220 kV鹤木线松花江大跨越微风振动的在线监测分析

刘 洋，张 浩，金镇山，李字明，张大为

(1.黑龙江省电力科学研究院，黑龙江哈尔滨150030; 2.东北电力大学电气工程学院，吉林吉林132012)

自20世纪初，美国首先在一条输电线路的海峡跨越处，发现导线因振动断股现象以来，人们一直在进行着微风振动问题的研究，包括振动机理、防振理论、振动试验、防振装置、防振导线等多方面。同时，在大跨越架空线路上，采用了一些具体的防振技术措施，有效地抑制了微风振动，减轻了对线路的危害。但是，由于微风振动的机理极其复杂，通过理论计算或试验研究的结果与现场实际往往差别很大。国内的事例很普遍。如500 kV平武线大军山长江大跨越，1981年11月建成，1987年检查发现2根地线已累积断22股; 500 kV徐—上线镇江大跨越，1988年9月建成，1996年4月发现导线三相3根子导线在间隔棒夹头处分别断3股、8股、9股，散股300 mm、1 500 mm、900 mm，并有多只间隔棒夹头无螺栓、盖板;±500 kV葛上线吉阳长江大跨越，1987年10月建成，2001年夏天在巡线过程中发现地线有多处断股，防振锤和阻尼线夹头脱落。

DL/T741-2001《架空送电线路运行规程》中规定“大跨越段应定期对导、地线进行振动测量”，现行测量方法是在一段时间(如2周)内使用测振仪器进行现场安装测量，并记录相关数据。但因现场测试时间有限，测振仪器本身条件和现场工作环境等问题，测量结果有时代表性不高，缺乏实时性。对此，黑龙江省电力科学研究院技术人员，结合实际状况，提出对220kV鹤木线松花江大跨越装设导、地线微风振动的在线监测仪，以实现该大跨越导、地线的微风振动、运行温度和环境气候远程在线监测，并根据IEEE和CIGRE方法，判断导、地线的危险程度，预测疲劳寿命，为进行该线路状态评价，延长其使用期限，以及完善该大跨越防振体系，设计合理的防振装置，制定防振导则和现场振动检测规范，提供了可靠依据。

1 影响微风振动的因素

输电线路微风振动是由风吹过形成的“卡门漩涡”引起的，主要影响微风振动的因素有以下几点。

a.引起导线产生微风振动的均匀自然风，风速0.5～10 m/s左右，风向与导线的夹角大于30°，夹角越接近90°越易于产生微风振动。

b.线的自阻尼特性:与导线本身的结构有关，自阻尼特性好的导线可以减轻微风振动。

c.线的分裂根数及间隔棒设计:通常分裂导线的振动次数及在悬垂线夹处的振动应力均比单导线小，并随分裂根数增多而减少。

d.导线的平均运行应力:应力越大则导线自阻尼吸收能量越小，易于产生微风振动。

e.档距:档距越大则接受到风的策动能量也越大，易于产生微风振动。

f.环境:有利于发生均匀风速的环境为经过河流、湖泊、海峡、旷野上空的开阔地带以及导线的悬挂点很高时。

g.天气:导线覆冰 /雪之后则吸收风能增大，易于产生强烈的微风振动;雨天容易在大风下产生不规则的低频率的振动。

2 220 kV鹤木线大跨越微风振动测量参数

a.环境参数:气温、湿度，、风速、风向。

b.振动参数:弯曲应变—间接反映导线的相对振动幅度、振动频率。

c.在线视频:观察测试设备和线路本身状况。

d.导线温度:协助监视线路运行工况。

e.仪器参数:主板温度、湿度。

关键监测参数:动弯应变参照我国测振标准，导线型号为LGJQ-400和LHBGJ-400/95取峰值100 με为允许值，地线型号为GJ-50和GJ-225取峰值为120 με为允许值，当测量值在该范围内认为是安全的，超过该值则给出报警。

3 在线监测设备现场布置

3.1 设备安装

a.振动监测仪安装在导地线防振锤、阻尼线和悬垂线夹处，见图1;

b.微气象环境观测站安装在塔体横担处，见图1;

c.线路监测基站安装在横担侧面，见图2;

d.太阳能电池板安装在上横担上面，方向朝南，见图2。

3.2 监测点布置方案

导线振动监测仪安装在大跨越耐张档上导线4号、5号阻尼线夹头处，见图3，大跨越上导线1号、3号阻尼线夹头处，大跨越上导线2号防振锤夹头处，大跨越上导线悬垂线夹出口，见图4;地线振动监测仪安装在大跨越上游地线1号、3号防振锤夹头，见图5。

图1 松花江大跨越线路监测基站、气象环境观测站现场图

图2 松花江大跨越太阳能板、风振动监测仪现场图

图3 松花江大跨越耐张档上导线振动仪安装位置图

图4 松花江大跨越上导线振动仪安装位置图

图5 松花江大跨越上游回路地线振动仪安装位置图

4 数据分析

数据采集时间为2009年11月30日至2010年3月30日，采集间隔为10 min。

4.1 微气象数据及分析

4.1.1 环境温度及导线温度数据

环境温度是导致微风振动的一个重要原因，当线温处于比较低的状态时，导地线张力变大，导线变硬，容易产生微风振动现象。根据220 kV鹤木乙线环境温度和线温监测数据分析，见图6、图7。在监测期间温度都在零度以下、甚至更低，是微风振动产生的有利条件。

4.1.2 大跨越现场风向数据

线路走线为东西向，如果风向长期垂直导线吹过，容易产生微风振动现象。根据220 kV鹤木乙线大跨越现场风向数据分析，在监测期间风向多为北风，见图8，正好垂直吹向导线，是微风振动产生的有利条件。

图6 松花江大跨越现场环境温度曲线图

图7 松花江大跨越现场线温曲线图

图8 松花江大跨越现场风向图

4.1.3 大跨越现场风速数据

产生微风振动时的风速通常在0.5～10 m/s。根据220 kV鹤木乙线大跨越现场风速数据分析，见图9，在监测期间风速多在10 m/s以下，是微风振动产生的有利条件。

综合上述3种微气象因素，220 kV鹤木乙线松花江大跨越地理位置及气象条件，在监测期间有利于微风振动现象的产生。

4.2 振动监测数据及分析

4.2.1 在监测期间，耐张档上导线4号阻尼线夹头处、耐张档上导线5号阻尼线夹头处的振动最大强度分别为±46 με和±32 με，均低于导线动弯应变的许用值±100 με，也低于1996年设计时实验数据54.8 Hz时为±90 με和49.9 Hz时为±94 με。

图9 松花江大跨越现场风速曲线图

4.2.2 在监测期间，上导线1号阻尼线夹头处、大跨越上导线3号阻尼线夹头处、大跨越上导线2号防振锤夹头处、大跨越上导线悬垂线夹出口处的振动最大强度分别为 ±93.92 με、±59.32 με、±36.25 με和±34.6 με，上导线1号阻尼线夹头处接近于导线动弯应变的许用值±100 με，见图10，高于1996年设计实验数据(28.4Hz时±88 με)，其他各点均低于导线动弯应变的许用值。

图10 松花江大跨越上导线1号阻尼线夹头处测振最大振幅数据

4.2.3 在监测期间，大跨越上游地线1号防振锤夹头处、大跨越上游地线3号阻尼线夹头处的振动强度为±9.89限με和±11.1με，低于地线动弯应变的许用值120 με。

综上所述，微气象条件有利于微风振动的产生。大跨越导地线防振方案能有效地降低了微风振动的振幅。考虑到导线1号阻尼线夹头处是整个防振方案消振最大的地方，所以在监测期间出现接近导线动弯应变许用值是允许的。从详细数据分析，该点大振幅值的出现次数不是很多，可以判定为短期振幅过大，不会对导线造成严重的破坏。建议运行部门在适当时候对大跨越导线及地线各阻尼线夹头和防振锤夹头等夹固点再重新紧固一次，防止蠕变等引起握力松弛，影响防振效果。

5 结论

黑龙江地区有着显著的地域特点，全年气温温差大，尤其在监测期间设备安装地区最低气温达到了近-40℃多度，这对监测设备运行状态是个严峻的考验。微风振动在线监测系统对220 kV鹤木线松花江大跨越微风振动现象进行了整个冬季(11～ 3月)的监控，采集到了现场微气象和微风振动的详细数据。此方法可以判定导、地线断股与金具松动是否由微风振动造成的，有很高的参考研究价值。对今后长时期、全天候监控该跨越微风振动情况，分析、解决微风振动危害，有着极其重要的意义。

［1］ IEEE Committee Report:Standardization of Conductor Vibration-Measurements［J］.IEEE transactions on power apparatus and systems，1966，85(1):10-22.

［2］ 杨玉金.500 kV线路大跨越微风振动在线监测［J］.安徽电力，2006，23(2):29-32.