Вибрация и пляска проводов на воздушных линиях электропередачи

Причины возникновения и возможности ограничения «пляски» проводов

2.1.1. Пляской
проводов с односторонними либо с асимметричными отложениями различной плотности
(гололед, мокрый снег, смесь, изморозь) называются вызываемые ветром устойчивые
периодические низкочастотные колебания натянутого в пролете ВЛ провода,
образующие стоячие волны с числом полуволн от одной до двадцати.

2.1.2. Наиболее опасными и наиболее часто
встречающимися являются случаи пляски с 1, 2 и 3 полуволнами колебаний. Размах
пляски 2А (удвоенная амплитуда колебаний или перемещение провода от крайней
нижней точки движения до крайней верхней, называемое амплитудой
«пик-пик») наибольших значений достигает при колебаниях с одной
полуволной в пролете.

https://www.youtube.com/watch?v=ytcreators

В пролетах небольшой длины (до 150 м) размах однополуволновых
колебаний в пучности может превышать по значению стрелу провеса провода и
достигать 4 — 6 м (рис. 1, а). В пролетах
большой длины размах однополуволновой пляски может достигать стрелы провеса, но
обычно не превышает 6-10 м (рис. 1, б).

Пляска с двумя полуволнами (рис. 2, а) чаще
всего происходит с амплитудами «пик-пик» 1,5 — 3 м, однако есть
данные о колебаниях с размахом до 4 — 6 м. Размах пляски с тремя полуволнами
(рис. 2, б) по имеющимся данным не
превосходит 4 м. Реже встречаются случаи менее опасной многополуволновой пляски
с четырьмя и более полуволнами в пролетах ВЛ.

а — малой длины; б —
большой длины

а — две полуволны; б —
три полуволны

2.1.3. Характерный диапазон
частот колебания проводов при пляске 0,2 — 1 Гц. Частота колебаний при пляске с
определенным числом полуволн зависит от тяжения провода, погонной массы провода
с гребешком осадка, длины пролета, конструкции пролета (анкерный, промежуточный
и т.д.) и скорости ветра.

2.1.4. Пляска
является результатом воздействия на провод периодически изменяющейся подъемной
силы, возникающей при его обтекании равномерным и поперечно направленным
воздушным потоком скоростью от 6 до 25 м/с. Значения и направления подъемной
силы и аэродинамического крутящего момента зависят от угла атаки воздушного
потока по отношению к профилю гололеда [1,
2].

Рис.
3. Угол атаки неподвижно закрепленного провода с гололедом, имеющим толщину стенки h

Рис.
4. Изменение углов атаки провода с гололедом, движущегося со скоростью V
в поперечном воздушном потоке

2.1.5.
Отложения на проводах в виде мокрого снега появляются при температурах воздуха
от 2 до -2 °С. Гололед образуется при выпадении переохлажденного дождя или при
переохлажденном тумане при температурах от 0 до -5 °С. Изморозь образуется на
проводах при температурах воздуха от -3 до -15 °С. Известны также случаи пляски
проводов в северных районах при температурах ниже -30 °С, причиной которых,
очевидно, является образование сублимационной изморози.

Пляска может возникать при отложении тонкого слоя
гололеда, малозаметного с земли. Наиболее характерными для отечественных
энергосистем являются случаи пляски с отложениями гололеда толщиной от 3 до 20
мм.

Как правило,
образование отложений на проводах сочетается с действием ветра. Однако в
процессе формирования отложений или после его завершения скорость и направление
ветра могут меняться, вызывая усиление, ослабление или прекращение пляски.

2.1.6.
Благоприятными для развития интенсивной пляски являются ровная открытая
местность и вершины холмов. Пляске подвержены также линии, проходящие по
гребням невысоких горных хребтов, и участки линий, пересекающие горные долины.
Закрытые для действия ветра участки трасс ВЛ (высокая застройка, лес, сильно
изрезанный рельеф местности) являются препятствиями для пляски.

2.1.7. Пляске
подвержены провода практически любой конструкции и любого диаметра. Исключение
составляют лишь провода марки Т-2, выпускаемые фирмой Кайзер Алюминиум (США),
представляющие собой два провода одинакового диаметра, скрученные с
определенным шагом [3].

Провода
расщепленных фаз в большей мере подвержены пляске, чем одиночные, поскольку
наличие внутрифазовых дистанционных распорок способствует увеличению
эксцентричности гололедного отложения. Кроме того, провода, расщепленные на три
составляющие и более, имеют близкие значения частот одинаковых форм
вертикальных и крутильных колебаний, что увеличивает вероятность интенсивной
пляски.

2.2.1.
Имеющиеся данные [4] показывают, что до
90 % случаев пляски приводят к нарушению режима работы ВЛ или к повреждению их
элементов, причем только в 30 % случаев нарушения ограничиваются
кратковременными отключениями ВЛ и не сопровождаются перебоями в работе линий
продолжительностью от нескольких часов до нескольких суток. В некоторых случаях
ремонтно-восстановительные работы требуют значительных затрат и длительного
отключения линии.

2.2.2. Сближение проводов разных фаз на линиях с
вертикальным или треугольным расположением проводов является причиной
междуфазовых замыканий при пляске. Реже происходят замыкания на землю, причиной
которых является нарушение изолирующего воздушного промежутка между проводом и
грозозащитным тросом, либо между проводом и заземленными конструкциями опор,
перекрытия на близкорастущие деревья.

2.2.3. В
процессе интенсивной пляски провода линейная арматура, изолирующая подвеска и
элементы опор испытывают действия значительных циклических нагрузок.
Амплитудные значения переменной составляющей тяжения одиночного провода либо
каждого из проводов расщепленной фазы достигают 1 — 4 т [5]. На изолирующую подвеску и траверсы опор ВЛ с
расщеплением фаз на N
составляющих передаются соответственно динамические нагрузки, достигающие (1
÷ 4) N
тонн.

https://www.youtube.com/watch?v=ytabout

5.1.1. Защите
подлежат ВЛ традиционного типа с одиночными проводами, расположенные в 3, 4-м
или особом районах пляски (см. табл. 6). Во
2-м районе пляски защитные мероприятия выполняются в том случае, если требуется
повышенная надежность электроснабжения потребителей.

5.1.2. На
линиях электропередачи компактного типа (с уменьшенными междуфазовыми
расстояниями) защиту следует предусматривать, начиная с 1-го района пляски.

5.1.3. На ВЛ с
вертикальным или треугольным расположением фаз при междуфазовых расстояниях
менее 3 м рекомендуется применение междуфазовых изолирующих распорок, основным
назначением которых является предотвращение междуфазовых перекрытий. Для ВЛ
традиционного типа в 3-м районе пляски рекомендуется установка между фазовых
распорок по 2 шт.

на пролет (рис. 8), в 4-м
и особом районах — по 4 распорки на пролет (рис. 9).
На ВЛ компактного типа с треугольным расположением проводов изолирующие
междуфазовые распорки рекомендуется устанавливать по групповой схеме (по 3
распорки в группе) с интервалами между группами распорок 60 — 130 м (рис. 10).

Рис.
8. Система из двух распорок в пролете

Рис.
9. Система из четырех распорок в пролете

Рис.
10. Установка междуфазовых распорок по групповой схеме на ВЛ компактного типа

5.1.4. Для
ограничения амплитуд пляски с числом полуволн от 1 до 4, предотвращения повреждений
изолирующей подвески и элементов опор рекомендуется применение механических
гасителей типа эксцентричных грузов фирмой ОРГРЭС и ВНИИЭ разработаны две
конструкции гасителей этого типа.

При применении гасителей фирмы ОРГРЭС [8] предусматривается установка массивных грузов (рис. 11, а) по два груза на каждом проводе в
каждом защищаемом от пляски пролете (рис. 11,
б).

а — конструкция гасителя; б
— пример расстановки гасителя на проводе (тросе) в пролете ВЛ (условно показан один провод)

https://www.youtube.com/watch?v=ytpress

При применении гасителей ВНИИЭ предусматривается
установка легких эксцентричных грузов (рис. 12)
массой от 1 до 3 кг, а также грузов-ограничителей закручивания провода.
Последние устанавливаются под проводом в вертикальной плоскости и обеспечивают
устойчивое горизонтальное положение эксцентричных грузов-гасителей пляски,
предотвращая их опрокидывание при любых эксплуатационных воздействиях [9].

а — вдоль линии; б — вид сверху; 1 —
груз; 2 — плашечный зажим; 3 — провод; 4 — армирующие прутки

По вопросам выбора параметров и
схем установки в пролетах ВЛ каждого из указанных гасителей обращаться
соответственно в ОРГРЭС и ВНИИЭ.

5.2.1. Защите
подлежат линии электропередачи, расположенные в 3, 4-м и особом районах пляски,
а также не имеющие резервирования радиальные линии во 2-м районе пляски.

5.2.2. Для
защиты от пляски рекомендуется применение механических гасителей типа
эксцентричных грузов (см. рис. 12),
устанавливаемых в середине каждого подпролета между внутрифазовыми
дистанционными распорками [10]
поочередно справа и слева от вертикальной плоскости, проходящей через
продольную ось провода (рис. 13), (рис. 14).

Рис.
13. Расположение эксцентричных грузов на проводах пучка из двух горизонтально расположенных составляющих (вид сверху)

Рис. 14. Расположение
эксцентричных грузов на проводах пучка из двух вертикально расположенных составляющих (вид спереди)

5.3.1. Защите подлежат ВЛ с
многократно расщепленными проводами, расположенные в 3, 4-м и особом районах
пляски.

5.3.2. Для защиты от пляски рекомендуется применение
гасителей маятникового типа [11]. Разработаны
модификации гасителей для ВЛ 400 и 500 кВ с шагом расщепления между проводами
пучка 400 и 600 мм (рис. 15). В
зависимости от диаметра проводов и длины пролетов рекомендуется устанавливать
от четырех до шести гасителей на пролет с массами маятников от 20 до 30 кг.

В
пролетах ВЛ 750 кВ с расщеплением фаз на пять составляющих рекомендуется
устанавливать 4 — 6 маятниковых гасителей с массами маятников от 30 до 50 кг
(рис. 16). По вопросам выбора параметров
и схем установки гасителей пляски маятникового типа в пролетах ВЛ 400, 500 и
750 кВ обращаться во ВНИИЭ.

3.1. Регистрация и накопление данных о
случаях пляски проводов ВЛ

3.1.1. Данные
непосредственных наблюдений пляски проводов ВЛ необходимы для совершенствования
методов проектирования ВЛ по условию предотвращения механических повреждений и
перекрытий между проводами по причине пляски, при разработке устройств защиты
линий от пляски, для определения района пляски.

3.1.2. Для обеспечения квалифицированных наблюдений
при пляске проводов на ВЛ предприятиям электросетей необходимо выделить из
числа инженерно-технического персонала ПЭС сотрудников, не входящих в состав
ремонтно-восстановительных бригад. Эти сотрудники должны владеть настоящей
методикой наблюдения пляски проводов.

После получения сообщений о возникновении
пляски проводов или об отключениях линии при характерных для пляски
метеоусловиях (ветер скоростью 6 — 20 м/с, отложения на проводах, туман или
моросящий дождь при температуре воздуха ниже 0 °С) должен быть организован
выезд выделенных для наблюдения сотрудников на участки ВЛ, где замечена или
предполагается пляска проводов.

3.1.3. При
наблюдениях необходимо фиксировать характер и параметры пляски, географические
и метеорологические условия, вызываемые пляской нарушения в работе ВЛ и
повреждения ее элементов. Все данные, полученные во время наблюдений, заносятся
в ведомость учета пляски проводов (табл. 1).
Образец заполнения ведомости дан в табл. 2.
Графы 1 — 7, 9, 10 ведомости заполняются в предприятии электросетей. Остальные
графы — при непосредственном наблюдении пляски.

Рис.6.
Зависимость отношения максимальной ожидаемой амплитуды пляски к
длине пролета от обобщенных параметров пролета

3.2.1. Оценка максимальной
ожидаемой амплитуды пляски проводов для ВЛ с данными конструктивными
параметрами при отсутствии специальных устройств защиты от пляски дает
возможность определить междуфазовые расстояния на промежуточных опорах по
условию предотвращения перекрытий между проводами по причине пляски проводов.

3.2.2. Данный
способ оценки максимальных ожидаемых амплитуд пляски основан на методе, впервые
разработанном в «Alcoa Conductor Products Company». Автор метода —
С.В.Rawlins [6, 7]. Настоящая методика, базируясь на указанном методе,
использует результаты анализа собранных ВНИИЭ данных наблюдений 110 случаев
пляски проводов ВЛ в энергосистемах страны.

Методика распространяется на
промежуточные пролеты ВЛ 110 и 220 кВ с одиночными проводами, поскольку о
случаях пляски проводов этих ВЛ накоплено наибольшее количество достоверной
информации. По мере накопления данных о случаях пляски ВЛ других классов
напряжений с расщепленными проводами область применения настоящей методики
будет расширена.

Μ΄
— параметр, характеризующий склонность пролетов различных видов к
многополуволновой пляске.

Значение параметра Μ΄ для конкретного промежуточного
пролета ВЛ вычисляется по формуле

где
f — стрела провеса провода, м;

https://www.youtube.com/watch?v=ytdev

lг — длина
поддерживающей гирлянды изоляторов, м;

l —
длина пролета, м.

Другим
параметром пролета, влияющим на значение ожидаемой амплитуды пляски, является
параметр T/W, где T —
тяжение провода, кгс; W — масса единицы длины провода, кгс/м. Поскольку тяжение
провода в пролете влияет на частоту колеблющегося провода, параметр T/W определяет
частоту собственных колебаний пролета, т.е. одну из возможных форм пляски.

3.2.4. По
данным конкретного пролета (f,
lг, l, T, W) вычисляются значения параметров Μ΄
и T/W. Затем используются
представленные на рис. 6 кривые, с помощью
которых при данных значениях Μ΄ и T/W определяется
значение отношения ожидаемой двойной амплитуды пляски к длине пролета (2A/l). Смысл каждой кривой,
представленной на рис. 6, состоит в том,
что левее каждой из них не ожидается значений отношения 2A/l, превосходящих значения, указанные
на данной кривой.

Рис.
6. Зависимость отношения максимальной ожидаемой амплитуды пляски к длине пролета от обобщенных параметров пролета Μ΄ и T/W

По отношению 2A/l для
данного пролета может быть легко определено значение максимальной ожидаемой
амплитуды пляски пролета (2A).

2.1. Причины возникновения, характеристики пляски

2.1.1. Пляской проводов с
односторонними либо с асимметричными отложениями различной
плотности (гололед, мокрый снег, смесь, изморозь) называются
вызываемые ветром устойчивые периодические низкочастотные колебания
натянутого в пролете ВЛ провода, образующие стоячие волны с числом
полуволн от одной до двадцати.

2.1.2. Наиболее опасными
и наиболее часто встречающимися являются случаи пляски с 1, 2 и 3
полуволнами колебаний. Размах пляски 2А (удвоенная амплитуда
колебаний или перемещение провода от крайней нижней точки движения
до крайней верхней, называемое амплитудой «пик-пик») наибольших
значений достигает при колебаниях с одной полуволной в пролете.

В
пролетах небольшой длины (до 150 м) размах однополуволновых
колебаний в пучности может превышать по значению стрелу провеса
провода и достигать 4-6 м (рис.1, а). В пролетах большой длины
размах однополуволновой пляски может достигать стрелы провеса, но
обычно не превышает 6-10 м (рис.1, б). Пляска с двумя полуволнами
(рис.

https://www.youtube.com/watch?v=ytcopyright

2, а) чаще всего происходит с амплитудами «пик-пик» 1,5-3 м,
однако есть данные о колебаниях с размахом до 4-6 м. Размах пляски
с тремя полуволнами (рис.2, б) по имеющимся данным не превосходит 4
м. Реже встречаются случаи менее опасной многополуволновой пляски с
четырьмя и более полуволнами в пролетах ВЛ.

3.1. Регистрация и накопление данных о случаях пляски
проводов ВЛ

3.1.1. Данные
непосредственных наблюдений пляски проводов ВЛ необходимы для
совершенствования методов проектирования ВЛ по условию
предотвращения механических повреждений и перекрытий между
проводами по причине пляски, при разработке устройств защиты линий
от пляски, для определения района пляски.

3.1.2. Для обеспечения
квалифицированных наблюдений при пляске проводов на ВЛ предприятиям
электросетей необходимо выделить из числа инженерно-технического
персонала ПЭС сотрудников, не входящих в состав
ремонтно-восстановительных бригад. Эти сотрудники должны владеть
настоящей методикой наблюдения пляски проводов.

После получения
сообщений о возникновении пляски проводов или об отключениях линии
при характерных для пляски метеоусловиях (ветер скоростью 6-20 м/с,
отложения на проводах, туман или моросящий дождь при температуре
воздуха ниже 0 °С) должен быть организован выезд выделенных для
наблюдения сотрудников на участки ВЛ, где замечена или
предполагается пляска проводов.

3.1.3. При наблюдениях
необходимо фиксировать характер и параметры пляски, географические
и метеорологические условия, вызываемые пляской нарушения в работе
ВЛ и повреждения ее элементов. Все данные, полученные во время
наблюдений, заносятся в ведомость учета пляски проводов (табл.1).
Образец заполнения ведомости дан в табл.2. Графы 1-7, 9, 10
ведомости заполняются в предприятии электросетей. Остальные графы —
при непосредственном наблюдении пляски.

Таблица
1

Ведомость учета пляски проводов

							Участок пляски				Метеоусловия при пляске			Характер пляски
											Ветер		Отложения
N п.п.	Дата пляски	Наимено- вание линии, напря- жение, кВ, общая длина линии, км, год ввода в эксплу- атацию	Расчетный климати- ческий район (по проекту ВЛ ветровой и голо- ледный)	Марка провода троса	Располо- жение проводов на опоре (схема с разме- рами)	Располо- жение проводов в фазе (схема с разме рами). Тип дистанци- онных распорок фазы троса	Номер опор	Длина пролетов, м	Тяжение , кг/мм при 0 °С провода троса	Харак- тер мест- ности	Ско- рость м/с	Направ- ление, угол к линии, град.	Характер, форма с размерами (эскиз)	°С	Число полуволн в пролете провода троса	Двойная амплитуда (2А), м, провода троса	Продол- житель- ность, ч. Причина прекра- щения пляски	Послед- ствия пляски. Характер и место располо- жения повреж- дений. Коли- чество отклю- чений	Приме- чание
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20

Таблица 2

Ведомость учета пляски проводов (образец заполнения)

Участок пляски

Метеоусловия при пляске

Характер пляски

Ветер

Отложения

N п.п.

Дата пляски

Наименование линии, напряжение, кВ, общая длина линии, км, год ввода в эксплуатацию

Расчетный клима- тический район (по проекту ВЛ ветровой и гололедный)

Марка провода троса

Расположение проводов на опоре (схема с размерами)

Располо- жение проводов в фазе (схема с размерами). Тип дистан- ционных распорок фазы троса

Номер опор

Длина пролетов, м

Тяжение , кг/мм при 0 °С провода троса

Харак- тер мест- ности

Скорость м/с

Направление, угол к линии, град.

Характер, форма с размерами (эскиз)

°С

Число полуволн в пролете провода троса

Двойная амплитуда (2А), м, провода троса

Продолжи- тельность, ч. Причина прекра- щения пляски

Последствия пляски. Характер и место расположения повреждений. Количество отключений

Примечание

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

1

20.12.1986 г.

Экибастуз- Челябинск, 1150 кВ, 1500 км, 1983 г.

III ветровой; III гололед- ный

8АС330/43 2AC70/72

8РГ-4-400В РГИ-3-400

63-66

400 м

8 кг/мм 12кг/мм

Ровная

18 м/с

С-В, 80°

0-1 °С

3 (фаза В) 2,5 (фаза С)

4 м (фаза В) 2,5 м (фаза С)

2,5. Ветер изменил направление

Повреждены изоляторы на фазе С опоры 64 (5 шт.). Деформированы рамы дистанционных распорок по 3-5 шт. в каждом пролете. Отключений не было

При колебаниях гирлянд отклонения их от вертикали составляли 25° на фазе В и 15° на фазе С. Траектория движения фаз

На фазе В отмечались крутильные движения пучка, синхронные с поступательными, угол закручивания фазы 10°

2

20.12.1986 г.

Экибастуз- Челябинск, 1150 кВ, 1500 км, 1983 г.

III ветровой; III гололед- ный

8АС330/43 2AC70/72

8РГ-4-400В РГИ-3-400

66-68

390 м

8 кг/мм 12кг/мм

Ровная

18 м/с

С-В, 80°

0-1 °С

2 (фаза С), трос спокоен

8 м

2,5. Ветер изменил направление на 90°

Повреждено 3 изолятора в гирлянде опоры 67. Деформировано по 2 дистанционных распорки в каждом пролете. Отключений не было

Отклонения гирлянды от вертикали -15°. Траектория движения провода: м, м, . Отмечены крутильные движения пучка, синхронные с поступательными, угол закручивания фазы — 15°

https://www.youtube.com/watch?v=ytpolicyandsafety

3.1.4. Во время
наблюдений необходимо зафиксировать, какие провода и тросы
находятся в состоянии пляски (отметить их звездочкой на схеме
гр.6), определить число полуволн колебаний на разных проводах
(гр.16), характер волн — стоячие или бегущие (гр.20).Наибольшее значение
двойной амплитуды колебаний, т.е.

I. С помощью угломерных
инструментов (теодолит, угломер) по формуле

где — расстояние между местом установки
инструмента и линией, м;

— угол между верхним и нижним положениями
провода, град.

II. Приближенно с помощью
масштабной линейки.Наблюдатель отходит от
линии на 50-60 м и, держа на вытянутой руке масштабную линейку,
отмечает на ней разницу между верхним и нижним положениями провода
при пляске (см). Значение двойной амплитуды пляски (м)
подсчитывается по формуле

3.4. Экспертная оценка фактора
опасности пляски проводов ВЛ

3.4.1. При недостатке
объективных данных о пляске факторы, оказывающие наиболее существенное влияние на
частоту ее повторяемости и интенсивность, могут быть определены путем
экспертной оценки. Обобщенный фактор опасности пляски количественно
определяется путем перемножения величин отдельных факторов пляски

где
R — обобщенный фактор опасности пляски;

 — знак произведения
значений пяти частных факторов;

Ri —
частные факторы опасности пляски.

3.4.2. Фактор ветровой активности (R1) определяется
среднемесячной продолжительностью действия ветров скоростью 6 — 20 м/с, направленных
под углами от -45 до 45° к трассе предполагаемой ВЛ, в течение гололедного
сезона.

3.4.3. Фактор гололедной
опасности (R2)
определяется числом дней за год, когда на проводах можно ожидать появление отложений
гололеда, мокрого снега, смеси или изморози.

3.4.4. Топографический
фактор (R3)
отражает влияние рельефа местности, наличие растительности и застройки в районе
прохождения ВЛ.

3.4.5. Конструктивный
фактор (R4)
характеризует влияние геометрии расположения проводов на опорах, длин пролетов,
тип крепления проводов на опорах.

3.4.6. Фактор влияния
расщепления фаз (R5)
характеризует рост подверженности пляске с увеличением числа составляющих
расщепленной фазы

3.4.7. В зависимости от обобщенного фактора опасности
пляски, значения которого располагаются в диапазоне от 0,125 до 90, по
оценочной шкале может быть определена степень опасности пляски для
существующей, проектируемой или сооружаемой линии.

https://www.youtube.com/watch?v=ytadvertise

В
тех случаях когда значение фактора R ≥ 10, необходимо в плановом
порядке предусматривать мероприятия по изменению конструкции линии, либо по
применению устройств защиты от пляски. Если R ≥
50, указанные мероприятия необходимо выполнять срочно.