同走廊輸電線路導線不同步擺動影響研究

梁盼望 李輝 楊力 蔣少波

摘要：同走廊走線的多條線路間常因導線不同步擺動產生回路間導線檔中水平相間距離不足的問題?，F針對兩條并行架空輸電線路采用異種導線的相間距離進行數學建模，采用單擺模型模擬導線的擺動，考慮導線擺動過程中的能量衰減，定量計算導線相間距離。結果表明，同走廊并行走線的輸電線路，采用異種導線時，需對檔距進行控制，由常規經驗確定的最小導線間距無法滿足大檔距不同線路間的相間距離要求，須增加最小線間距離。所提模型和計算方法正確、有效，可定量模擬線路間導線不同步擺動的相間距離問題，為工程應用提供指導。

關鍵詞：同走廊;不同步擺動;線間間距

0? ? 引言

隨著社會經濟飛速發展，輸電線路走廊日益緊張，多條輸電線路共走廊走線可有效節約土地資源[1]。然而并行線路時常出現電壓等級不同、導線型號不同、平均高度不同等差異，因異種導線的風擺幅值、周期差異較大，會出現線路間導線檔中水平相間距離不足的問題。因此，本文特針對多條架空輸電線路同走廊并行走線情況下導線不同步擺動時水平相間距離建模、計算等開展研究工作。

1? ? 計算模型

本文研究以兩條并行走線的220 kV單回輸電線路為例，三相導線呈水平布置，邊相導線與線路中心的間距取8.0 m，基準風速33 m/s，覆冰厚度0 mm，一條線路導線為2×JL/

G1A-400/35鋼芯鋁絞線，垂直分裂間距500 mm，另一條線路導線擬采用2×JL/G1A-300/25鋼芯鋁絞線，垂直分裂間距500 mm，導線懸垂串長度3 600 mm。

2? ? 擺動模型

輸電線路導線設置在兩桿塔懸掛點的線呈懸鏈線狀態，為抽象模型，將一檔導線簡化為垂直懸掛的球體考慮（單擺），導線在恒定的風荷載作用下，擺動到平衡位置，此時外力風荷載撤銷后，導線自由阻尼擺動，如圖1所示。

如圖1所示，懸掛在檔中的導線等效為單擺后，其擺動周期如下：

式中：T為擺動周期（s）;L為擺長（m），在本模型中擺長L=懸垂串長λ+弧垂f;g為重力加速度，取9.806 65 m/s2。

擺動振幅如下：

式中：A為擺動振幅（m）;L為擺長（m）;θ為擺角（°）。

擺角簡化為導線受恒定橫向風荷載作用時平衡位置下的角度：

式中：θ為擺角（°）;Fw為導線橫向風荷載（N）;G為導線垂直荷重（N）;W為導線單位長度橫向風荷載（N/m）;γ為導線單位長度垂直荷重（N/m）。

從上述3個公式可以看出，若兩條并行的輸電線路采用異種導線，則導線在同一橫向風作用下，初始擺動幅值、擺動周期均不同，在擺動過程中可能發生相對擺動的情況，對線路安全運行極為不利。

3? ? 擺動幅值衰減模型

第2節所述并行線路的相鄰導線因擺動初始振幅、擺動周期的差異，在擺動過程的某一時刻，可能出現相對擺動的情況，但擺動過程是一個阻尼衰減的過程，經過若干周期后，雖然導線相對擺動，但阻尼衰減反而增大了導線的水平相間距離，因此需梳理出導線擺動振幅隨擺動周期變化的趨勢，導線擺動過程遵從能量守恒定律，在擺動過程中受風阻產生能量損失，擺動幅值隨之衰減。

以第n次擺動為起始，經過一個周期的擺動后，為第n+1次，則第n次擺動到最低點時的速度是由第n次擺動最高點處的勢能轉化成的動能決定的，為：

式中：Vn為第n次擺動到最低點時的水平速度（m/s）;An為第n次擺動的振幅（m）。

第n次擺動消耗的能量為：

式中：En為第n次擺動一個周期所消耗的能量（J）;Fn為第n次擺動所受的風阻力（N），風速暫取最低點風速的一半0.5Vn;An為第n次擺動的振幅（m）。

根據能量守恒定律，第n+1次擺動高度為：

第n+1次擺動的振幅為：

4? ? 相對運動周期數及水平距離

因兩條并行走線的線路懸掛異種導線，存在弧垂差異及擺動初始振幅的差異，在若干個周期后，兩相導線發生相對擺動。

兩條并行走線線路相鄰導線均在初始振幅處開始擺動，擺動的速度與時間呈正弦函數分布，兩回導線的擺動周期分別為T1和T2。異種導線擺動周期的差異導致了擺動周期T1和T2的差異，擺動步調并不一致，擺動若干次后，當兩相導線的擺動相位互差半周期后，將完全相對擺動。則出現相對擺動的周期數為：

第n次擺動后，兩相導線相向擺動，導線間水平距離為：

式中：d為第n次擺動導線相向擺動時的水平間距（m）;D為塔頭兩相導線的水平距離;An1、An2分別為兩相導線第n次擺動的振幅（m）。

5? ? 計算結果

5.1? ? 擺動周期及相向擺動的周期數

本文將計算200～900 m不同檔距下兩種導線的擺動周期，JL/G1A-400/35導線的弧垂大于JL/G1A-300/25導線，其擺長也相應較大，擺動周期也略大，隨著檔距的增大，擺動周期的差異越來越大，兩種導線的不同步性越發凸顯，如圖2所示。

5.2? ? 擺動振幅衰減

本文計算檔距為600 m時隨著擺動次數的增加擺動振幅的變化曲線，如圖3所示?？梢?，隨著擺動次數的增加，能量逐次衰減，擺動的振幅呈現衰減趨勢，且逐漸趨于飽和。檔距為600 m時，振幅衰減一半所需周期為14次（即半衰期為14個周期）。

5.3? ? 不同步擺動相間距離

表1給出了檔距在200～900 m變化時，JL/G1A-400/35導線與JL/G1A-300/25導線發生相對擺動后的相間距離，《110 kV～750 kV架空輸電線路設計規范》[2]（GB 50545—2010）規定的檔中操作過電壓最小間隙值為2.1 m。一般情況下，兩條220 kV線路并行走線最小線間距離取40 m，當檔距不超過580 m時，兩條線路不同步擺動的相間水平距離滿足規范要求，但當檔距超過580 m時，須增大最小線間距離。

6? ? 結語

本文通過建立架空線路導線擺動物理模型及擺動幅值衰減迭代算法，分別計算了2×JL/G1A-400/35、2×JL/G1A-

300/25導線的擺動周期、擺動振幅衰減規律及相向擺動后的相間距離，結果表明：導線弧垂差異引起擺動周期差異，隨著擺動的發生，振幅逐漸衰減，兩條220 kV線路并行走線最小線間距離一般取40 m，當檔距不超過580 m時，兩條線路不同步擺動的相間水平距離滿足規范要求，當檔距超過580 m時，須增加最小線間距離。

同走廊并行走線的輸電線路，采用異種導線時，需對檔距進行控制，大檔距時，由常規經驗確定的最小導線間距無法滿足不同線路間的相間距離要求，須增加最小線間距離。

[參考文獻]

[1] 韋剛，張子陽，房正良，等.多回輸電線路并架的不平衡性分析[J].高電壓技術，2004，30（10）：9-11.

[2] 110 kV～750 kV架空輸電線路設計規范：GB 50545—2010[S].

收稿日期：2020-09-04

作者簡介：梁盼望（1984—），男，陜西興平人，碩士研究生，高級工程師，從事架空輸電線路設計工作。