220 kV輸電線路分裂導線粘連分析與處理方法

李冬，潘一帆，江召，劉宏波，李凱，藍敏雪

（中國能源建設集團云南省電力設計院有限公司，云南 昆明 650051）

0 前言

隨著我國經濟的高速發展，我國電網建設也緊跟其后，支撐著我國經濟的發展和人民生活的穩定。我國大多數地區的遠程輸電以220 kV輸電線路為主，同時220 kV 輸電線路也是省級電網的骨干電力網絡，其重要性尤其突出。增加線路穩定性，減少線路可能出現的問題是一個值得研究的內容[1]。自1990 年以來，全國各個地區都發生了多起分裂導線粘連的故障，嚴重危害了電網的運行安全與輸電系統的穩定運行。因此，對于分裂導線粘連的成因和校驗及其解決方法都有研究的意義[2-3]。

在以往工程中，發現分裂導線之間無法保持所需要的電氣間距時，通常會采用在分裂導線上加裝間隔棒的方式來防止導線粘連[4-5]，但在實際工程運用中發現，在受到施工弧垂誤差及風振等因素的影響下，部分間隔棒會夾持導線部位，導致導線磨損嚴重，甚至出現鋁線斷股等嚴重問題。本文提出兩種方法來解決導線粘連問題，以蘭騰220 kV 輸電線路的導線粘連問題來驗證方法的合理性。

1 導線粘連的原因

1.1 導線的粘連

對于雙分裂導線，可以視為兩條相互平行的電流分別為I1、I2且電流方向相同的通電導體，如圖1 所示。由右手螺旋定則得到，在電流通過后所產生的磁場方向為垂直紙面向外，同時根據電磁力的左手定則可以分別得到兩條導線受到的電磁力為F1和F2，電磁力的大小根據公式（1）計算[6]：

圖1 雙分裂導線示意圖

式中：F為電磁力，N；μ=4 π×10-7為真空磁導率，H/m；d為雙分裂導線之間的距離，m。

在電磁力的作用下，同相的雙分裂導線的受力的方向向著對方靠攏。在設計雙分裂導線的時候已經考慮到電磁力對導線產生的影響，在輸電線路正常運行的過程中，電磁力并不會導致分裂導線粘連，但是長距離輸電線路一般架設在野外環境中，野外復雜的環境可能出現大風、分裂導線溫差、長時間高負載導致的溫升和施工誤差，都會加大粘連的可能性。當導線某處發生粘連，兩導線的距離d會受力縮短，受到的電磁力進一步提高，導致粘連不斷延伸，直至懸掛點，才會因金具的剛性間隔維持力的平衡，停止粘連。

1.2 風速對導線粘連的影響

220 kV 輸電線路多用于長距離輸電，通過的環境一般為野外，野外的自然環境相對復雜，特別在山嶺地區，為了合理利用地形，降低工程的總造價，常會將輸電線路的桿塔立于兩山峰之間，以此減少桿塔的使用數量[7]。此時檔距中間為山谷地形，而山谷地形為風口，相對于平原等地區有著更大的風速。同時，隨著檔距的增大，風速更加快，由風力導致的導線擺動就會愈加劇烈。當分裂導線在風力的作用下擺動不一致而相互接近時，風產生的作用力會抵消一部分自重。同時，導線距離d的減小會加大電磁力，從而導致的導線粘連。風速產生的風力由表1 所示：

表1 風速對導線的作用力

1.3 導線溫度差異對導線粘連的影響

220 kV 輸電線路常常會因為日照、風速、覆冰等一系列原因造成分裂導線溫度出現差異，同時220 kV 輸電線路常為長距離輸電導線，特別在檔距較大的線路中，隨著檔距的增加，弧垂也會加大，弧垂的計算公式如下[8]：

式中：H為導線的弧垂，m；L為導線的長度，m；Fz為導線的張力，N；Gz為導線的重力，N；C 為導線參數決定的拉斷力，N；Sz為導線截面積，m2；ξ為安全系數，正常計算為2.5。

溫度升高的熱脹冷縮會使得導線截面積的上升和導線長度變長，分裂導線的溫度差異會導致導線弧垂增長水平不一，分裂導線距離d縮短，最后電磁力升高雙分裂導線發生粘連。如表2 所示為弧垂與溫度的關系。

表2 弧垂與溫度變化關系

對于220 kV 輸電線路，雙分裂導線的分裂間距最大不會超過600 mm，在溫差的影響下，根據表2 可知，會大幅度減少間距，分裂導線距離d縮短，最后電磁力升高雙分裂導線發生粘連。

1.4 載流量對導線粘連的影響

對于導線載流的設計一般以線路平均載流量為主[9]，對于220 kV 輸電線路，以LGJ-300/40 為例，根據公式（1）計算分裂導線的電磁力，得到表3。

表3 輸送功率與電磁力的關系

由表3 可知，隨著輸送功率的上升，單位電磁力逐漸升高，同時分裂間距越小，單位電磁力的提升越大。

雖然在設計時會考慮到載流量加大造成的電磁力增大的問題，但設計的載流量一般以平均能耗為標準，近些年隨著一些高耗能產業的興起與發展，例如電解硅等，都會持續大量耗能。長時間的高負載會使得導線溫度上升發生形變，同時大電流提高的電磁力使得分裂導線更易粘連。

1.5 施工對導線粘連的影響

雖然設計上是保持了安全的分裂間距，但是在放線的過程中難免會出現一些小問題，例如放線時上子導線的弧垂比下子導線大，或下子導線的弧垂為負誤差，會導致分裂導線兩線之間的分裂間距小于設計規定值，這時，任何前文所分析的原因都可能會導致導線粘連的概率大大提高。

2 220 kV蘭騰雙回路輸電線路案例分析

蘭騰雙回路輸電線路為220 kV 的輸電線路，采用2*LGJ-300/40 的鋼芯鋁絞線，分裂導線采用垂直排列，分裂間距為400 mm，全長70.5 km，氣候條件為覆冰5 mm，基本風速為25 m/s，穿越地形多為高山丘陵。

2.1 導線粘連的起因、處理與現狀

工程建設于2006 年，在投運后發現導線發生粘連現象，分析得出原因是施工放線誤差導致的分裂導線間距縮短，同時導線跨越區間時有大風現象，綜合導致的導線粘連問題，最后采用加裝間隔棒的方式來解決問題。

在2020 年發現，線路上加裝的導線間隔棒受到施工弧垂誤差、風振和溫度等一系列影響，部分間隔棒夾持導線部位，導線磨損嚴重，甚至出現鋁線斷股等嚴重問題。

間隔棒安裝在分裂導線上的主要目的是固定各分裂導線間的間距，用于防止導線互相鞭擊、抑制微風振動和次檔距振蕩。間隔棒一般安裝在檔距中間，每個安裝相隔50～60 m[10]。而此工程中的間隔棒發生了位移，兩個、甚至多個間隔板位移而貼緊到了一起，還會發生翻轉現象。

2.2 采用間隔棒的弊端

由事例可以知道，采用間隔棒來保持分裂導線間距還是會導致諸多問題，例如間隔棒位移、導線磨損、導線拉拽等。

雖然導線在設計上，雙分裂導線的兩條子導線的弧垂應該相同，但無論是自然環境的影響還是施工時的誤差都會導致兩條子導線出現一定高的弧垂差。在放線時如果上子導線放線較設計較少，會出現上子導線通過間隔棒強行拉扯下子導線的情況，會嚴重增加導線的磨損，出現間隔棒因導線磨損的位移現象，嚴重時還會出現子導線的鋁線斷股等問題。在放線時如果下子導線放線較大，會出現上子導線因間隔棒的原因額外承受另一子導線的自重，同樣會出現導線磨損加劇，受力接近拉斷力等問題，造成斷股等問題。

2.3 分裂間隙驗證

在發現間隔棒導致的諸多問題后，考慮對間隔棒進行拆除，但同時還需要預防導線粘連的問題，就導線粘連問題，對分裂導線的分裂間隙進行重新分析驗證。

在分裂間距正常的情況下，根據公式（1），取LGJ-300/40 型導線允許載流量770 A，環境溫度35 ℃，平衡溫度90 ℃。經計算，400 mm分裂間距條件下，單位長度導線間電磁力為0.3 N/m，單位長度導線自重力為11.09 N/m，導線自重力遠大于導線間電磁力。因而在不考慮其他因素（施工放線誤差，導線材質誤差）影響下，導線間電磁力不會導致導線粘連。導線分裂間距滿足相關要求。

考慮到工程施工時會產生的誤差，根據《110 kV～750 kV 架空輸電線路施工及驗收規范》（GB 50233-2014）[11]的要求，220 kV 及以上誤差為±2.5%，若上子導線為正誤差，下子導線為負誤差，300 m 代表檔距條件下，弧垂差近0.277 m，導線分裂間距剩余123 mm，導線間電磁力為0.97 N/m，仍不足以發生導線粘連。但如果施工時操作出現問題，上下子導線放線誤差分別為3.5%和-3.5%，則弧垂差近0.388 m，導線分裂間距僅剩12 mm，此時導線間電磁力已達10.4 N/m，十分接近導線自重力，極易發生導線粘連。

子導線的弧垂也會存在一定的差異，受導線直流電阻誤差、日照條件差異、垂直導線風速等因素影響，上下子導線存在一定溫升差異。經計算：300 m 代表檔距情況下，上下子導線溫差若達到10 ℃，則弧垂差近0.38 m，導線分裂間距僅剩20 mm。檔距與弧垂的關系如表4。

表4 檔距與弧垂的關系

若導線間分裂間距近10 mm 時，電磁力即可達到12 N/m，此時電磁力已大于導線自重力，從而導致上下子導線粘連。

由導線粘連校驗、施工弧垂誤差校驗、子導線弧垂差異校驗和輸送容量校驗可以得到結論，400 mm 的分裂間距理論上是滿足分裂導線對于導線粘連的預防的，對于間隔棒可以進行拆除。

3 解決導線粘連的方法

通過對于220 kV 蘭騰雙回路輸電線路案例的分析和驗證?？梢悦黠@看出，對于當前應對導線粘連的主流處理方式加裝間隔棒在解決了粘連問題的同時，會產生許多新的問題，并不是一個很好的解決方法。

3.1 更換導線排列方式

對比水平排列，垂直排列更省金具，在考慮到經濟性的問題上，除重冰區都采用垂直排列作為常用排列方式。由垂直排列變換到水平排列也相對簡單，只需要替換絕緣子串部分金具即可完成。對于垂直排列和水平排列的耐張串設計如圖2 和圖3 所示。

圖2 垂直排列耐張串

圖3 水平排列耐張串

水平排列相較于垂直排列，可以防止因為弧垂誤差的原因造成的分裂導線的分裂間隙縮短的問題；同時在放線施工出現誤差時，并不會縮短分裂導線的分裂間距；當溫度上升導致的熱脹冷縮使得導線弧垂增大也不會影響導線的分裂間距?？梢杂糜诮鉀Q分裂導線的因電磁力產生的粘連問題。

3.2 調整導線弧垂提高分裂間距

在許多實際工程中，因為發現輸電線路發生粘連情況時早已投產多年，對線路進行耐張串改造會造成長時間停電，造成大量的危害和損失。以220 kV 蘭騰雙回路輸電線路為例，經過多方面計算和驗證，證明導線的分裂間距在非極端環境下，都可以保證線路不發生粘連。在考慮到經濟性和停電造成的影響，只對間隔棒進行拆除工作，同時采用減少上子導線的弧垂，加大下子導線的弧垂，通過這樣的方法再次增加分裂導線的分裂間隔，以此給出足夠的冗余量，防止出現大風、上下子導線溫差、長時間大輸送功率等帶來的粘連發生的可能性，不給導線粘連發生的條件。同時，該方法也應用于解決220 kV 羊麗雙回線的導線粘連問題，取得了良好的效果。

4 結束語

1）導線發生粘連的最主要原因是分裂導線的電磁力隨著子導線距離的縮短而增大，導致超過自重粘連到一起。導致分裂導線間距減少的原因有大風造成的作用力、溫差導致的弧垂變化、載流量長時間處于高負載狀態、施工失誤的間隔減少等問題。

2）通過對于事例的分析，證明間隔棒并沒有完全解決導線粘連的問題，同時還會導致隔棒位移、導線磨損、導線拉拽等問題，不能作為導線粘連的解決辦法。

3）當前可以良好解決導線粘連的辦法有采用水平排列和加大導線的分裂間距，對于未投產工程，采用水平排列的耐張串可以良好的解決導線的粘連問題。對于已經投產的工程，考慮到線路改造導致的長時間停電問題和經濟性，一般采用增大導線分裂間距的辦法。