内蒙古呼伦贝尔地区海拔550~1700 m,地处蒙古高原边缘,属高寒地区,冬季最低气温达-49℃,年温差达80℃以上;且呼伦贝尔草原四季易形成均匀的微风,对该地区输电线路防振设施的设计、线路运行维护提出了新的课题。由于输电线路运行环境恶劣,易发生导线振动断股问题,严重影响输电线路的安全可靠运行。本文对高寒地区输电线路导(地)线断股主要原因进行了分析,从导线应力、风速、风向、悬挂点高度等方面分析其对导线振动的影响,并提出了相应的预防和治理措施。 1 高寒地区输电线路导线断股情况

呼伦贝尔220 kV友海线与220 kV友牙线分别于2007-11-12、2009-10-16投运,导线型号均为2× LGJ-240/30型,架空地线均为GJ-50钢绞线和OP-GW光缆。220 kV友牙线204号-227号与220 kV友海线41号-64号同塔架设。

2014年7月巡视发现,220 kV友牙线206号、207号、208号等塔导线断股严重,129号、165号、168号、170号、198号、199号GJ-50架空地线断股严重,多处金具损坏(见图 1)。其中206号塔上线大号侧导线防振锤线夹外侧断多股,207号塔上线大号侧导线防振锤线夹外侧断2股,208号塔上线小号侧下子导线防振锤线夹外侧断多股(见图 2);与220 kV友牙线207号同塔架设的220 kV友海线44号导线断股。

图 1(Figure 1)

图 1 输电线路金具损坏照片

图 2(Figure 2)

图 2 导线断股照片

220 kV北友1号线于2011-01-20投运,全线采用双回路塔,导线型号为2×LGJ-400/35型,架空地线为GJ-50钢绞线和OPGW光缆。2014年7月巡视发现,220 kV北友1号线22号塔导线断股。 2 输电线路导线断股原因分析 2.1 导线断股主要原因

架空导线断股的原因主要如下:外力破坏造成电弧烧伤和机械损伤;个别导线材质不合格;覆冰舞动致使金具附近导线因疲劳折断;金具安装工艺造成导线在风力作用下摩擦金具断股;防振金具安装位置错误,过多装设防振锤,使防振锤夹头处出现振动死点,造成断股^[1]。

经分析,呼伦贝尔地区输电线路导(地)线断股原因为防振锤安装不满足运行要求。输电线路导(地)线防振锤型号、安装距离、使用数量通常由设计部门计算确定,施工部门仅需按照图纸进行施工。经设计单位验算,220 kV友牙线、220 kV友海线、220 kV北友1号线导(地)线发生断股的杆塔防振锤安装距离验算值与设计值不一致。按常规设计,LGJ-240导线340 m档距应安装1个防振锤,而高寒地区特殊地段需安装2个防振锤才能满足运行要求。防振锤安装距离验算公式^[2]如下:

式中l-防振锤的安装距离,m;

d-导(地)线直径,mm;

v_s、v_x-振动风速的上、下限,m/s;

T-架空线的张力,N;

W-架空线单位长度重力,N/m。 2.2 加剧导线振动的因素 2.2.1 导线应力

呼伦贝尔地区属于Ⅶ类气象区,年平均气温为-20℃,每年12月末至第二年2月初(约45 d),最低气温达-49℃^[3],而输电线路的设计运行温度为-35℃。冬季导线长时间处于低温环境,导线弧垂降低,导线应力增加。当导线应力达破坏应力的10%~15%时,振幅增大;当导线应力达破坏应力的20%后,振幅变化趋于饱和、变化较小^[4]。因此,输电线实际运行中张力不宜过大,一般高压输电线路运行张力不宜超过25%的破坏应力。220 kV友牙线的平均运行张力取值即为25%的破坏应力,达到了设计的上限值,冬季易产生稳定振动,可能会造成导(地)线断股。 2.2.2 风速与风向

均匀的微风是引起导线振动的基本因素,风速过小,不足以形成涡流、产生冲击力推动架空线振动;风速过大,气流与地面摩擦会产生紊流,上层气流的均匀性被破坏,也不会引起架空线的稳定振动。由于呼伦贝尔地区冬季风力经常达3-5级,草原地区易形成均匀的微风,且220 kV友牙线207号-208号段输电线路跨越海拉尔至伊敏铁路,火车通过期间形成有规律的振动及局部空气扰动,当风向与线路成45°~90°夹角时,220 kV友牙线207号-208号段输电线路将产生稳定振动。同塔架设的220 kV友海线由于位于线路下风侧,受220 kV友牙线气流干扰有所减弱,导线断股数量相对较少。 2.2.3 悬挂点高度

220 kV友牙线207号-208号段输电线路跨越海拉尔至伊敏铁路,与220 kV友海线同塔架设,塔型采用SZC1-21塔,塔高37.7 m。同线路其他塔采用单回路ZB2-21型塔,全高23.5 m,二者高差达14.2 m。双回路塔导线对地距离高度大幅增加,高空风速增大,谐振频率增多,易导致输电线路导线产生振动。 3 输电线路导线振动断股的预防及治理

输电线路防振措施主要有以下2方面:一是架空线加装防振装置以吸收或减弱振动能量,如防振锤和阻尼线;二是加强设备的耐振强度,防止因振动而引起架空线损坏,如护线条^[5]。

根据《DL/T 741-2010架空输电线路运行规程》要求,上述断股处采用预绞式接续条和预绞式护线条进行修补^[6],并将1只FD-5型防振锤更换为2只FRYJ-2/4型预绞式防振锤。根据《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》(修订版),对呼伦贝尔地区输电线路防振措施不满足运行要求的(如跨越档)需参照大跨越的运行管理方式进行管理^[7]。对运维的输电线路进行排查,发现由于振动严重而引起金具松动的杆塔、导线断股、防振锤变形应及时进行防振改造。

由于冬季导线振动严重,但人员无法到达现场进行观测的地区,可在原防振设计方案(见表 1)的基础上进行改造。具体改造方案如下:当输电设备跨越铁路、公路时,由于振动因素增多,且断线后果较严重,防振锤安装档距按原设计的60%计算(见表 2);跨越35 kV及以上电压等级的电力线路、采用双(多)回路塔和高跨塔、河流、沟谷时防振锤安装档距按原设计的70%计算(见表 3);运行过程中若发现防振锤变形、松动,金具松动或导线及杆塔振动严重的应根据实际情况适当增加防振锤数量。

表 1(Table 1)

表 1 常规设计防振锤安装数量与档距对应关系

表 1 常规设计防振锤安装数量与档距对应关系

表 2(Table 2)

表 2 高寒地区输电线路跨越铁路、公路防振锤安装数量与档距对应关系

表 2 高寒地区输电线路跨越铁路、公路防振锤安装数量与档距对应关系

表 3(Table 3)

表 3 高寒地区输电线路跨越35 kV及以上电压等级的电力 线路、采用双（多）回路塔和高跨塔、河流、沟谷时防振锤安装数量与档距对应关系

表 3 高寒地区输电线路跨越35 kV及以上电压等级的电力 线路、采用双（多）回路塔和高跨塔、河流、沟谷时防振锤安装数量与档距对应关系

2014年8月,按照上述方法对220 kV友牙线、220 kV友海线、±50 kV伊敏接地极线路振动区段进行改造后,2015年4月再次对上述线路进行巡视,巡视结果表明,改造效果较好,改造后,冬季输电线路共振现象消失,且再未出现导线断股、损坏及金具大量损坏现象。

加装防振锤可以通过采取带电作业和停电检修相结合的方式,其中后者方法简单,成本较低,且提高了设备的安全系数,为设备安全稳定运行提供了保证。目前,该改造方法已在国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司呼伦贝尔运维分部推广使用。