高压输电线路的舞动防治技术研究

田兴平

摘 要：现阶段，我国能源问题日渐严峻，生态环境保护工作迫在眉睫，而电力在能源发展进程中始终处于不可忽视的地位，这就会对电网的安全性提出更多的要求。近几年，我国频繁出现高压输电线路舞动问题，这给电力系统带来的负面危害是不容忽视的，有针对性地寻找舞动防治方法，日渐受到重视和关注。文章将重点分析探讨高压输电线路的舞动防治技术，以求能为相关单位提供借鉴参考。

关键词：高压输电;线路舞动;防治技术

中图分类号：TM726.1 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）11-098-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.11.033

为实现对高压输电线路舞动事故的防治，尽可能避免因其而引发的一系列损失，文章主要分析了将嵌入式系统作为关键支撑的输电线路舞动检测系统存在的缺陷及优势。并且，有针对性地分析探究了将加速传感器和高压输电线路相互结合的实际效果，并结合获得的有关数据信息进行了具体且实时的分析处理，从而有效完成了预警工作[1]。所以，对高压输电线路的舞动原理及实际情况的检测意义非凡。

1 高压输电线路舞动的现状和原因

随着我国社会经济水平的日渐提升，电网基础建设的日渐完善，近几年，我国部分地区经常会受到高压输电线路舞动事故的冲击和影响。其不仅严重影响着人们的日常生产生活，同时会给地方经济带来巨大的损失和负面影响。结合相关调查信息，在最近几年，包括我国湖南、河北、河南、江西等多省在内，都存在高压输电线路舞动的情况，且影响范围比较大，持续时间也比较长，对我国自然环境造成的负面影响不容忽视[2]。

2 高压输电线路舞动的危害

高压输电线路舞动主要是在自然风条件影响下出现的自激振动，舞动问题在一定程度上影响我国电网的稳定运行，并且带来了多种危害。

2.1 舞动对设备造成的危害

高压输电线路舞动对现代电网设备的影响相当巨大，例如，在部分高压输电线路舞动时，往往有可能引发断线断股及螺丝松动等问题，从而严重危害到塔材的质量。此外，在高压输电线路中出现的舞动事故，还会在一定程度上增加电弧烧伤事件的出现概率，导致杆塔承担的工作压力显著提升，进而导致杆塔倒塌，引发严重事故。

2.2 舞动对环境造成的危害

如果高压输电线路舞动问题没有被有效解决的话，将会导致其持续出现，并且舞动幅度较大，线路摆动的振幅在部分情况下甚至达到10 m以上，而线路的摆动轨迹则是椭圆形状。如果是垂直排列的线路出现舞动事故的话，则摆动轨迹呈现出的状态为椭圆形状，进而引发线路短路问题。如果是水平排列的线路出现舞动事故的话，则导线与障碍物的绝缘间隙会显著缩小，此种情况下的高压输电线路将会出现放电现象，进而严重危及周边的自然环境。

2.3 舞动对电网造成的危害

高压输电线路的舞动会导致导线和导线间、导线和架空地线间以及导线和杆塔间的绝缘间隙显著缩小，从而引发各种不同情况的交叉放电问题，进而导致线路重复跳闸问题出现，最终严重影响重合闸的正常運作，甚至导致其损坏。如果输电线路舞动的持续时间较长，那么必然会影响到电网的正常稳定运作，其带来的负面影响不容忽视，可能会引发大面积的停电问题，在极大程度上影响到周边居民的日常生产生活。

3 舞动一般防治措施

针对舞动的一般防治措施主要有避舞、抗舞、抑舞三大类措施。

避舞指根据局部气象和地形等先天条件，选择更加适合的电力线路走向，达到防止舞动出现的目的。

抗舞指不改变导致舞动发生的可能条件，利用提升线路机械强度的方式，保证线路的正常动作。

抑舞则指针对可能出现舞动现象的线路提前安装防舞装置。

最常用的防舞装置主要有扰流防舞器、失谐摆、集中防振锤、相间间隔棒等。

3.1 扰流防舞器

扰流防舞器被称为防舞鞭、扰流绳。该装置组成部分为左握固端、右握固端、干扰气流端三个部件，是通过塑料材质预制而成，具有一定应力，主要被应用于单导线的装置，利用导线缠绕的方式将覆冰导线截面的形状改变，以此防止舞动的发生。这种装置具有易维护，低磨损的特点，一般主要被用于覆冰较少的导线，该装置能很好的降低涡致振动，是比较有效的一种防舞措施。如果导线的覆冰程度过厚，扰流效果会极大降低。同时，选择该装置时要对防舞绳的直径特别注意，一旦防舞绳的直径小于电力线直径的1/2，防舞绳的扰流作用会失效。

3.2 失谐摆

失谐摆最早是由O.Nigol和Harvard共同设计研发的，是当前唯一能够以定量计算的方式防止舞动的措施。该装置通过在导线下方安装一种特殊的重锤，要求重锤设置为质量=M、臂长=R，该装置适用于单导线，其工作机制为扭转激发原理，改变导线固有频率，使导线的扭转刚度得到提高，防止因导线的祸合效应而产生的舞动现象。

3.3 集中防振锤

该种安装装置适用于单导线模式，利用对限制节点摆幅的压重，降低导线的振动频率，约束导线振动。这种装置能够预防舞动，因为利用压重增加质量的方式改变导线的振动频率，能加大水平风荷载的作用值。压重方式能够降低小导线的水平振动，防止导线出现谐振现象。另外，安装该装置还要特别关注防振锤的位置移动，要考虑该装置的质量稳定性问题。

3.4 相间间隔棒

该装置具有很好的绝缘性能及较广的适用性，被广泛应用于相间或回路间方面。它能很好的连接各路导线，从而可防止因相间碰线导致的舞动现象发生。该装置的材质主要由玻璃钢芯棒、硅橡胶护套构成，所以，相间间隔棒有着抗拉、质轻、抗冲击、柔性好、耐污闪的优点。该装置对于舞动抑制及防风偏、防导线粘连等方面有着非常显著的效果。

3.5 双摆防舞器

该装置的工作机理来自稳定性原理，其理论摆长、摆角和质量的确定都依据稳定性原理。该装置广泛适用于分裂导线模式，主要由间隔棒、摆臂、摆锤组成，其中，摆锤由摆臂和间隔棒进行刚性连接。双摆防舞器主要利用提高线路动力稳定性防止舞动现象发生，同时具有压重防舞的作用。

目前为止，该装置被广泛应用于我国多条线路的实验中，结果表明，该装置的防舞效果极好，成为当前我国输电线路防舞应用中最广泛的一种装置。

3.6 整体式偏心重锤

该装置主要适用于各种形式的分裂导线模式中，主要由间隔棒、水平悬臂梁、锤头的刚性连接组成，而且要求锤头与间隔棒的中心作用力必须作用在一条直线上。实践研究表明，整体式偏心重锤在优化线路稳定性、防舞反馈、扰乱气流分布等方面有着很重要的综合防舞作用，而且该装置具有成本低、易维护、质轻、结构简单等优点，目前也被广泛应用于我国输电线路防舞方面的应用。

3.7 线夹回转式间隔棒

线夹回转式间隔棒是一种适用于分裂导线的防舞装置，间隔棒的一部分线夹可以旋转一定的角度改变覆冰导线的覆冰形式使之成为椭圆形，减小空气动力系数;另一部分线夹与普通夹头相同，不能自由转动。该装置不仅具有间隔棒的作用，而且能够避免荷载集中分布。但是，导线的微风振动会影响其分布方式。线夹回转式间隔棒的造价要略高于普通间隔棒，但由于其优良的工作性能也广泛应用于防舞工作中。

4 基于嵌入式系统的高压输电线舞动监测系统

4.1 输电线舞动监测系统的特征及构成

将嵌入式系统作为关键的输电线舞动监测系统，主要利用摄像头记录高压输电线路处于平稳状态下的实际位置，而后借助嵌入式监测系统保存位置数据和图像。当高压输电线路出现舞动情况时会进行对比分析，进而明确高压输电线路的摆动情况。

如果摆动角度比规范的警戒值要高，那么系统就会利用GSM模板定向发送信息，进行语音通话，以便相关工作者迅速采取相应的防治措施，避免舞动问题对线路运行或周边环境造成负面影响。换言之，只要拥有GSM模块、键盘和电池等，就可以直接向值班监控室报警，并迅速提醒相关技术人员前往现场进行紧急修复处理。

此监测系统的核心特征主要在于：首先，易于应用在高压输电线路中，并且还能精准判定分析导线的实际舞动状况;其次，监测装置主要安装在输电杆塔上，其采用太阳能供电模式，保证其处于实时运作状态下;再次，系统拥有防雷、防雨和防腐功效。输电线采集终端是此监测系统的核心构成部分，主要由USB、太阳能供电板、图像处理模板、内存模板及GSM无线通信等模块构成。

4.2 输电线舞动监测系统的缺陷

目前，虽然笔者研制的基于嵌入式系统的输电线路舞动监测系统取得的效果较好，但仍存在部分不容忽视的缺陷，此类缺陷会在一定程度上影响输电线路的正常运作。例如，在此系统中，监测运动的图形本身会受到巨大限制，具体来讲，实际的高压线路输电舞动运动模式为三维运动，而图像记录的内容只能是二维的，容易导致部分重要信息无法被有效呈现出来。系统的核心供能系统为太阳能电池板，通过其维持正常运作。但是，在部分阴雨天气较多的区域，其难以有效维持正常供电，可供应用的范围受到巨大限制。由于此系统中应用的红外摄像头及嵌入式平台所需资金过于高昂，系统建设的实际成本需求比较高，难以获得大范围的推广应用。

5 高压输电线舞动的防治方案

5.1 加大防舞动装置的安装力度

高压输电线路舞动带来的负面影响很大，会使周边居民的生活受到影响，还会导致高压线路周边的生态环境受到冲击，导致相关企业承担巨大的经济损失。如果想要切实有效地避免舞动问题发生，有必要加大防舞动装置的安装力度。

例如，抗流防干扰器是应用塑料预制成的应力装置，通常被广泛应用在单向导线中，将其缠绕在导线上方，可以有效解决覆冰导线截面形状的问题。导线覆冰实拍图如图1所示。也就是说，抗流防干扰器可以降低导线损坏概率，具备质量较轻且容易维护等特征。但是，其缺陷是厚冰覆盖将显著提高导线截面的平滑程度和均匀程度，进而导致抗流能力在此种情况下不断降低。

又如，间隔棒主要安装在两项导线中间，材料为硬质弹簧，可以显著提高高压线路舞动需要克服的力，进而使得不同导线的振动频率几乎完全重合，便于避免导线碰撞问题发生。间隔棒和其坐标系示意图如图2所示。当然，间隔棒也存在相应的缺陷，其抗弯刚度相对较小，使用一定时间后便需要更换，亟待完善和改进。

5.2 通过加速传感器判定舞动角度和幅度

通过应用加速传感器，可以有效测量高压输电线路舞动角度及舞动幅度。此举能够帮助相关工作者获得更为精确的数据信息，进而及时解决舞动事故。通过监测获得舞动数据支撑，科学合理地提出防控方案。

结合现阶段的发展状况看，技术比较成熟的监测高压输电线路振动位移情况的方法主要包含以下两点。首先是非接触式测量方式，此种方式主要应用位移传感器，包括涡流传感器、光线传感器等，用以精准确定线路的结构位移状态及其实际结构状况。此种测量方法的精准度更高，并且频带也更宽。当然，其也存在相应的制约因素，比如其要求将传感器安装在监测器周边位置，并且监测获得的位移振动为传感器及监测点的相对位移。其次是接触式测量方法，接触式测量将加速传感器直接安装在需要监测的线路节点上，而后结合测量线路节点的加速度获得振动位移信息。此项方法不仅有非接触式测量的精准度，而且保障最终获得的数据信息为绝对位移信息。

6 结语

高压输电线路舞动是非常普遍的自然灾害，其无论是对人们的日常生活，还是对线路周边生态环境的负面影响，都比较大。相关单位有必要积极寻找科学合理的防治措施，如在线监测等方式，通過加速传感器开展在线监测，以此获取各种舞动数据，并提出科学合理的防治方法[3]。

参考文献

[1] 蔡光柱，赵爽，杨振，等.基于物联网技术的特高压导线舞动检测仪设计[J].山东电力技术，2020，47（9）：34-38.

[2] 高彬，刘林芳，冯衡，等.±1100kV特高压直流输电线路舞动理论计算研究[J].电力科学与工程，2020，36（1）：50-54.

[3] 刘乾承.500kV输电线路舞动分析及治理探讨[J].信息记录材料，2019，20（4）：226-227.