低。并且有 J 1 < J 2 < J 3 ；其中，图7 双分裂间隔棒样本（失谐间隔棒用）J1—无间隔棒时分裂导线扭转刚度； J2—采用失谐 间隔棒时分裂导线扭转刚度；J3—采用整体式间隔 棒时分裂导线扭转刚度。③使用失谐间隔棒时，通过双分裂间隔棒的分 散布置，分裂导线的整体扭转性质被破坏，其局部 扭转性质比使用整体式间隔棒变得更加复杂，使得 分裂导线局部受到扰动时更难达到整体的扭转。④分裂导线同阶横向振动频率和扭转振动频 率非常接近，很容易诱发耦合振动。分裂导线的扭 振会加剧导线垂直振动的空气动力负阻尼效应，从 而激起导线的舞动。⑤利用失谐间隔棒可以使多分裂导线各个次 档距的动态特性分散而互不相同，各个次档距之间 的机械阻抗处于互不匹配状态，振动能量在各个次 档距之间能够相互吸收，抑制次档距振动的发生，也起到防舞效果。由上述分析可知，基于失谐理论的失谐间隔棒 设计可以达到防舞动的效果。（3）失谐间隔棒的设计布置方法 根据失谐间隔棒的性能要求设计了对应的双 分裂间隔棒，如图 7 所示为失谐间隔棒，其中间隔 棒两线夹可以都采用普通固定式握持线夹，也可以 采用一端为固定式一端为回转式的型式。失谐间隔棒的布置可以有多

种方式，如图 8 所 示通过控制参数 ΔL1 , ΔL2 的取值确定相应的布置方 案。控制参数的选取主要是防止分裂导线次档距振 荡、风压和电磁吸引力以及分裂导线翻转自恢复等 方面进行考虑。由此，建立以抑制次档距振荡和风 压与电磁吸引力为主要目标函数，同时考虑微风振 动和舞动影响的次档距的计算模型，运用非线性数 学规划的方法对间隔棒的布置方案进行优选，最终 确定间隔棒的布置方案。图8 失谐间隔棒布置示意图 3.3.2 线夹回转式间隔棒（1）防舞机理简述 “不均匀覆冰”是输电导线产生舞动的另一个 重要诱因，也是舞动发生的一个必要条件。如果能 够采取措施阻止导线产生不均匀覆冰，或有效降低 导线不均匀覆冰程度，无疑对防治舞动是十分有利 的。分裂导线因为沿着整个档距由间隔棒固定并分 割成若干次档距，这在很大程度上改变了导线的状 态，特别是对于传统设计的固定式连接的间隔棒，使得子导线在这种间隔棒附近无法实现相应的转 动，同时由于这种连接，使得长度更短的次档距段 导线扭转刚度增大，次档距内部子导线实现扭转需 要更大的静扭矩，导线很难产生绕自身轴线的转 动，这也是分裂导线较之单导线更易发生舞动一个 原因。根据上述分析，如果能够全部或者部分的取消 档内间隔棒线夹对子导线的扭转向约束，使得子导 线具有单导线的扭转状态，这样当导线不均匀覆冰 后由于偏心扭矩的作用能产生绕其自身轴线相对 自由的转动，从而可以消除或减轻覆冰的不均匀程 度，降低风激励作用下的升力效应，达到防舞或抑 制舞动的作用。基于这种思路，在间隔棒的设计上，考虑将间隔棒部分线夹设计成可自由或在一定角 度范围内回转的形式，这样间隔棒的功能依然存 在，同时导线发生覆冰时也能降低其覆冰不均匀 性，在一定程度上抑制或降低舞动产生的可能性。

2009 特高压输电技术国际会议论文集 7（2）线夹回转式间隔棒的设计和布置方法 稳定性判据）来判别系统是否稳定。计算模型中同 时考虑了垂直、水平、扭转三个运动分量，并考虑 了三者的互相耦合[20]。图9 线夹回转式间隔棒防舞示意图 图 11 双摆防舞器实物图 图 10 线夹回转式间隔棒样品 线夹回转式间隔棒安装到多分裂输电线路上 替代普通间隔棒，既起到普通间隔棒的作用，还兼 具线路预防舞动的作用。因此其设计首先应满足普 通间隔棒的机械和电气性能要求，为此按照有关标 准应对其进行相关试验，特别是回转式线夹应满足 相应标准要求。其

设计示意图如图 9 所示，为三个 固定握持线夹，三个回转线夹。图 10 为所设计的 六分裂线夹回转间隔棒的样品。线夹回转式间隔棒的布置方法同 2.3.1(3中介 绍的方法相同，只是对于整体式的间隔棒，研究表 明，对特高压输电线路，风压和电磁吸引力相对于 次档距振荡对间隔棒安装间距的影响要小得多，因 此线夹回转式间隔棒进行布置时，可以将风压和电 磁吸引力不作为主要的优化目标函数，从而减小计 算工作量。3.3.3 双摆防舞器（1）双摆防舞器防舞机理分析 双摆防舞器的防舞设计基于稳定性防舞机理。其基本思路是：线路舞动是由于失稳造成的，为使 系统保持稳定，必须改变系统对舞动敏感的参数，例如增加系统扭转刚度和转动惯量等即可改变导 线系统舞动的冰风阈值，可有效抑制舞动，为此需 在系统中加入防舞装置，并在计算模型中把防舞装 置和覆冰的影响反映在内。为了数学上的严谨和使 用上的方便，采用线性动力稳定性理论作为分析的 理论基础[19]，运用代数稳定性判据 Routh－Hurwith（（2）双摆防舞器的设计和布置方案 基于稳定性机理的防舞设计所依据的技术条 件主要包括两个方面：气象条件、线路参数。气象 条件包括：覆冰厚度、风速范围、气温等。线路参 数包括：导线直径、扭转刚度、分裂数、运行张力、间隔棒安装等等。根据上述技术条件，应用稳定性防舞设计方 法，将相应参数直接代入进行分析和优化计算，来 确定双摆防舞器的理论摆长、理论摆角、理论质量 等设计参数，结合实际使用的间隔棒确定防舞器的 实际臂长、实际摆角、实际质量，初步定型防舞器。对初步定型的防舞器根据舞动、微风振动、电晕等 要求进行进一步参数优化，并经过试验验证最终完 成防舞器的定型。双摆防舞器的实物如图 11 所示。双摆防舞器采用间隔棒作为载体安装在导线 上，故防舞器与间隔棒之间的连接非常关键，应确 保连接的可靠。4 结论 对特高压线路的风致振动特点进行了研究，重 点进行了微风振动和舞动防治技术的研究，结论如 下：(1 特高压线路普通档导线由于采用阻尼间隔 棒，并由于多分裂导线的牵制作用，导线微风振动 易于解决；地线及 OPGW 的防振可参照超高压线 路的防振经验。(2特高压大跨越工程导线必须采取防振措施，安装防振方案，具体的型式应通过试验验证。(3Bate 阻尼线＋防振锤型式和全防振锤型式 的防振方案均可以起到良好的防振效果，从确保线 路长期安全稳定运行的角度出发，推荐采用 Bate 阻尼线＋防振锤型式的防振方案。特高压输电线路导、地线风致振动防治技术研究 东京:电气学会, 1982 年 4 月.[11] Aeolian vibration of overhead[C], CIGRE, France, Paris, 1970.NO.22-11.[12] IEEE guide on conductor self-damping measurements[S] IEEE Std 563-1978, New York: IEEE Power Engineering Society, 1978.[13] R.Claren, G.Diana, P.Nicolini, Vibration in multiple conductor bundles[C].Int.Conf.on Large High Voltage Systems(CIGRE, 1974, Fance, Paris, No 22-08: 1-24.[14] Nigol O, Buchan P G.Conductor galloping part I-Den Hartog mechanism [J].IEEE Trans on PAS, 1981(2: 699-707.[15] Nigol O, Buchan P G.Conductor galloping part II-torsional mechanism [J].IEEE Trans on PAS, 1981(2: 708-720.[16] 尤传永.导线舞动稳定性机理及其在线路上的应用[J].电力建设, 2004, 5(6: 13-15.[17] Jianwei Wang, Jean-Louis Lilien.A new theory for torsional stiffness of mulit-span bundle overhead transmission lines [J].IEEE Transaction on Power Delivery, 1998, 13(4: 1405-1411.[18] Renaud Keutgen, Jean-Louis Lilien, Teruhiro Yukino.Transmission line torsional stiffness.Confrontation of field-tests line and finite element simulations [J].IEEE Transaction on Power Delivery, 1999 14(2: 567-578.[19] 王照林.运动稳定性及其应用[M].北京: 高等教育出版社, 1992.[20] 陈晓明, 邓洪洲, 王肇民.大跨越输电线路舞动稳定性研究[J].工 程力学, 2004, 21(2: 56-60 收稿日期：2009-04-26。作者简介： 朱宽军(1969－，男，江苏南京人，硕士研究生，高级工程师，从 事架空输电线路防振动、防舞动及输电导线和电力金具的研究。E-mail: zhukuanjun@epri.ac.cn(4特高压线路在特定条件下也会发生舞动，其 发生条件、舞动特点与超高压线路基本相同。(5结合特高压线路的特点，提出特高压线路的 防舞应基于失谐防舞理论、稳定性防舞理论和改变 冰型抑制舞动的理论。研制(6在特高压线路防舞理论研究的基础上，了特高压线路防舞用失谐间隔棒、线夹回转式间隔 棒和双摆防舞器等防舞装置，并建立了其防舞设计 方案。参考文献 [1] [2] [3] [4] Palo Alto.Transmission line reference book: wind induced conductor motion [M], California: Electrical Power Research Institute, 1979.姚茂生.导线的风振与防振[J].华中电力, 1994, 7(3:57-62.刘振亚.特高压电网[M].北京: 我国经济出版社, 2005.赵 作 利.输 电 线 路 导 线 舞 动 及 其 防 治 [J].高 电 压 技 术 , 2004, 30(2:57-58.[5] 朱宽军, 刘超群, 任西春, 董玉明[J].特高压输电线路放舞动研究.高电压技术, 2007,33(11, 61-65.[6] [7] [8] [9] 丁锡广, 陶文秋.减轻送电线路导线舞动灾害的措施[J].高电压 技术, 2004, 30(2:54-55.郭应龙, 李国兴, 尤传永.输电线路舞动[M].北京: 我国电力出 版社, 2002.华东电力设计院.110～500kV 架空送电线路设计技术规程[S] DL/T 5092-1999.北京:中国电力出版社, 1999.徐乃管, 王景朝.500kV 线路大跨越分裂导线防振试验研究[J].电 力建设, 1994, 15(11:2-5.[10] 架空送电线路的微风振动[R], 电气学会技术报告(II 部第 129 号,

第二篇：2009 特高压输电线路在线监测技术的应用

特高压输电线路在线监测技术的应用

作者：zhangyap… 文章来源：本站原创 点击数： 0 更新时间：2009-9-18 20:58:59 【字体：小 大】 湖北安全生产信息网(安全生产资料大全)寻找资料>> 0引言 000 kV晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程具有电压等级高、传输容量大、传输距离远等特点，在线实时监测对于保证特高压电网的安全、稳定、可靠运行具有十分重要的意义。

特高压交流试验示范工程线路全长640 km，经过山西、河南和湖北3省，跨越黄河和汉江，穿越多个煤矿采空区，途经交通困难的太行山区、局部易舞区和微地形微气象区，沿线地形气象复杂多样。因此，应用在线监测技术对线路状态进行实时监控，可以及早发现事故隐患并及时予以排除，使线路始终以良好的状态运行。1输电线路在线监测技术 1.1概述

对输电线路在线监测技术的研究主要受2个技术因素制约，一是线路上监测装置的电源问题，二是监测数据的传输通信问题。随着传感器技术、电子技术和无线通信技术的发展，开发出了多种输电线路在线监测装置，例如：输电线路覆冰在线监测系统、输电线路杆塔倾斜监控系统、输电线路导线舞动监测系统等。1.2输电线路覆冰在线监测

输电线路覆冰在线监测系统实时监测导线覆冰情况，依托后台诊断分析系统对监测数据进行分析，实现对线路冰害事故的提前预测，并及时向运行管理人员发送报警信息，有效减少线路冰闪、舞动、断线、倒塔等事故的发生。

输电线路覆冰在线监测系统有2种工作原理：

1）通过监测线路拉力来反映覆冰状况。在绝缘子串上安装拉力传感器，监测导线覆冰后的受力状态，同时采集环境的温度、湿度、风速、风向等参数，将采集到的数据传输到后方监控中心，经数据计算及理论修正，给出线路冰情预报，及时给出除冰预警。

2）通过监测导线倾斜角、弧垂等参数来反映覆冰状况。采集导线倾斜角度、弧垂等参数，结合输电线路状态方程、线路参数和气象环境参数进行分析，计算导线覆冰后的比载、覆冰重量、覆冰平均厚度等覆冰技术参数，对覆冰的危险等级做出判定，并及时给出除冰信息。原理1将应力传感器串接在绝缘子上，其应用前提为应力传感器通过试验和安全性论证。原理2不需要改变线路参数、不会影响线路的运行安全。以上2种除冰方案均无法给出档内各段导线的覆冰形态，计算出的导线覆冰厚度是档内覆冰厚度均值。1.3输电线路气象和导线风偏在线监测

输电线路气象和导线风偏在线监测系统可为监测点所在线路设计和风偏校验提供实测依据；通过预警促使运行部门采取合理的风偏防范措施，协助运行部门查找放电故障点；通过检测中心对送电线路所经区域气象资料的观测、记录、收集，积累运行资料，完善风偏计算方法，同时准确地记录输电线路杆塔上最大瞬时风速、风压不均匀系数、强风下的导线运动轨迹等，为制定合理的设计标准提供技术数据。

输电线路气象和导线风偏在线监测系统通过在绝缘子串上安装角度测量系统，再结合线路本体数据及风速、温度等测量数据，综合计算出导线的风偏状况。1.4输电线路杆塔倾斜监测

煤矿采空区上部覆岩在重力、应力、自然力扰动作用下，易引发地面裂缝、岩体错位、崩塌、滑坡、地面塌陷等地质灾害，导致采空区杆塔倾斜、地基变形的情况时有发生，严重威胁输电线路的安全运行。

基于全球移动通信系统(global system for mobile communication，GSM)的杆塔倾斜监测报警装置可以实现对运行杆塔倾斜情况的实时监控和预警，已在220 kV及以下电压等级输电线路中得到应用，多次发现塔材变形、杆塔倾斜和基础位移等缺陷，保障了电网的安全运行。

考虑到特高压线路塔头无线电干扰严重、山区通信网络信号薄弱、基础与铁塔荷载大等特点，国家电网公司已组织开展了特高压GSM杆塔倾斜监测报警装置的研制工作，并已试验成功，为实现特高压线路运行杆塔倾斜情况的实时监控和预警提供了技术保障。1.5输电线路导线微风振动监测

微风振动是造成高压架空输电线路疲劳断股的主要原因。微风振动对架空线路造成的破坏是长期积累的，具有较强的隐蔽性，因此对其进行测量既能消除微风振动产生的隐患，又能为防振设计提供科学的依据。

微风振动监测系统通过导线振动监测仪记录导线与线夹最后接触点外一定距离处导线相对于线夹的弯曲振幅、频率和线路周围的风速、风向、气温、湿度等气象环境参数，结合导线本身力学性能资料，在线分析判断线路微风振动的水平和导线的疲劳寿命。1.6输电线路导线舞动监测

导线舞动会严重损害线路，造成金具断裂、导线落地，塔材、螺丝变形、折断，出现大面积停电。开展导线舞动在线监测技术的研究，加强对导线舞动的观测和记录工作，绘制出易舞线路和易舞区分布图，对指导线路防舞设计具有重要意义。

输电线路导线舞动监测原理为：根据档距和线路具体情况，在一档导线中安装适当数量的导线舞动监测仪，采集3个方向的加速度信息，依据对监测点加速度的计算分析及线路基本信息，分析舞动线路的舞动半波数及计算导线运行的轨迹相关参数，分析线路是否发生舞动危害，发出报警信息，避免相间放电、倒塔等事故的发生。

1.7输电线路视频监控在人口密集区、林区、开发区、交通繁忙区安装线路视频监视装置，实时监视、记录环境情况，及时发现危及线路安全运行的行为，避免造成事故。同时，可观察和记录线路覆冰、覆雪等过程。

输电线路视频监控系统集中了数字视频压缩技术、无线通信数据传输技术、新能源及低功耗应用技术，能实现对输电线路本体状况及其环境参数的全天候监测。但还存在无线数据传输量小、现场视频只能预设若干监控点而无法自由控制、无信号或信号微弱、少人地区监控设备数据传输和控制失灵等问题。在GPRS/CDMA网络发展迅速，3G网络、高速数据无线传输网络即将开通的前提下，使用无线网络实现对输电线路的远程监控功能，已经成为一种切实可行和符合未来发展趋势的有效方法。1.8输电线路绝缘子污秽监测

1）污秽度在线监测。一般采用停电方式测量绝缘子表面污秽度，包括等值盐密和灰密。文献[2]基于通过光纤传感器光能损耗和光场分布与盐分含量的对应关系，通过检测光能参数计算出传感器表面盐份，进而得到绝缘子表面的盐密值。

2）泄漏电流在线监测。绝缘子表面泄漏电流是电压、气候、污秽3要素的综合反映，因此可将绝缘子表面泄漏电流作为监测绝缘子污秽程度的特征量。泄漏电流在线监测利用泄漏电流沿面形成的原理，在绝缘子接地侧通过引流卡或电流传感器在线实时测量泄漏电流，利用信号处理单元计算出一段时间内泄漏电流的各种统计值(如峰值平均值、峰值最大值或大电流脉冲数)，通过无线传输将数据传输到数据总站，运用专家知识和自学习算法对各种统计值进行综合分析，对绝缘子的积污状况做出评估和预测。泄漏电流的大小与所用绝缘子的类型(材料、伞型、盘径)、污秽成分、盐密、灰密、气象条件等多种因素有关，也需要积累足够多的运行数据。

2在线监测技术在特高压线路中的应用 2.1基本要求

在线监测技术应用在特高压线路上具有必要性和可行性，对保证特高压线路安全运行意义重大。为逐步规范在线监测系统的技术要求和为特高压线路在线监测系统的选型提供依据，特高压线路在线监测装置应满足以下基本要求：

1）不影响线路电气性能可靠性，安装的装置应满足1000kV特高压交流线路的电晕要求和无线电干扰要求。

2）不影响线路机械性能可靠性，安装的装置不能成为线路结构的薄弱点，不能带来结构上的隐患。

3）应充分考虑线路运行人员的高空作业环境，安装方式简单、方便、可靠。

4）应能在特高压线路上长期稳定运行，能抵抗特高压线路电磁场，适应各种恶劣气候，无需外在电源，免维护。

5）数据传输方式及存储方式符合标准，便于在线监测数据统一管理。2.2应用范围

在特高压线路中应用在线监测技术应以加强线路安全稳定运行保障为主，适当考虑积累运行数据的需要，以突出重点、体现差异化为原则，提出各种在线监测系统的应用范围：

1）对重要交叉跨越(包括主干铁路、主干高速公路)、山区较长耐张段、覆冰较重地区(如太行山区)和易覆冰的微气象区等安装覆冰在线监测装置，并结合输电线路视频监控装置使用，以发挥更大作用。

2）在微地形、微气象区及对导线风偏敏感地区安装气象和导线风偏装置，积累导线风偏数据，从气象条件、设计、运行等方面深入分析，增强特高压输电线路抵御强风的能力。

3）在煤矿采动影响区安装杆塔倾斜监测装置，实时监控杆塔倾斜情况，有效预防采空区塌陷诱发的线路事故。

4）在大跨越线路上安装微风振动监测装置。5）在舞动易发区安装舞动监测装置，积累导线舞动的运动曲线、波数等数据资料。

6）在大跨越线路、重要跨越及特别偏僻的地区安装视频监测装置，加强特殊地段线路的监控。

7）必要时考虑在污秽特别严重的地区安装绝缘子污秽监测装置。积累某段特高压线路的特定污区数据，建立特定线路的污秽数据库，总结该段线路绝缘子的积污规律，建立专家诊断系统，实现正确有效判断特定线路绝缘污秽状态的目的。2.3在线监测管理平台

由于多种在线监测技术同时应用在特高压输电线路上，为节约投资，充分、合理地利用监测数据，开发在线监测管理平台，对在线监测系统进行整合，实现数据集中处理和综合应用分析显得十分重要。

在线监测管理平台能实现监测数据的集中处理、显示和控制：1）建立开放性的标准数据接口。可以采用Web服务的方式提供接口，实现对不同厂家各种格式数据的统一接收。2）建立标准化的数据库，实现所有在线监测数据的集中存储、管理和应用。3结语

输电线路在线监测系统实现了线路运行状态的实时监控，并通过监测管理平台的信息显示、统计、分析，能直观地给出设备状况的辅助判断，运行人员也可以平台信息为基础进行人工分析，方便管理者提供决策和正确发布指令，及早发现事故隐患并及时予以排除，保障线路以良好的状态可靠运行。特高压交流试验示范工程共安装覆冰、杆塔倾斜、气象和风偏、视频、微风振动、舞动及绝缘子盐密共7类87套在线监测装置，结合特高压航测数据，可提供基于三维可视化技术的在线监测显示和控制平台，实现了关键监测点设备状况的在线查询，促进了特高压工程的运行维护水平的提升。

第三篇：超高压输电线路地线用新型防振装置简介

超高压输电线路地线用新型防振装置简介

一、超高压输电线路地线微风振动的特点

超高压输电线路导线采用四分裂或六分裂型式，子导线上安装有阻尼间隔棒，其对导线的微风振动具有明显的抑制作用，根据理论分析和运行经验判断，普通线路分裂导线的微风振动较小，一般不需要安装防振锤，对于大档距，必要时可安装1~2个防振锤，能有效解决微风振动引起的疲劳断股问题。相反，地线挂点高、档距大，其微风振动将更为强烈，表现在振动强度大（吸收风能大）、持续时间长（风速持续平稳）、振动频率范围广（引起地线振动的最大风速更大），地线微风振动的频率主要集中在中高频段，若安装的防振装置在该频段内耗能水平低，则会发生地线振动超标问题，长时间超标振动会引起疲劳断股。

目前国内防振锤的制造工艺和材料与国际先进水平还存在一定的差距，主要表现在性能不稳定，分散性较大，不同厂家生产的同一型号防振锤的功率特性往往相差很大，有的防振锤（如传统的FG型）在部分频段耗能非常小，无法起到应有的保护作用，这也是国内输电线路防振锤经常失效的原因。因此，应用已有的普通国产防振锤来防治地线微风振动存在一定的风险，需结合工程特点研制专用地线防振锤，主要是其振动频率能覆盖地线微风振动频率，并且采取有效防滑措施，同时对其材料、制造工艺提出具体要求，并进行型式试验予以定型，以确保防振锤的质量。

考虑单纯防振锤长期运行后防振效果会降低，从保证线路长期运行可靠性的角度考虑，采用阻尼线+防振锤型式的防振方案是比较理想的措施。与防振锤相比，阻尼线具有频率宽、耐振性能好的特点，常常应用在大跨越工程的防振上，具有丰富的运行经验。这种组合型防振装置具有两者的优点，一方面频段更广，能全部覆盖微风振动的所有频率；另一方面，防振锤的安装在阻尼线的内部，其振动相对较小，有利于长期稳定运行。我国绝大多数大跨越均采用阻尼线+防振锤型式的防振方案，多年来的运行经验和测振结果表明，这种防振方案不仅效果好，而且长期运行可靠性高，运行维护工作量少。对微风振动特别强烈的地区，从确保线路长期稳定运行的角度出发，推荐采用阻尼线+防振锤型式的防振方案。

二、河西750kV输电线路地线防振研究

河西地区地势开阔，线路所经过地区植被少，刮风日数多，风速均匀、平稳，其地线特别是双回路塔的挂点更高（挂点高70～100m）、档距大、微风振动持续时间比其他地区更持久、振动幅度更大，长期运行会导致地线的振动超标，引起疲劳断股，给线路的安全稳定运行带来严重威胁。因此，河西地区750kV输电线路地线的微风振动问题引起设计和运行部门足够的重视，中国电科院和甘肃省电力公司共同开展了750kV地线防振研究，采用理论分析、数值计算、试验研究与现场测振相结合的方法对河西750kV线路的地线防振开展了深入系统的研究，研制了750kV地线专用防振锤并提出了其布置方案，同时通过现场测振验证了新型防振装置的防振效果。

（1）新研制了FR-2型和FR-3两种型号的地线预绞式防振锤，适用于100mm2和150mm2地线。防振锤锤头采用不等距、不对称布置，这样防振锤就具有四个谐振频率，能有效覆盖微风振动的频率范围。线夹采用预绞式结构，安装方便，运行可靠，防滑性能好。

照片1 地线用预绞式防振锤

（2）预绞式防振锤+阻尼线联合防振方案

架空线振动时引起阻尼线振动，架空线及阻尼线本身线股之间产生摩擦，消耗部分能量；另一些振动能量由振动波通过阻尼线与架空线的连接点，发生反复折射，使档内的稳定振动遭到破坏，振动能量逐渐消耗掉。另外防振锤的安装在阻尼线的内部，其振动相对较小，有利于长期稳定运行，预绞式防振锤+阻尼线联合防振方案与防振锤防振方案相比，阻尼线具有频率宽、耐振性能好的特点。

照片2 安装在750kV线路地线上的预绞式防振锤+阻尼线防振装置 在750kV武胜～河西～酒泉～敦煌线路工程设计和建设中，充分应用了项目研究成果，绝大部分地段单回路段全部采用新型预绞式防振锤，双回路段采用新型预绞式防振锤+阻尼线和全防振锤两种方式。共使用预绞式防振锤12000余套，预绞式阻尼线500余套。

新型防振装置安装后，进行了两次微风振动现场测试，结果表明，新型防振装置具有良好的抑制地线微风振动的效果，能保证地线的长期稳定运行。

三、内蒙古地区超高压输电线路地线防振专题建议

内蒙古地区地形和气候条件与甘肃河西地区相似，超高压输电线路地线微风振动同样比较强烈，有必要开展针对性的专题研究，为线路的设计和运行提供依据。专题研究可结合实际工程进行，主要包括以下内容：

1）地形、气象条件的调研和分析； 2）防振锤的研制和安装方案试验研究； 3）安装防振锤后微风振动现场测试。

第四篇：2018年国家科学技术奖提名-电力输电线路导地线融冰技术与装置

2018年国家科学技术奖提名-电力输电线路导地线融冰技术

与装置

该项目发明了电流源型和电压源型融冰装置，成为我国融冰装置的基本型式；发明了架空地线和光纤复合地线融冰技术；发明了动、静触头采用不同的绝缘等级技术的融冰隔离开关，减小占地面积50%，实现了融冰过程全自动化；发明直流融冰装置等效试验方法。所发明技术解决了电网输电线路导地线融冰的难题，已产业化并广泛应用于南方电网和国家电网，有力保障了电网安全，获国内外同行和用户高度评价，经济社会效益显著。项目形成了完整的自主知识产权体系，获授权发明专利34项（国际专利2项）、实用新型专利31项，制订国家标准3项、行业标准2项，发表40多篇。该项目突破电网抵御冰灾的技术瓶颈，实现了电网防御冰灾技术的重大突破，具有明显的原创性和实用性。项目相关成果获中国能源研究会能源创新一等奖、第十八届中国专利奖优秀奖、第一届广东省专利金奖、贵州省科技成果转化一等奖和中国电工技术学会科学技术进步一等奖。提名该项目为国家科学技术进步奖二等奖。项目简介输电线路覆冰是威胁电网主要自然灾害之一，严重覆冰导致国内外电网多次大面积瘫痪。2008年我国南方冰灾造成各类损失千亿元，电网中断导致近千万用户停电。冰灾一直是电网竭力突破的一大技术难题，在该项目开始之前，国内没有能够在在电网中大规模应用的融冰技术与装置。突破电网抵御冰灾的技术瓶颈，实现“被动抗冰”到“主动防冰”的转变是保证电网安全、国民经济持续稳定发展的重大需求。自2008年，在国家科技部、国家自然科学基金委和南方电网公司的支持下，历经近10年“产、学、研、用”协同攻关，实现了重大突破和实质性创新，取得了多项原创性发明，建立起了完整的输电线路融冰理论和应用技术体系。获授权发明专利35项（国际专利2项），实用新型专利31项，制定国家标准3项、电力行业标准2项。主要创新点如下： 创新点1：针对输电线路融冰电流差异大、换流器强电磁环境及散热困难等难题，发明并成功研制了12脉动电流源型、6脉动电流源型以及电压源型融冰装置，成为我国融冰装置的基本型式。实现了融冰电流50A-6000A无级调节，可同时用于10kV-500kV及更高电压等级输电线路导线、架空地线和光纤复合地线（OPGW）的融冰。创新点2：针对架空地线和光纤复合地线（OPGW）覆冰比导线更严重且无法融冰的难题，突破了覆冰期电网通信光纤无保护措施的技术瓶颈，发明了架空地线和OPGW融冰技术，发明了满足地线融冰需要的地线绝缘子和光纤接续装置，提出确保光纤安全的融冰电流和温度控制方法，发明了地线融冰状态监测装置，融冰时OPGW表面温度应控制在80℃以下，实现了架空地线、OPGW与导线同期融冰。创新点3：针对待融冰线路与融冰装置连接困难、原有隔离开关在已建变电站无法安装的难题，提出了隔离开关动、静触头采用不同的绝缘等级技术，发明并研发出融冰自动接线系列隔离开关，使得整个隔离开关占地减小50%，实现了融冰线路与融冰装置通过全电气操作自动连接和断开。创新点4：针对融冰装置功能验证的难题，揭示了融冰装置开路试验、零功率试验与直接接入融冰线路工况的等效机理，发明直流融冰装置等效试验方法，提出采用开路试验对融冰装置的直流电压耐受和控制能力进行检验，采用零功率试验对融冰装置直流电流耐受和控制能力进行检验的方法。基于以上创新，该项目研制了我国第一套电流源型融冰装置（2008年）和第一套电压源型融冰装置（2013年）。研制的融冰装置被列入2011年国家重点新产品推广目录，市场占有率超过80%。成果在南方电网和国家电网广泛应用。2009-2017年在我国电网110kV及以上线路实施融冰超过1000次（其中地线融冰超过200次）。项目新增销售额4.4亿元，新增利润1.01亿元、节支近20亿余元。该项目成果得到了国家科技部和电气工程领域韩英铎、雷清泉、程时杰、郑健超、沈国荣、孙才新、李立浧等院士的高度评价，整体技术水平国际领先。曾获第中国能源研究会能源创新一等奖、十八届中国专利奖优秀奖、第一届广东省专利金奖、贵州省科技成果转化一等奖和中国电工技术学会科学技术进步一等奖。客观评价1.相关部门正式作出的技术检测报告、验收意见、鉴定结论等产出该项成果的国家科技支撑计划重点项目顺利通过国家科技部组织的验收，国家自然基金项目顺利通过国家自然基金委员会的审核，相关成果通过了技术评价，得到了电气工程领域韩英铎、雷清泉、程时杰、郑健超、沈国荣、孙才新、李立浧等多位院士的高度评价，总体技术处于国际领先水平。1）国家科技支撑计划重点项目“电网抵御极端天气灾害关键技术及装置开发与应用”（项目编号：2009BAA23B00）验收意见2012年6月29日，国家科技部组织雷清泉院士、谢国恩设计大师等对该项目的验收意见为：提出了直流融冰装置主回路设计、过电压和绝缘配合、试验和调试方法，对设备规范、接入设计、装置制造、等效试验等进行了深入研究，建立了直流融冰技术集成体系。研制的融冰装置已在南方电网高压、超高压输电线路中获得了大规模应用。实践证明，融冰速度快、效果好，显著提高了电网抵御冰灾的能力。2）江苏省科技成果鉴定意见（苏信鉴字[2009]第028号）2009年10月24日，江苏省经济与信息化委员会组织专家对该项目的鉴定意见为：研发的直流融冰装置是世界上第一套输出直流电流超过4000A，且能够长时间、大角度(融冰方式5度-88度)运行的融冰装置。具有自主知识产权，填补了国内外空白，其整体技术性能处于国际领先水平。3）中国电力企业联合会科技成果鉴定意见（中电联鉴字[2013]第138号）2013年10月20日，中国电力企业联合会对该成果中“地线融冰自动接线装置”的评审意见为：该装置原理正确、结构合理，属于国内首创，具有国际领先水平。4）贵州省科技成果应用评价意见（黔科评字[2014]第05号）2014年6月14日，贵州省科技厅组织雷清泉院士、程时杰院士对该成果在贵州省应用情况的评价意见为：“形成了一套集成线路覆冰监测、预警、线路融冰、应急通信为一体的防冰、融冰技术体系，显著提高了电网抵御冰灾的能力。”5）国家高压电器质量监督检验中心对融冰装置用晶闸管阀性能检测报告（报告编号：090104G）2009年4月8日，融冰装置用晶闸管阀组在国家高压电器质量监督检验中心通过参考GB/T 20990.1-2007确定的大角度大电流长期运行试验，即“最大暂态运行负荷试验[触发角=90°，正向峰值触发电压≥14.6kV，试品电流≥3600A，运行时间2h]”。6）国家重点新产品证书（证书编号：2011TJC11002）该项目研制的“PCS-9590具有SVC功能的直流融冰装置”2011年获得了国家科学技术部、商务部、环境保护部、国家质量监督检验检疫总局联合颁发的《国家重点新产品证书》。7）技术发明点国内外查新情况（1）电流源型直流融冰技术及装置国内外查新情况（报告编号：2009-0393C3）2009年5月13日，国网信息通信公司查新报告结论为：交直流线路融冰技术及装置涉及查新点国内外未见文献报道。（2）导线融冰自动连接开关国内外查新情况（编号：J20160801139）2016年1月1日，国家科技部西南信息中心查新中心查新报告结论为：导线融冰自动连接开关涉及查新点国内外未见文献报道。（3）电压源型直流融冰技术及装置国内外查新情况（报告编号：2017-0332）2017年1月20日，中国科学院文献情报中心查新报告结论为：采用全桥MMC拓扑构造的直流融冰装置国内外未见文献报道。（4）地线融冰自动接线装置国内外查新情况（报告编号：201432B2504193）2014年6月5日，江苏省科技查新咨询中心查新报告结论为：地线融冰自动接线装置相关查新点国内外未见文献报道。2.国内外同行在重要学术刊物、学术专著、重要国际学术会议上公开发表的学术性评价意见等IEEE杂志评阅人认为该技术是“一种全面的、实用的防止输电线路因覆冰倒塌引起电网灾难性损失的好方法”。(I found the paper to be informative and comprehensive in addressingthe practice and practicality of using ice melting to avoid catastrophicfailures of transmission lines.The paper presents a good approach to de-icingand I congratulate you on your efforts.)2013年6月29日，国家能源局总工程师杨昆先生在“加强电网抗冰能力技术全国经验交流会”中评价：“我国的电网抗冰工作由原来的被动修复到现在的主动防御，取得了重大的进步。”3.该项成果的应用得到了社会普遍关注和新闻媒体的广泛报道1）2008年9月3日，人民网：南方电网直流融冰装置现场试验取得成功2）2008年10月10日，新华网：中国首套６万千瓦电网直流融冰装置在贵州试验成功3）2009年1月3日，中央电视台，新闻60分：南方电网加装融冰装置，导线自行“解冻”4）2011年1月5日央视新闻频道《新闻直播间》：南方电网投入使用自主研发的直流融冰装置，对贵州电网主干网进行大规模融冰5）2011年1月13日，中央电视台《新闻联播》：高科技监测融冰，南方电网经受住冰冻雨雪考验6）2013年7月1日，中国日报：解决世界性难题，南方电网大范围应用融冰技术7）2016年初“霸王级”寒潮期间，中央电视台和新华网该项成果的应用进行广泛报道2016年1月25日，中央电视台《共同关注》报道：“霸王级”寒潮致76地气温跌破极值，广东：输电线覆冰，电网启动直流融冰。2016年1月25日，新华网刊发《科技抗冰：你的温暧，别忘记它》。2016年1月27日，中央电视台“朝闻天下”播出《科技手段除冰保电网抗寒潮》、“新闻直播间”播出《输电线覆冰电网启动直流融冰》。8）2017年4月12日，中央电视台《新闻联播》报道了该项目成果在青海省的应用：降雪导致青海省多地输电线路覆冰严重，融冰工作紧张有序。4.制定融冰装置系列标准，获得国际同行高度评价，被国内外标准推荐制定我国3项直流融冰装置国家标准和2项电力行业标准，成为我国融冰装置产业发展的主要依据。在国际会议上介绍该成果，加拿大、英国、丹麦等国际同行多次来华进行技术交流并寻求合作。提出的融冰装置型式被我国电网设计标准《直流融冰系统设计技术规程（DL/T 5511-2016）》和CIGRE 438 “Systems forprediction and monitoring of ice shedding, anti-icing and de-icing for powerline conductors and ground wires(ISBN: 978-2-85873-126-8)”推荐。推广应用情况1．推广应用情况1）融冰装置该项目发明和研制的融冰装置2011年列入国家重点新产品推广目录，已在全国安装150多套，市场占有率超过80%，是我国电网设计标准《直流融冰系统设计技术规程（DL/T5511-2016）》的推荐方案。实际应用表明融冰装置成为电网抵御冰灾的主要技术手段。2）导线融冰自动连接开关该项目发明的导线融冰自动连接开关已经推广应用287套。实际应用表明导线融冰自动连接开关显著提高了融冰效率。3）地线融冰自动接线装置、融冰地线绝缘子该项目发明的导线融冰自动连接装置已经推广应用140套、融冰地线绝缘子2500只。实际应用表明该项技术的应用实现了导线与地线的同时融冰，确保了电网通讯光纤的安全。4）整体技术应用情况自2009年开始，贵州、云南、广东、广西等电网陆续应用了该发明的电流源型融冰装置、电压源型融冰装置、导线融冰自动连接开关、架空地线和光纤复合地线融冰技术、地线融冰自动接线装置、融冰装置等效试验技术。进而推广到四川、浙江、河南、青海、江西、福建、重庆、安徽等共计12个省（市），可对超过2100条经过易覆冰区的110kV及以上线路进行融冰。6）南方电网应用效果2009-2017年南方电网公司共计对110kV及以上电压等级输电线路实施融冰超过1000次，其中架空地线和光纤复合地线融冰超过200次。实际应用表明：电流源型融冰装置和电压源型融冰装置能够快速除去覆冰导线、架空地线和光纤复合地线上的覆冰。该项成果应用以后，南方电网基本没有再发生因覆冰停电或设备受损事件。7）其他电力公司应用情况四川省电力公司、浙江省电力公司、青海省电力公司、安徽省电力公司等应用了该项目的电流源型融冰装置，在2011年-2016年实施融冰200多次，确保了输电设备和电网的安全。

第五篇：2、500kV输电线路架空绝缘地线掉线原因分析及对策-王浩东

500kV输电线路架空绝缘地线掉线

原因分析及对策

王浩东

（中国南方电网超高压输电公司天生桥局，贵州兴义 562400）

摘要: 通过分析南方电网两起500 kV 输电线路架空绝缘地线掉线事故，认为其主要原因是线路设计间隙不足以及绝缘子老化导致掉线。对输电线路设计、运行的不足和潜在安全隐患，提出防止地线掉线、改进防雷性能的对策。

关键词：输电线路；感应电压；绝缘地线；掉线

前言:近几年南方电网500kV输电线路多次发生地线掉线事故，对事故原因进行深入分析，提出整改、预防措施已刻不容缓。通过总结发现主要有两类：一类是地线对塔身放电导致其强度降低，最终断线造成掉线；另一类是地线绝缘子铁帽和钢脚分离而掉线。现就两起典型事故进行分析，提出预防绝缘架空地线掉线的对策。1、500kV 来梧二线33#塔地线掉线事故分析 1.1事故经过

2007 年01月13日22:52，500kV 来梧二线C 相跳闸，重合不成功，23:46 汇报调度线路具备恢复运行条件。14日8:50，巡视发现#32-#34左侧GJ-70 地线从#33塔悬垂线夹处断裂，导致#32-#34 档的地线坠落地面。10:45 来梧二线紧急停运对#32小号侧10m 处至#33大号侧10m 处地线进行更换，将#33塔地线改为直接接地，对损伤导线进行修补。15 日12:00 完成抢修，13:58 来梧二线复电。1.2检查情况

500kV 来梧二线#33塔距离来宾变12.6km，一根地线为OPGW2(计算截面积121.87mm2)，另外一根绝缘地线型号为GJ-70 钢绞线(通流容量为17.496kA2.s)，#33塔附近绝缘地线的接地点为#02、#03、#20、#

38、#

48、#60。#33塔型为ZV-30，#32塔型为GM1-24，#34塔型GM1-33-1.5，#

32、#34塔架空地线水平间距为10.9m，#33塔架空地线水平间距为20.6m。现场检查发现：500kV 来梧二线#33塔C 相上方地线绝缘子间隙(间隙距离5.2mm)有放电痕迹，塔身对应地线悬垂线夹部位有电弧烧伤痕迹；断裂地线除1 股完整股和2 股的1/3 股为物理机械性拉断外，其余均为电弧烧伤溶化断裂；断裂点小号侧4m处地线被电弧烧断2 股，#32大号侧3m 处地线电弧烧伤4 股；C 相导线#33塔往小号侧距悬垂线夹20m 处导线有放电灼伤伤痕、第一个间隔棒处有损伤。检查发现#33塔地线绝缘子串往塔身倾斜，实测在无风情况下33#塔地线悬垂线夹与铁塔塔材最小距离约6cm。1.3原因分析

事故的主要原因是由于地线与塔身之间的最小净空距离仅为6cm（如图1所示），经计算在7.5m/s风速的情况下，地线风偏后可直接与塔身接触，因此地线与塔身之间的距离将长期的小于地线绝缘子的放电间隙（15.2mm），地线会长期对塔身放电，甚至直接与塔身摩擦，导致地线发热烧损或磨损，架空地线在线夹处应力最大，另外导线舞动、扭转振动对线夹处导线有一定疲劳累积效应，地线容易在线夹处发生断裂。当地线损伤到4 股或以上，剩余股线承受不了运行拉力而被拉断；当然运行中悬垂线夹部位的地线如有断股、散股、磨损，将降低地线机械强度和通流容量甚至地线有可能被拉断；GJ-70 地线截面积偏小，可能也是地线断裂原因之一。以上原因都是设计对小转角塔型考虑不周，导致地线与塔身的间隙不足而造成掉线，如果地线改成直接接地问题就迎刃而解了。

图1事故前塔身与地线相对位置

图2事故断裂地线 2、500kV天平II回线#09塔地线掉线事故分析

2.1事故经过

2003年07月28日16：56，500kV天平II回线（天生桥-广州第二回输电线路的天生桥-平果段）#09塔地线由于受力瓷质绝缘子铁帽和钢脚分离而掉线，导致A相故障，重合闸不成功，随后进行1次强送不成功，线路永久性故障。29日凌晨2：35完成抢修，2：56天平II回线复电。2.2检查情况

输电线路巡视人员发现09#塔左侧地线由于受力瓷质绝缘子铁帽和钢脚分离而掉线，掉线的地线跌落到地面，分别在#08-#09塔和#09-#10塔与A相导线接触，造成A相永久短路。两侧地线均采用绝缘地线型号为GJ-70 钢绞线，在地线与导线接触部位有明显放电痕迹，在#08塔、#10塔地线绝缘子表面及放电间隙有明显放电痕迹。2.3、原因分析

2.3.1为了减少线损，500 kV 天平II回线采用架空绝缘形式。架空绝缘地线有较高的感应电势，其大小与线路电压、负荷、长度及地线与导线间距离有关。500 kV 天平II回线由于负荷重（在平果变电站加装串补后输送容量由600MW提高为1200MW，并且长时间满负荷运行），架空绝缘地线的感应电势可能达到10 kV 级。如此高的感应电压使地线绝缘子实际相当于被作为导线绝缘子（电压等级为几个10 kV 级的输电线路）使用，对绝缘子的电气和机械性能的损失极其不利。

2.3.2 由于所使用的瓷绝缘子为内胶装结构，胶装粘合剂水泥和钢脚、铁帽、瓷件的热膨胀系数各不相同，温度变化时各部件热胀系数的差异将使瓷件受到压应力和剪切应力；水泥的长期膨胀（俗称“水泥生长”）也使瓷件和铁帽受到局部应力和疲劳效应，其绝缘性能随着运行时间的延长会逐渐降低甚至完全丧失，此时瓷绝缘子处于击穿运行状态。运行中的瓷质绝缘子承受的感应电压越高，其电气性能丧失的时间越短。处于临界击穿或已击穿状态的绝缘子的电气性能大幅度下降或丧失，不能满足绝缘的要求，但其机械强度仍然可以满足设计的要求，此时地线不会马上掉线。由于胶装粘合剂水泥等填充物的存在，绝缘子有一定的电阻值，在10 kV 级感应电压的作用下，绝缘子出现了比正常接地感应电流大得多的“短路”感应电流。这个感应电流对绝缘子内部会有明显的热作用，大量的热积累导致绝缘子产生温升。长期机电负荷和温升变化进一步加速绝缘子的老化，而进一步老化的结果是导致热效应加剧，形成恶性循环。经过一段长时间或遭受雷击等强电流的作用，瓷件和铁帽受到局部应力和疲劳效应加剧，胶装粘合剂水泥等填充物因热效应局部融化而失去其支撑能力，或因瞬间骤热而发生爆炸，因而产生绝缘子断串。

2.4 掉线原因

500 kV 天平II回线的架空绝缘地线采用大连电瓷厂生产的XDP5-7C 地线专用绝缘子，带保护间隙，于1995 年投运。由于事故现场的地线绝缘子及附件都没有明显的放电痕迹，据了解当时气候情况是风雨交加，但基本没有雷电活动，因此绝缘子应该是因老化，绝缘子填充物局部融化而掉线的。现场取回的绝缘子与悬垂线夹连接的金属部分有严重锈蚀，上面还残留有泪滴状的绝缘子填充物，绝缘子头部填充物有局部融化的痕迹（见图3），这表明高感应电压及其产生的强泄漏电流是绝缘子的老化和掉线的重要原因。

图3铁帽和钢脚的绝缘子

3、预防绝缘架空地线掉线的对策

另外在南方电网的500kV线路上还发生了多起类似以上两起的绝缘地线掉线事故，通过总结发现主要是以上两类：一类是地线对塔身放电导致其强度降低，最终断线造成掉线；另一类是地线绝缘子铁帽和钢脚分离而掉线。针对以上分析现就预防绝缘架空地线掉线提出如下对策。

3.1加强绝缘架空地线的运行维护工作

3.1.1加强绝缘架空地线运行巡视、检测工作。

运行单位巡视时要注意观察地线有无断股、散股现象，观察地线及塔身有无电弧烧伤痕迹，观察线夹与地线的连接部位有无电弧烧伤和生锈现象，夜巡时注意观察地线绝缘子间隙有无放电冒火现象。发现问题及时进行处理。变电站出口15km 以内的绝缘地线，以及偏向塔身（主要是小转角塔型）的绝缘地线，应重点检查；地线绝缘子的检测工作应按规程2-3年要求的周期进行，以便及时发现地线绝缘子缺陷；另外对地线的金具除外观检查外还应配合红外成像技术进行检测。

3.1.2加强架空地线特别是连接金具、接续金具的维护工作。

严格按规程周期进行绝缘地线间隙检查，进行地线烧伤、振动断股和腐蚀检查，发现间隙距离超出设计范围、地线断股等缺陷及时处理，架空地线在线夹处应力最大，另外导线舞动、扭转振动对线夹处导线有一定疲劳累积效应，地线容易在线夹处发生断裂，地线悬垂线夹承重轴磨损断面超过1/4以上的应予以更换。线路检修时变电站出口15km 的绝缘地线，以及有较重锈蚀现象的地线，线夹必须打开检查。运行超过10 年的线路，检修时要加大地

线线夹打开抽查的比例。近期检修的线路要充分利用停电机会登检杆塔，扩大打开地线线夹检查的范围以查找隐患。

3.1.3加强绝缘架空地线掉线的改造工作。

运行单位应根据最新的线路运行方式，进行地线通流容量的校验工作，确保地线具有足够的通流能力和机械强度。地线锈蚀严重或通流容量不满足最新运行要求的，要安排计划进行改造。一根地线为OPGW 时，另外一根绝缘地线靠近变电站10km范围在通信条件允许时应改造为逐塔接地方式。对于地线偏向塔身的可加装引流线或用金具直接代替绝缘子。经验表明玻璃绝缘子不易发生掉串事故，因此对于长距离输电的线路，为提高绝缘地线的可靠性和较少运行维护工作量，可将瓷质绝缘子更换成玻璃绝缘子。3.1.4落实地线掉线的反事故预案。

运行单位应认真分析地线掉线的原因，制定出有针对性的反事故预案，并在材料、抢修工具、照明器材、人员等方面落实到位，提高事故应急能力和速度，尽量减少事故造成损失。3.2加强绝缘架空地线的设计工作 3.2.1重视绝缘子选型。

瓷质绝缘子有多种不利于运行的因素。瓷质绝缘子属于可击穿型绝缘子，老化绝缘子的存在对线路的安全运行是一种潜在的威胁，不易发现，定期检测需要大量的人力物力。线路运行和维护人员较少时，就更难及时发现。长期以来，人们对应用于输电线路导线的瓷质绝缘子的潜在的威胁有着深刻的认识和研究，目前大多数导线瓷质绝缘子已经被更换为钢化玻璃绝缘子，但对应用于地线的瓷质绝缘子的可能存在的危害认识不足，认为地线瓷质绝缘子承受电压低，不易老化，未能及时变更设计或进行大修改造。线路投运和大修改造时，设计部门对此问题重视程度不足，过于注重成本控制和“静态”运行，未能充分考虑线路运行后的“动态”情况，不但导致运行部门工作量大增，容易出现错检、漏检，而且使线路存在先天安全隐患，不利于输电线路的长期安全、经济运行。瓷质绝缘子对降低线损的作用未必如预期理想线路地线采用绝缘子原本是要实现地线全线绝缘以降低线损，但由于采用了瓷质绝缘子，线路在运行一段时间后，瓷质绝缘子的电气绝缘性能逐渐丧失。由于丧失了电气绝缘性能的瓷质绝缘子的存在，架空绝缘地线实际已经处于单点接地状态，原本架空绝缘的地线也就出现了额外泄漏电流。只有单点接地的架空绝缘地线，其总体感应电压很高，由此产生的额外泄漏电流的值也很高，线路此时的线损大幅度增加。可见，线路降低线损过于依赖瓷质绝缘子的电气可靠性，而瓷质绝缘子易击穿的特性对不利于长期降低线损。因此应当重视绝缘子选型。

3.2.2灵活运行地线绝缘运行方式。

架空绝缘地线运行方式导致地线产生高感应电压。全线绝缘的方式虽然减少了线损，但必定导致地线上的高感应电压大增。高感应电压不但加速瓷质绝缘子老化进而击穿的速度，而且会在瓷质绝缘子击穿后进一步破坏瓷质绝缘子的机械性能，是导致掉线的主要诱因之一。因此在大跨越塔、转角塔、耐张塔的地线应尽可能直接接地或采用双串。另外对一回地线采用OPGW 光缆，另一回地线采用全线绝缘的情况时线路故障或遭受雷击时，OPGW光缆因全线接地而承受较大的雷击电流，其强度较低很容易发生雷击断股，近几年OPGW光缆雷击断股已经是屡见不鲜，因此在设计线路时应进行地线通流容量的校验，确保地线具有足够的通流能力和机械强度。对雷害严重地区及变电站进出口线路建议不要采用绝缘地线。

参考文献

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