输电线路舞动分析及防范措施研究

张海杰

（国网冀北电力有限公司秦皇岛供电公司，河北秦皇岛，066000）

0 引言

输电线路是供电企业完成工作内容的重要设备，由于长期在室外环境中作业，受到外力条件影响的概率就会大大增加，其中线路舞动就是最具典型性特点的危害问题之一。降低线路舞动条件是极为关键的内容，必须从其特点与形成原因上进行深入探讨，才能制定出更具针对性的防范措施，提高整体供电的有效性。

1 输电线路舞动的概念与特点

当输电线路的导线上覆有不均匀的薄冰，在侧向风力的作用下，就会使架空的导线产生自激震动，并在大幅度的震动中表现出低阶固有频率的特点，在不同条件下表现出垂直、偏离、扭转等现象的问题，被称作输电线路的导线舞动。

当输电线路的环境温度条件在0℃左右时，最容易产生覆冰的现象，如果发生10-20m/s的强风天气，就会导致舞动的发生，因此这一问题经常发生在冬季。舞动的频率会维持在0.1-3Hz范围内，表现出低频率的特征，而其舞动的振幅可以高达10以上，如果一旦发生舞动问题，极易引起输电线路的断路与断线问题，甚至可能引起倒塔事故，致使大范围地区的供电出现中断，不仅对供电企业的工作安全性与连续性造成影响，也对社会生产生活造成极为严重的损失。

2 产生线路舞动的原因与防范措施

2.1 输电线路发生舞动的原因

输电线路的结构、参数对其舞动条件有着极大的影响，通过大量的研究表明，在同等的环境条件下，如果使用分裂导线，会比单导线更容易产生舞动。而单导线由于其自身扭转刚度小的特点，如果出现偏心覆冰，就会产生程度较大的扭转，从而在扭转力的作用下，使其覆冰逐渐趋于圆形，并对扭转形成的条件进行限制。如果在输电线路中使用大截面的导线，则会因其极大的扭转刚度条件，在产生偏心覆冰的同时，使导线发生偏转而不会形成扭转，这一点也使得偏心覆冰不断的积累，并加大了输电线路舞动的风险机制[1]。

在科学研究中对于输电线路的舞动机理的研究，一直是相关科研人员工作的重点，虽尚未到确切答案，但却在研究不断深入的过程中，形成了四类观点与理论（如表 1 所示）。

表1 数显线路扭动研究的四类机理

虽然在多年的研究中，导线震动的形成机理研究分化出了四种类型，然而通过分析可以明确的确认形成舞动的两点要素：第一风力是产生舞动的必要因素；第二，线路的表面覆冰使造成舞动的主要条件。

2.2 防范输电线路舞动的措施

2.2.1 输电线路舞动的外界条件的控制

基于对导线舞动成因的分析不难看出，导线的舞动是在一定条件下形成的，且明显的受到环境因素的控制。首先，当季节到达秋末初冬、冬末初春时，气候天气一般以雨雪为主，且温度在0℃左右不断徘徊，也是因此，在每年的2、3、4、11、12这几个月份中，最容易产生输电线路的舞动。所以，为了有效的防止发生线路舞动，必须在关键的季节条件下，加强技术管理，并采取一定的方法措施，预防可能发生的舞动问题。

其次，另一个影响输电线路舞动的条件为线路的覆冰情况。当线路表面的覆冰厚度达到5-30mm时，最容易产生舞动问题。而覆冰形成的条件，除了0℃左右的温度、90%左右的空气湿度以外，对风力还有一定的要求，如果风力条件大于1m/s就会加快覆冰的形成速率。因此，对覆冰条件进行有效的控制，可以降低出现舞动的概率，从而提高线路的安全性水平。

第三，形成输电线路舞动的条件中，风是最为关键的环境条件，不仅在风力上对输电线路产生影响，同时也在风向与线路表面覆冰的角度上，与线路的舞动有较为紧密的联系。在产生舞动时，必须保证有稳定的层流风激励，当风向与输电线夹角≥45°时，最容易产生舞动，并在趋近于90°时，舞动概率达到最高值，同样，如果夹角趋近于0°，那么发生舞动的概率也会逐渐降低。研究显示，当风力条件为7-10m/s的横向风，且风攻角在60°-80°之间时，是最容易发生舞动问题的条件。另外，输电线上覆冰的角度，也会影响风的作用能力，从而对舞动的效果造成影响[2]。因此，在敷设线路的工作中，必须目的明确的规避山谷、开阔地等风力条件较大的地区，以此降低产生舞动的条件。由此，可以在线路敷设工作中，加强设计管理，尤其在对线路复审的角度上，进行必要的控制，使其受到风力条件的影响得到限制，以此达到强化线路安全性水平的作用。

2.2.2 规避舞动途径

为了降低输电线路发生舞动的几率，必须从线路勘探的工作中进行详细的调查，并对地形条件、气候特征等参数作出详细的评估。由于线路舞动使用低温与大风条件的影响下产生的，因此，在地形选择上，应当尽量避免在湿度较大、风力较强的地区敷设线路。另外，进行线路设定时，还应当兼顾当地的季节风向变化，以此调整线路的设计角度，在综合方法的应用下，对于规避线路舞动问题起到事半功倍的效果。

2.2.3 防止舞动措施

对于输电线路舞动问题的防治，需从线路的材质入手，通过提升电气设备的强敌条件，来达到抵御舞动的效果，使产生一定强度条件的舞动时，线路自身的安全性得到保障，可以持续性的提供电力供应。在操作方法上，使用金具器材是行之有效的措施[3]。例如，在设备中，合理的使用放松螺帽，可以保证各输电线路的有效间距，并对铁塔的紧固方式进行改良，使易舞动的线路强度得到补充。

2.2.4 抑制舞动方法

在实际工作中，由于部分地区的技术、环境、经济条件上的限制，无法实现前期对于线路舞动的有效规避，因此必须采取相应的措施，抑制舞动问题的发生，使其产生条件改变，并以此达到降低舞动幅度，较少危害威胁的效果。

首先，可通过改变输电线的外形条件降低流体力学的影响，使导线更加适应空气动力的特征，使风力对舞动的影响降低。而具体操作上，除常规的缠绕绕流线之外，还可以通过安装空气阻尼器的方法完成抑制舞动的工作。

其次，在动力学原理的指导作用下，利用舞动系统中的扭转震动、横向震动频率以及质量分布条件，使各个元件的连接方法展现出较强的科学性，也可以有效的起到抑制舞动的作用。在国内的实际应用中，不仅可以通过阻尼器的安装来实现这一目标，失谐摆与抑扭环的应用也极为有效。同时，技术人员可以尝试应用防舞动的压重装置，诸如防震锤、挂重锤等设备，在线路与间隔棒上增加重量，以此降低风力的影响效果，使线路的稳定性得到提升。注意，在同一线路上的相邻导线间设置间隔棒，可以通过减少脱冰跳跃造成的影响，在降低混线事故发生概率的同时，从结构角度出发，起到抑制舞动的效果。

另外，在相应档距的端头位置，设置吸收能量的阻尼器，可以有效的消耗动能，以此放大导线系统中的自阻尼效果，对于舞动问题进行防控。

3 总结

减少导线舞动危害最直接措施是处理导线覆冰，而对覆冰条件进行必要的控制，可以有效的降低发生事故的概率。通过理论技术的深入研究、应用材料的逐渐丰富、操作方法的不断升级，可以在具体的输电线路防舞动工作中，形成行之有效的整体方案，将输电线路舞动从事后处理，逐渐的转变为事前预防，大大提升线路运行中的稳定性与安全性条件。