输电线路舞动介绍

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紧凑型线路防脱冰跳跃和舞动的特殊性
缩小导线相间距离、增 加相导线分裂根数和相 导线等效半径等方式。
大幅度提高自然输 送功率、有效压缩
输电线路走廊。
导线分裂数多、导线截面 大、离地高度大、电压等 级高、相间距离小。
增加舞动发生的可能 性,抗舞动能力更弱 ,轻微舞动就可能产
生相间闪络。
典型舞动条件分析(1)
典型线路的防舞设计方法
➢ 单导线线路防舞设计 对于较低电压等级、相导线为单导线的线路防
舞,可采用相间间隔棒、失谐摆、集中防振锤、 防舞鞭等,防舞鞭尚未实现国产化,造价较高。
➢ 分裂导线线路防舞设计 适用于分裂导线防舞的防舞装置较多,根据我
国舞动防治经验,可采用线夹回转式间隔棒、双 摆防舞器、相间间隔棒、偏心重锤、集中防振锤 等。
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存在的问题
舞动研究重视不够、研究基础薄弱 理论研究难度大 防舞技术手段有限、防舞效果不够理想 防舞工作缺乏指导性的规范、标准 防治工作重“治”轻“防”,主动性差 防舞技术的采用有一定的盲目性 试验研究手段待完善
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四.国内舞动情况及常用 治理方案
我国属于舞动频发国家
破坏:相间闪络、跳闸。
破坏:螺栓松动脱落。
破坏:断线、断股 。
破坏:金具损坏。
破坏:绝缘子、引流线。
破坏:塔材损害、倒塔。
导线舞动影响因素 覆冰 + 风的激励 + 线路结构与参数
输电线路舞动原因及特点分析
舞动要素
要素解释
覆冰
风的激励 线路结构
及参数
覆冰类型,覆冰形状,覆冰厚度,覆冰重量等: ✓偏心覆冰改变导线截面,改变空气动力特性,产生负阻尼效应,积累 能量,激发舞动。
输电线路舞动
目录
➢输电线路舞动简介 ➢舞动发生机理 ➢目前治理方法介绍 ➢国内舞动情况及主要防治措施
一.输电线路覆冰舞动 简介
舞动现场录像
舞动
一种导线风致振动形式 galloping 驰振 艺术化描述
舞动:低频(0.1~3Hz)、 大振幅(导线直径20~300 倍)自激振动。
形态:一个或几个半波。 轨迹:椭圆。
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防舞技术路线
“避”、“抗”理论研究不够,实践经验欠缺, 可操作性较差。
“防”舞技术相对成熟,且易于操作,经济性也 较“避”和“抗”好,对于易舞区新建、在运线路 基本都采用“防”的措施。
加装防舞装置是防舞工作的主要内容。
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结论
“加装防舞装置的防舞设计”方法较易于实现, 造价也相对较低, 因此应是主要的防舞设计方法。
危害:机械或电气事故。
闪络跳闸、螺栓松脱、引流导线脱落、绝缘子球头弯曲、 间隔棒损坏、导线断股、均压环损坏。
覆冰舞动
导线不均匀覆冰,气温-6~0℃、覆 冰厚度3~25mm。
冻雨、观察到覆冰迹象、冰厚2-3mm、气温-6~1℃。
风激励:风速4~25m/s、风向与线路 风力7-8级、东北风、风向基本垂直于线路。 走向的夹角≥45℃。
已有线路
防舞技术研究成果
常用防舞装置包括:线夹回转式间隔棒、相间间 隔棒、双摆防舞器、失谐摆、防舞鞭、偏心重锤、阻 尼防舞器、扰流器等。
每种防舞器都有其使用特点及要求,就防舞效果 而言到目前为止,防舞器也只能一定程度上抑制舞动 ,尚不能完全防止舞动的发生。
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常用防舞装置及其特点
扰流防舞器 绕流线
扭转振动( ,,)
升力
FL
1/ 2U 2D(CL
CD )
攻角
失稳 y

O.Nigol 舞动激发模式
此物理模型基于导线扭转分析得到,应用于分裂 导线舞动分析中较为成功,对单导线的应用现在
还存在争论。
(3)惯性耦合激发机理
上下运动(y)
, y
升力
攻角
惯性力
F L ( )
CD )
攻角
y
y
U
Den Hartog 舞动激发模式
此物理模型比较简单,为单自由度模 型,只考虑了导线的横向振动 。
(2)扭转激发机理(O.Nigol机理)
横向振动总是与扭转振动相伴而生。
导线自身的扭振,引发导线在横向的失稳。 产生舞动
(1kv / Ak )CL / CD0 0
线路参数条件。 危害:机械或电气事故。
线路微地形为平原开阔地、电压等级500kV、四分裂导线 型式。
闪络跳闸、螺栓松脱、引流导线脱落、绝缘子球头弯曲、 间隔棒损坏、导线断股、均压环损坏。
事故原因分析
线路故障是由于导线覆冰 覆冰舞动造成的。
二.舞动发生原理介绍
理论机理


实验研究


数值方法
舞动起因 难题
改变导线外形,改变空气动力特性。 空气动力阻尼器 终端阻尼器
扰流线的直径(0.75)
扰流线的覆盖长度(0.25)
覆冰较薄的地区
常用防舞装置及其特点
失谐摆
改变系统结构特性 提高导线的整体扭转刚度
ft NfV 3
➢摆锤摆长及质量
➢布置方式
常用防舞装置及其特点 集中防振锤
改变系统结构特性
集中防振锤的质量
现有舞动机理
➢垂直激发机理(Den Hartog机理) ➢扭转激发机理(O.Nigol机理) ➢偏心惯性耦合舞动机 ➢稳定性舞动机理
(1)垂直激发机理(Den Hartog机理)
➢舞动是由空气动力产生的负阻尼引起
CD CL / 0
y
上下运动(y)
升力
FL
1/ 2U 2 D(CL
试验线路
将人造覆冰安装到试验线路上,监测其在实际 风场中的振动状态,研究舞动特性及评估舞动
设计方案和舞动装置的防治效果。
日本的Mogami试验线 路和加拿大IREQ试验
线路
试验能力有限
风洞试验
主要应用于模型分析中,通过试验得到不同冰型 情况下导线结构的空气动力参数以及响应数据 。
验证理论及数值 分析模型的准确
临界风速 中点托升原理
相邻节距不相等, 整体布置不对称。 考虑局部强度和微风振动。
常用防舞装置及其特点
相间间隔棒
改变系统结构特性 运动时互相牵制, 抑制舞动。
➢机械强度 ➢相间过电压
➢避开波节点,安装在波腹处或附近。 ➢避免上下安装在一条直线上。
常用防舞装置及其特点
双摆防舞器
稳定性防舞机理
导线wk.baidu.com
(x,y)
会形成雨淞。
雾凇
如果温度降至-15℃~8℃时,在原有冰层的基
础上会形成雾凇。
混合淞
导线覆冰 危 害
静载 脱冰跳跃
舞动
风激励 舞动能量来源
风速 风向 平稳风
输电线路风振
微 风 振 动
风 偏
覆 冰 舞 动
次 档 距 振 动
线路参数
线路的机械参数: 张力、刚度、连接
方式等。 线路的结构参数: 分裂导线、紧凑型
Rpi θpi
θ
(xi,yi)
VW
Mpi
质量设计 摆长设计
摆角设计 防舞器数量
常用防舞装置及其特点 分散式偏心重锤
控制振动系统扭转运动的反馈增益, 补偿扭转运动的滞后相位。
常用防舞装置及其特点 线夹回转式间隔棒
降低导线不均匀覆冰
主要抑制次档距振荡,同时考虑电磁吸引和扭转复原。 非线性数学规划的方法对间隔棒的布置方案进行优选。
湖南:约7mm
江西:约13-14 mm
浙江:迎风面约10-22mm,背风面约2-10mm 辽宁:约3-10 mm,最大15mm
河北:约2-3mm 山东:最大7-10mm
浙江仙特线覆冰
河南线路典型覆冰
山西朔云线覆冰
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2009-2010年冬季输电线路覆冰舞动原因:线路条件
➢舞动发生地形特点:多为平坦开阔地带。 ➢线路走向和风向夹角:基本大于45°。 ➢电压等级:涉及较广,大多为500kV及 220kV线路。
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典型线路的防舞设计方法
➢ 紧凑型线路防舞设计 对于500kV及以上电压等级的紧凑型线路,考虑
到其线路特点,防舞设计建议优先采用线夹回转 式间隔棒,其次是相间间隔棒,可以将它们组合 应用,防舞效果更好。 ➢ 特高压线路防舞设计
特高压线路由于其电压等级高、架线高、档距大 、分裂数多、导线截面大等特点,特高压线路的 防舞建议优先采用线夹回转式间隔棒或线夹回转 式间隔棒双摆防舞器,其次是失谐间隔棒等。
2010年1月19-20日
辽宁、河北、山东气温骤降,大风雨雪天气. 辽宁大连、鞍山、本溪和营口 0℃以下 ,5~18 m/s .河 北沧州-2~1℃ ,8~14m/s .山东-3~0℃ ,10~20m/s.
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2009-2010年冬季输电线路覆冰舞动原因:覆冰条件
偏心覆冰:
河南:约15mm
山西:约15mm
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2009-2010年冬季输电线路覆冰舞动特点
舞动新特点分析(2):舞动区域在扩大
➢2009-2010年冬舞动涉及八个省份,舞动区域由传 统易舞区扩展到舞动少发区。 ➢2009.11山西、河南山区线路也发生了舞动,舞 动不再局限于平坦、开阔地带。 ➢2009.11-2010.1舞动线路波及10-500kV各电压等 级的输配电线路。
性和可靠性
三.现有防治措施介绍
防舞方法
设计阶段
线路走向 线路参数、机械性能
运行阶段
防舞装置
防舞技术路线

防舞
技术


➢避
合理选择线路的走向和路径,避开舞动多发地区 及微气象、微地形区域。
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防舞技术路线 ➢抗
适当提高线路的机械及电气强度,以提高 线路抗舞动的能力。
➢防
对已发生或可能发生舞动的线路,需及时 设计防舞方案,加装防舞器。

my
y
惯性舞动激发模式
此机理在实践中的验证比较少。
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(4)稳定性舞动机理
动力不稳定现象
通过稳定性分析确定舞动激发 机制
实际观测


试验线路


风洞试验
实际观测
通过在易舞区域的输电线路导线上或试验 线路上安装监测设备,观测实际的气象、
地貌条件下导线舞动的特征
舞动现象的偶发性和非 控性
传统舞动带
北起黑龙江 南到湖南
干冷 气流
暖湿 气流
2000-2008年220kV-500kV线路舞动区域分布特点
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舞动新趋势
国内气候的变化,特别 是恶劣气象条件的频发。
新建线路的大量增加。
舞动发生的地 域范围扩大。
舞动发生频 率增加。
舞动造成的危害 和破坏性变大。
2009-2010年冬季输电线路覆冰舞动特点 舞动新特点分析(1):舞动发生频率高 ➢2009.11-2010.1不足3个月内共发生三次大规模舞 动现象。
风速、风向以及流态等: ✓影响导线覆冰的形状; ✓易舞风速范围大致4~25m/s; ✓风向与线路走向的夹角越大越易舞动; ✓平稳风。
导线结构参数、连接方式、金具、绝缘子及附加装置等: ✓在相同条件下,分裂导线通常比单导线更易激发舞动,大截面的导线 比常规截面导线更易激发舞动。
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覆冰
雨淞
温降到-5~0℃,风速为 3~15m/s时,如果有大 雾或细雨,导线上首先
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2009-2010年冬季输电线路覆冰舞动特点
舞动新特点分析(3):一次恶劣天气造成舞动范围大
每次舞动过程都波及2~3个省份,单次恶劣 天气导致舞动范围为历年之最。
➢单个省域内:仅山东省就包括济南、青岛、淄 博、潍坊、烟台、泰安、滨州、威海和莱芜9个 地区。 ➢全网范围内:涉及河南、山西、湖南、江西、 浙江、辽宁、河北、山东等八个省份。
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方案1
线夹回转式间隔棒 +双摆防舞器
➢设计 ➢布置方案 ➢上、下相
方案2
线夹回转式间隔棒
➢设计 ➢布置方案 ➢区段选择
方案3
相间间隔棒
➢设计 ➢布置方案 ➢重点区段
3(476) 上A(迎风)-下B
位置(m)
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➢2000-2008年220kV-500kV线路舞动与风速关系特点
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典型舞动条件分析(2)
➢2000-2008年220kV-500kV线路舞动与覆冰关系特点
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舞动事故的时间分布图
舞动事故的时间分布(起)
10
9
8
8
6
43
3
4
2
2 1
0
0
0
0
0
0
1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月
1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月
举例
10年1月19-20日,河北东骅线相间故障跳 闸。
现场主要特征
➢覆冰痕迹
➢损伤情况
事故初步分析依据
破坏类型 脱冰跳跃
发生条件
导线发生覆冰 脱冰条件:气温升高、自然风力作用
、人为振动敲击、机械除冰等。
东骅线事故时情况 观察到覆冰迹象。 风力7-8级、气温-6~1℃。
等。
2009-2010年冬季输电线路覆冰舞动原因:典型气象条件
气象
2009年11月9-13日
河南大范围风雪和冻雨天气,-3~0℃ ,10m/s. 山西罕见的雨雪天气,-16~-5℃ ,8~10m/s .
2009年12月27日-2010年1月6日
湖南、江西、浙江气温骤降,大风雨雪天气. 湖南长沙、湘潭-3~5℃ ,15m/s .江西-1~0℃ ,-3~ 5℃ ,8~10m/s .浙江衢州0℃以下 ,6m/s .
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