高压输电线路减振控制研究综述

田 利，罗靖宇，周梦瑶，董 旭

（山东大学土建与水利学院，山东济南 250061）

引言

近年来，我国经济的迅猛发展对电力系统的性能提出了更高的要求，随着“十四五”规划的启航，我国进入向社会主义现代化强国新征程迈进的关键过渡期，推进“新基建”已成为加速现代化建设进程的重要着力点。作为“新基建”的重要支撑，高压线路对各种跨区域电能传输、基础设施建设以及新旧能源的转化具有重要影响。高压输电线路不仅能够有效推动我国清洁能源体系的发展，是解决全球变暖背景下国内所面临严峻的环保问题不可或缺的助力之一，也是推动我国能源发展模式转型和能源安全供应的必要保障。因此，有必要进行更广泛、更全面的高压技术相关设施的建设。

高压输电线路是重要的电力能源基础设施，长期服役于野外恶劣环境中，其作为一种高柔性结构，高度较高，自振周期较长，对风荷载和地震动等外界动力作用较为敏感，容易产生较大的动力响应从而导致损伤破坏，进而影响结构的安全和使用，并造成严重的经济损失和次生灾害，在极端情况下，甚至会引起整体倒塌或者破坏。近年来，输电线路结构受外界环境激励作用而产生的破坏时有发生，如：2013年芦山地震造成雅安地区和成都地区200多条输电线路不同程度的破坏［1］，图1是地震后输电塔倒塌实景图，2017年九寨沟地震造成阿坝区35 kV与110 kV输电线路停运［2］。台风“杜鹃”致使广东省227条输电线路发生故障，导致当地电力系统一定程度上的瘫痪，给人们的生产和生活造成较大影响，图2是风致输电线路破坏实景图。因此，对输电线路开展更深入的减振控制研究具有重大意义。

图1 地震后输电塔损坏实景图Fig.1 Photograph of electric transmission tower damage after earthquake

图2 风致输电线路破坏实景图Fig.2 Photograph of wind-induced damage to electric transmission lines

基于以上现状，文中系统阐述了目前国内外高压输电线路结构减振控制研究领域的主要科研成果，分别从输电塔、输电线、输电塔-线耦合体系振动控制3个方面展开论述，并展望了输电线路结构减振控制领域研究的发展前景。文章逻辑结构如图3所示。

图3 文章逻辑结构图Fig.3 Logical structure diagram of the article

1 输电塔减振控制研究

输电塔架结构作为输电线路系统的支撑部分，承担着架空导线、地线和其他构件，并使各构件之间、构件与地面之间保持规定安全距离的作用。高大的输电塔架结构往往具有固有频率低、阻尼比小的特点，在风荷载与地震作用等动态激励下可能产生较大的动力响应，过大的振动会影响输电塔架结构的正常使用，甚至威胁到整个电力系统的稳定运转。因此，如何对输电塔实施有效的振动控制应引起研究人员的重视。但由于输电线存在强几何非线性，使结构的动力响应分析变得复杂，为简化分析过程，国内外学者往往忽略输电线的影响，将其简化为集中质量和集中力施加于输电塔上，仅开展输电塔减振控制研究。

1.1 被动控制

被动控制由于具有无需外界能量输入、稳定性较高等特点，在多种控制方法中成为最易实现的控制，且已在很多实际应用中取得了良好的控制效果。考虑到输电塔的结构特点与长期野外运行环境，当前输电塔结构的被动型减振控制为主要研究方向。根据减振机理的不同，被动控制又可以分为基础隔震、吸振减振和耗能减振3种方式。

隔震支座是一种较早被引入输电铁塔振动控制领域的被动控制装置，王林建［3］结合了橡胶圆管的高弹性、大变形特性和良好的耗能性能，提出了橡胶圆管-轴承滚动隔震支座。刘树堂等［4］提出适用于输电塔架的弹簧-偏心轴承的基础滚动隔震支座。由于SMA（shape memory alloy，SMA）材料具有形状记忆效应、超弹性与高阻尼等优越性能，一些学者将SMA材料引入隔震支座领域。吴冬梅［5］基于普通滚球支座设计了一种新型SMA-滚动隔震支座。蔡锦荣等［6］采用SMA弹簧取代普通弹簧，设计一种新型SMA弹簧-轴承滚动隔震装置。研究表明：该类隔震装置利用SMA材料超弹性和高阻尼的特性有效弥补了传统橡胶支座阻尼较小、变形较大和自复位能力差的缺陷，使装置具有优越的复位和耗能功能，可为结构提供稳定、可靠且持续的隔震能力。

通过在主结构上附加子结构，将主结构的振动转移到子结构上，从而限制主结构振动的技术被称为吸振减振技术，其中，调谐质量阻尼器（tuned mass damper，TMD）是主流的吸振减振装置。Zhao等［7］通过振动台试验验证了TMD装置对地震激励下输电塔架结构的振动控制效果。Balendra等［8］研究了调谐液柱阻尼器（tuned liquid column damper，TLCD）在控制塔架风振方面的有效性。汪志昊［9］研发了适用于输电塔架结构的新型电涡流TMD装置，并开展了现场减振试验。此外，可有效控制某一阶振动的悬挂质量摆也是一种行之有效的吸振减振装置。贺业飞等［10］通过输电塔架附加悬挂质量摆的风洞试验证实了悬挂质量摆的有效性。牛健等［11］结合SMA材料与悬吊质量摆技术设计了一种SMA-SMPD系统。Battista等［12］提出了一种非线性摆阻尼器。张鹏等［13］运用弹簧摆的内共振原理开展了输电塔地震响应控制研究。霍林生等［14-15］基于悬吊质量摆，开展了小摆角线性化分析减振装置控制效果局限性的研究，此外，将非线性能量阱技术引入悬挂质量摆装置并开展该摆式非线性能量阱的减震效果研究。吸振减振技术因构造简单、安装方便等特点受到土木工程领域的青睐，如能解决其自身质量较大、占用空间较大的缺陷，未来有望在输电塔振动控制领域中得到更广泛的应用。

为增加抑振频率宽度并进一步降低结构振动幅度，有学者在传统TMD装置中加入耗能材料从而提出新型减振装置。Zhang等［16］提出了一种新型冲击调谐质量阻尼器（pounding tuned mass damper，PTMD），利用数值模拟方法分析证实：相较于传统TMD装置，PTMD装置的减振效果更佳。Tian等［17］基于PTMD装置，开展了多分量地震激励下受控输电塔的二维振动控制效果研究。针对目前研究中忽略TMD装置对主体结构动力特性影响的问题，张鹏等［18］提出将输电塔和TMD视作一个整体进行考虑，可取得更好的减震控制效果。

耗能减振技术则通过在受控结构变形较大处设置阻尼单元耗散结构动能，从而达到抑制结构振动的目的。应用较广泛的耗能减振装置有利用材料滞回耗能特性的粘弹性阻尼器和通过摩擦消耗结构动能的摩擦阻尼器。Matsumoto等［19］开展了4种不同形式的粘滞阻尼器对杆塔的减震研究。钟万里等［20］基于数值模拟软件ANSYS分析了粘弹性阻尼器对塔架结构的风振控制效果。江宜城等［21］基于粘弹性阻尼器开展了大跨越输电塔的风振控制研究。Zhan等［22］提出了一种具有复位功能的可变摩擦阻尼器，并对受控下输电塔架模型开展了振动台试验，验证了装置的有效性。

除以上3类装置外，杨靖波等［23］将机械与航空工程中常用的约束阻尼层技术引入输电塔振动控制领域，数值分析结果表明：约束阻尼层对塔架结构的弯曲振动有良好控制效果。

被动控制装置虽具有稳定性高，容易实现的优点，但也存在如装置占用空间较大、抑振频带较窄、无法在变化的外界作用下维持最佳控制效果和装置仅能有效控制特定结构的振动，普适性不强等缺陷。而当前使用SMA材料的被动控制装置仅利用SMA材料常温下的超弹性特性，未充分考虑SMA材料形状记忆效应所能产生的强大恢复力。在保持稳定性的前提下，进一步拓宽装置抑振频带，使装置可有效应对各种工况，可作为输电塔结构被动控制领域下阶段研究的热点。

1.2 主动控制

主动控制技术基于信息采集系统实时监测环境荷载激励或结构振动响应变化，通过控制算法及时调整驱动装置给结构施加的控制力，达到对结构的前馈或反馈控制效果［24］。主动控制技术对结构不良振动有卓越的抑制效果，且可控频率范围很大，但因主动控制需大量能源输入，在强烈地震或大风等具有破坏性的外部荷载激励下，其能源供给难以保证。当前国内外学者在输电塔主动控制领域开展的研究十分有限。

高铭尚［25］采用ANSYS和MATLAB这2种软件对风荷载作用下的输电塔开展主动控制研究。研究结果显示该主动控制策略可有效降低主体结构的动力响应，达到良好的控制效果。

朱军强等［26］基于线性二次型（linear quadratic regulator，LQR）控制算法，开展了GMM（giant magnetostrictive material，GMM）作动器控制下的输电塔风振控制研究。结果显示该主动控制策略可有效控制风荷载激励下输电塔架结构的动力响应。

王社良等［27］利用有限元分析软件ANSYS构建输电塔模型，基于遗传算法对自主研发GMM作动器主动控制策略进行优化布置，同时采用LQR主动控制算法对比分析有无控制输电塔架在地震作用下的动力响应，分析结果表明该策略能有效抑制输电塔结构的地震动力响应。

苏桥磊［28］基于超磁致伸缩材料提出一种适用于输电塔架的GMM作动器，研究了其在输电塔架结构中的应用效果，并基于遗传算法对控制系统进行了优化设计。

由于主动控制装置需要较大能量输入才能提供结构所需的控制力，其在输电塔结构振动控制领域的研究应用受到极大限制。但主动控制系统可在有限空间内使用较小质量达到良好减振效果的优越性能，使其具有极大的发展潜力。在下一阶段的研究工作中，如何保证在外界激励作用下能量源的安全可靠仍是研究人员需要解决的首要问题，将SMA等智能驱动材料应用于主动控制装置中，可在一定程度上克服传统主动控制系统出力小、耗能大的缺陷。

1.3 半主动控制

半主动控制是利用机敏材料感知外界激励和结构振动响应信息，通过驱动材料自适应刚度或阻尼实时改变装置参数，实现动态控制的减振技术。半主动控制介于被动与主动控制之间，相较于主动控制，半主动控制仅需输入少量能量即可切换不同控制状态，从而达到最优主动控制力；相较于被动控制，半主动控制具有更高的灵活度和控制效果。其中，磁流变阻尼器因其响应速度快、阻尼水平可控、可靠度高等优越性能，得到工程界的普遍认可［29］。近年来，输电塔-线体系半主动控制逐渐引起国内外学者的注意并取得了一定的研究进展。

郭勇等［30］为深化输电塔结构风振控制中阻尼器位置优化研究，基于遗传算法提出一种改进的适应性权重确定方法。

樊禹江等［31-32］基于新型压电陶瓷管摩擦阻尼器，自主研发了一套针对输电塔架减震问题的半主动控制程序，此外，基于遗传算法深入探究新型阻尼器的优化布置策略，对比了优化前后的控制效果，结果表明优化是有效的。

Lou等［33］提出了全方位悬臂型电涡流TMD，通过调节电流的大小改变减振装置的阻尼，在不同的风场条件下对缩尺气动弹性模型进行了试验，计算了有无电磁干扰时塔架的风振响应，证实了该装置在抑制主体结构顺风向和横风向振动方面的可行性。

朱军强等［34］基于一种新型拉索-压电摩擦阻尼器，开展了半主动控制下的输电塔模型振动台试验研究，验证了该系统的减振效果。

半主动控制系统结合主动控制与被动控制技术的优点，通过调整减振装置阻尼值，可达成在较小外界能量输入条件下维持对结构的最优控制效果的目的。其最突出的优点在于各部分的控制、驱动及可靠性不相关，使半主动装置在不同外界激励条件下可实现不同的控制效果，即使在特殊情况下半主动控制系统失效，装置仍可以被动控制的形式继续工作，对结构进行有效的控制。但半主动控制系统无法充分满足输电塔结构安装简单、耐久性强的特殊减振控制要求，如何在保证减振效果的前提下，尽量减少半主动控制系统的维护成本是输电线路结构半主动控制领域的一大难题。

综上所述，输电塔架结构在被动控制领域的研究较为成熟，但现阶段对于主动控制和半主动控制领域的研究仍较为匮乏，需要进一步深化相关领域研究，且目前应用于输电塔的阻尼器多集中于线性阻尼器方面，而非线性阻尼器的开发、设计与应用尚有一定的研究空间。因此，结合新型智能材料，深入研究输电塔的非线性智能控制对拓展输电线路结构控制策略范畴、提高输电线路结构控制效率有重要意义。

2 输电线减振控制研究

现阶段我国电力需求的急剧攀升，极大地推进了特高压输电线路的建设和扩张，我国输电网络系统已成为世界上规模最大的电网系统。但输电系统规模的扩大也意味着线路结构将要面对更为复杂的地理及气象条件。在众多电网气象灾害中，架空导线的舞动是发生频率最高、影响范围最广、造成损失最大的灾害形式。输电线舞动是导线在风、冰等多种荷载耦合激励下形成的一种低频率、大变形的非线性瞬态振动，可以造成跳闸、断股、输电塔倒塌等事故。导线舞动可细分为垂直舞动［35］、扭转舞动［36］和偏心惯性耦合失稳［37］这3种形式。为保证供电系统能稳定运行，有必要对输电导线采取可靠的防舞措施。目前应用较广的防舞动装置有相间间隔棒、防振锤、失谐摆和回转式间隔棒等，常见防舞动装置如图4所示。

图4 常见防舞装置实物图Fig.4 Photograph of common anti-galloping devices

Kim等［38］基于数值分析软件分析验证了相间间隔棒的舞动控制效果。Hou等［39］基于架空线的动力学模型和几种相间间隔棒的力学模型，探究了力学参数与舞动控制效果之间的关系，结果表明：间隔棒刚度的影响较小。Sun等［40］针对间隔棒可能产生的大变形问题，引入大挠度理论开展了导线的防舞动研究。Fu等［41］基于一种舞动仿真模型，对三跨输电线路进行了全尺寸自由振荡试验，与模拟结果对比验证了相间间隔棒的防舞效果。Carreira［42］研究了相间隔离棒控制下污染严重区域的架空线路导线舞动问题。Van等［43］对比了在配备单根导线以及带有相间间隔棒的3根导线的舞动响应结果。梁洪超［44］针对覆冰导线舞动问题，提出利用自质量相对运动提供阻尼力的防舞扭转向电涡流调谐质量阻尼器，以及利用相邻结构相对运动提供阻尼力的粘弹性相间间隔棒两种阻尼防舞方法。相间间隔棒通过减小导线档距及将分裂导线联系起来，使不同导线振动相互干扰来抑制导线的振动，不失为一种简便有效的防舞措施。

扰流绳缠绕于导线之上，通过扰乱导线表面气动力特性以达到抑制导线舞动的效果。谢东周［45］基于Fluent软件对比分析了缠绕扰流绳覆冰导线与未缠绕扰流绳覆冰导线的气动力系数。研究结果表明：扰流绳可有效控制垂直舞动机制引发的舞动，但对扭转舞动机制引发的舞动控制效果不佳。

由于相间间隔棒存在易老化、放电等问题，而扰流绳常应用于薄覆冰区单根导线防舞，使用存在较大的局限性。针对以上装置的缺点和局限性，国内外学者们在此基础上研发了线夹回转式相间间隔棒。线夹回转式间隔棒通过减弱线夹对子导线的扭转约束，减小导线覆冰的不均匀程度并降低风吹向导线的升力效应，以达到抑制导线舞动的效果。叶冲［46］比较了单导线和分裂导线的气动力特性并总结出分裂导线的舞动特征，计算对比了普通间隔棒和线夹回转式间隔棒的舞动控制效果。葛江锋［47］以某330 kV二分裂线路为工程背景，讨论了线夹回转式间隔棒不同布置方案的防舞效果，得出间隔棒最佳布置方案。赵强［48］为进一步提高间隔棒防舞效果，提出一种可增大结构阻尼的新型高阻尼间隔棒，并分析了该装置的防舞效果。

除以上装置外，部分学者提出一些新型的输电导线防舞动装置并就其防舞效果开展了研究，取得了一定研究成果。赵彬［49］针对特高压输电线路特点，提出了一种新型颗粒阻尼器线性零频减振器，并对其进行了参数优化设计。结果表明：该装置具有良好的阻尼特性，且不存在明显共振频率区间和共振峰。余江［50］设计了新型抑扭环防舞装置，针对安装了该装置的D形覆冰六分裂导线模型开展了风洞试验研究，验证了其防舞效果。Lou等［51］针对风荷载作用下大跨度输电线路导线舞动的复杂问题，提出一种具有涡流机制的扭转调谐质量阻尼器，并基于遗传算法对该装置进行优化。

综上所述，现有防舞装置虽种类繁多，但装置的局限性较大，能够适应各种外界环境和线路结构条件，并在各种覆冰形状下保持良好防舞效果的装置仍有待研发。现有输电导线防舞研究以数值模拟为主要研究手段，缺乏在试验和实际工程应用中对防舞装置效果的检验。在模拟过程中为减小计算成本，对输电导线模型进行了不同程度的简化，并未对导线结构进行精细化建模，也相应降低了计算结果的精度。因此，在下阶段的防舞研究工作中应进一步细化分裂导线模型，开展现场试验研究以验证装置的防舞效果，为其工程应用提供指导。

3 输电塔-线耦合体系减振控制研究

考虑到导线和输电塔架之间的耦合作用，为了更好的模拟实际工程在真实环境中的动力响应，近年来关于输电塔-线体系的减振控制研究逐渐增多。通过将振动控制技术引入输电塔-线体系，改善输电塔-线体系的力学性能，有效抑制塔体与塔线的振动，降低各种具有较强不确定性的环境荷载对结构的不良影响。现阶段对于输电塔-线体系的振动控制研究大多集中于被动控制领域。

3.1 地震控制

地震作为重大地质灾害，对输电塔-线体系的安全构成了巨大威胁，然而，目前对输电塔-线耦合体系在地震作用下的减振控制研究较少。相较于持续低频激励的风荷载，地震作用往往有更宽的频谱范围，结构在地震激励作用下的动力响应通常包括多个振型的贡献。传统TMD装置因其抑振带宽较窄，应用受到一定限制，摩擦阻尼器因其耗能能力强、构造简单等特点，在输电塔地震控制领域得到广泛应用。

李黎等［52］针对跨越地震区输电线路，提出一种安装在输电塔横担处的FPS（friction pendulum systems，FPS）型MTMD（multiple tuned mass damper，MTMD）减震装置，并利用数值模拟软件研究该装置的减震效果。结果表明，该装置对塔线体系有良好的减震效果。陈波等［53-54］基于被动摩擦阻尼器，开展了强震作用下输电塔-线体系减震控制研究。并针对输电塔架在强震作用下可能发生的过度振动问题，开展了有无控制下输电塔架体系的动力响应分析与结构性能评估。

田利等［55-56］考虑地震动多点输入、行波效应和相干效应等因素的影响，开展了多维地震输入下TMD装置的减震控制效果研究，并对TMD进行了优化设计。结果表明：相干效应和行波效应对TMD装置控制下塔-线耦合体系减震效果有相当影响，设计时应予以考虑。此外，田利等［57］以某500 kV实际输电线路工程为背景开展了对冲击调谐质量阻尼器（PTMD）控制下线路结构地震响应性能分析，结果显示PTMD在降低输电塔纵向和横向振动方面效果良好，并在此基础上研发了双向PTMD［58］，通过仿真验证其对线路结构的震动控制有效性，同时对比了传统的双向TMD，结果表明：引入碰撞耗能后的减振装置对输电线路结构的减震效果更好，且碰撞间隙对阻尼器减震性能影响较显著，最佳间隙尺寸的大小取决于质量比与地震强度。

针对传统材料抑振频带较窄，减振性能受频率影响较大的缺陷，目前已有学者将SMA材料引入到减震装置中并开展了一些研究。展猛等［59］研发了一种复位型SMA压电混合减震装置，并就其耗能能力、等效刚度及阻尼等方面深入研究分析了该装置的结构振动控制能力。田利，荣坤杰等［60-63］研发了适用于线路结构的形状记忆合金调谐质量阻尼器（shape memory alloy-tuned mass damper，SMA-TMD），基于有限元分析软件ANSYS开展了SMA-TMD控制下的塔-线耦合体系振动控制研究，通过与传统TMD装置控制效果的对比，验证了SMA-TMD对塔-线耦合体系结构减震效果的优越性，并研究了SMA材料、温度变化、地震动强度和频率比对减震效果的影响规律。

在输电塔-线体系地震控制领域中，应用以被动控制技术中的耗能减振装置为主，主动和半主动控制技术仍处于研究开发阶段。而输电塔-线体系在服役过程中结构性能难免随时间推移有所变化，致使被动控制无法维持良好的控制效果，造成一定的损失。因此，研究人员需根据输电塔-线体系地震响应的特性，在现有研究基础上研发出维护简便且抑振频带更宽的减震装置，为实际工程应用提供借鉴。

3.2 风振控制

相较于地震作用，风荷载作用是一种发生概率更大的自然灾害，有统计表明，世界范围内输电塔的大部分倒塌是由极端大风事件造成的［64］。由于低柔度导线的作用，塔-线耦合体系的低阶振型频率相较于单塔更低，这也导致以低频成分为主的风荷载对塔-线耦合体系的影响更大，使得结构在风荷载作用下的动力响应复杂而强烈，如不进行控制，过大的振动甚至会导致输电塔的倒塌，从而瘫痪整个输电系统，对人们的日常生产和生活产生不利影响。因此，开展输电塔-线体系风振控制研究十分必要，安装减振控制装置作为一种行之有效的方法，近年来在输电塔线系统控制领域引起广泛关注。

为明确塔-线耦合体系的风振响应特性，国内外学者开展了塔-线体系的风致动力响应分析。Hu等［65］考虑风荷载的动力效应，基于Davenport谱开展了架空输电线路结构的风振动态响应研究。Liang等［66］通过风洞试验研究了塔-线体系的风振动力响应特征。Momomura等［67］基于风速小于25m/s时获得的输电塔动力响应实测数据，开展了安装在山区的输电塔-线体系风振响应特性研究。Qin等［68］利用ANSYS软件，分别建立了基于栖霞～文登（昆玉）500 kV输电线路工程的单塔、一塔两线、三塔四线和五塔六线三维有限元模型。基于Matlab软件开展了输电塔-线系统的风速时程模拟研究，对各模型中塔的位移进行了计算和分析。

Zhang等［69］针对高压输电塔-线体系的风致振动问题，提出了一种利用弹簧摆的内共振特性来控制输电塔风振的方法，通过数值计算验证了相较于常规的SMP，SP（spring pendulum，SP）的减振效果更优。除装置自身性能外，阻尼器的布置方案是影响其振动控制效果的另一个关键因素。李黎等［70-71］基于铅芯橡胶阻尼器，开展了不同阻尼器布置方案下和不同风攻角动风作用下的输电塔-线体系风振控制效果研究。此外，李黎等［72］提出一种新型双套管防屈曲耗能支撑（buckling restrained brace，BRB）装置，并以某实际输电线路工程为例证实了该装置的减振效果。邓洪洲等［73-74］以建设中的500 kV江阴大跨越输电塔为背景，开展6种控制方案下塔-线耦合体系的风洞试验研究，验证了振动控制装置的有效性。

为得到最佳的风振控制效果，研究人员对阻尼器的参数优化开展了进一步研究。郑瑾等［75］基于摩擦阻尼器开展了塔线体系的风振控制研究，并对阻尼器参数开展了优化设计研究。余传运［76］基于粘弹性阻尼器开展了输电塔架结构的振动控制研究，并采用LQR控制算法对减振装置进行了参数优化。此外，应用粒子群算法对阻尼器的最优布置方案进行了多目标优化。优化后的最终布置方案可达到与主动型减振器相近的控制效果。Tian等［77］开展了风荷载作用下塔-线体系的调谐质量阻尼器参数研究，计算讨论了质量比、频率比、阻尼比等参数对调谐质量阻尼器减振效果的影响。Roy等［78］针对旋风等高强度风作用下输电塔-线体系失效问题，基于有限元分析软件OpenSees开展了SMA阻尼器控制下输电塔架结构振动控制研究。

马涌泉等［79］针对输电塔-线体系的风致振动问题，提出一种鲁棒H2/H∞控制器，结合改进的限幅最优（modified clipped optimal，MCO）控制器提出一种新型半主动控制策略，以某实际输电塔-线体系工程为例，计算对比了无控、被动控制、CI（constant increment，CI）半主动控制与该半主动控制策略下的结构风振响应，证明了该策略性能的优越性。Chen等［80］基于磁流变阻尼器开展了强风作用下输电塔-线体系的振动控制研究，提出2种用于输电塔-线体系的半主动控制策略，并以某实际工程为背景，对磁流变阻尼器开展了参数优化研究。

现阶段输电塔-线耦合体系风振控制研究与应用主要集中于动力吸振器，相关成果较为丰硕，但也存在一些不足的方面：如仅在导线对塔动力影响的基础上，对塔的振动进行控制，并未同时对导线与塔进行减振控制；对塔-线耦合作用的考虑不够详尽，实际工程中的分裂导线被简化为有限元模型中的单根导线，这与实际情况有一定的差距。在未来的研究工作中仍需深化以上方面的理论研究，并开展试验研究以验证理论分析的正确性，为减振控制的工程应用提供参考。

3.3 脱冰与断线振动控制

输电塔-线体系作为一种重要的电力传输设施，长期服役于恶劣环境，结构在风荷载和冰荷载作用下容易引起累积损伤，覆冰时会引起冰闪跳闸、导线舞动和通信中断［81］，脱冰时导线在覆冰过程中累积的张力瞬间释放，导线将发生大幅跳跃振荡，产生极大的不平衡张力，甚至造成导线断线、输电塔破坏等灾害。因此，开展脱冰断线领域的振动控制研究具有重要的现实意义。不同于有一定持续时间的风和地震作用，导线脱冰与断线作用时间十分短暂，对输电塔而言是一种瞬态动力荷载，具有明显的冲击作用，使得输电塔-线体系脱冰与断线领域的减振控制相比风振控制与地震控制在原理上有所不同。

康元品［82］基于粘滞阻尼器开展了多种布置方案下山区转角输电塔的风致断线控制效果对比研究，结果表明：将阻尼器安装在结构位移响应较大位置可获得较好的控制效果，从而得到了阻尼器最优布设方案，并研究了不同断线工况作用下阻尼器最佳布置方案的振动控制结果。

杨繁等［83］针对在恶劣服役环境中输电塔-线体系的断线问题，提出一种在塔架结构上安装粘滞阻尼器应对输电塔-线体系断线效应的减振控制方法。研究结果表明：粘滞阻尼器对杆塔断线冲击引起的结构加速度峰值控制率能达到60%。

田金鹏［84］基于粘滞阻尼器开展了脱冰跳跃作用下受控塔架结构的动力响应研究，讨论了5种不同布置方案下塔体的减振效果。结果显示阻尼器施加于输电塔架上部主材时控制效果最佳。

宋春芳［85］针对转角型输电塔-线体系在脱冰、断线作用下动力响应过大的问题，提出一种基于摩擦阻尼器的减振控制方法，对比多种布置方式在脉动风作用下的减振效果，选取其中最优方案开展脱冰、断线作用下的振动控制研究。

钟寅亥等［86］针对大跨高耸输电塔-线耦合体系在垂直导线向风荷载作用下铁塔位移引起导线大幅舞动的问题，开展了粘弹性阻尼器作用下输电塔架动力响应研究。研究显示：粘弹性阻尼器可使输电塔架各部分动力响应趋向一致，取得极佳的减振控制效果。

当前研究将覆冰等效为均匀的圆柱形，无法很好的模拟实际工程中不规则形状的覆冰；模拟的脱冰过程也比较粗糙，仅能模拟导线整跨脱冰的情形，不能很好的模拟真实的脱冰状况。下阶段的研究工作中仍需在上述方面进一步开展深化研究。

综上所述，对输电塔-线体系的减振控制研究主要聚焦于抗震和抗风方向。振动控制方法方面，现阶段对地震作用和风荷载作用下输电塔-线耦合体系的振动控制均以被动控制技术为主，半主动控制技术在风振控制领域得到了有限的研究与应用。控制装置应用方面，动力吸振器因其简易、有效、不受安装位置限制的特点，被广泛应用于塔-线体系的风振控制；地震作用频谱较宽，仅能降低主结构某一阶振动的动力吸振器抑振效果不佳，因此可同时抑制输电塔架结构前几阶主要振型响应的耗能减振装置应用更多。而脱冰、断线与舞动领域的振动控制研究鲜有涉及，仅仅开展了被动控制下输电塔-线耦合体系的减振控制研究，而主动和半主动控制技术研究与应用较少，相关研究工作仍有待开展。

4 结论与展望

文中从输电单塔、考虑塔-线耦合作用的输电塔-线体系振动控制以及输电线防舞动3个方面对现阶段输电塔-线体系振动控制的主要研究成果进行了系统的综述和讨论。虽然高压输电线路减振控制成果丰硕，但还有许多值得深入的地方，在以下几个方面值得关注：

（1）对输电塔-线体系振动控制的研究主要集中在数值模拟阶段，大部分的新型减振控制装置并未经过风洞试验或振动台试验研究的验证，因此下一步研究的重点应该放在数值模拟与试验的相互对比论证上。

（2）输电塔的阻尼器多集中于线性阻尼器方面，减振效果受到一定的限制，而非线性阻尼器的开发与应用将成为未来研究的一大热点。

（3）当前输电塔-线体系减振研究主要针对地震作用和风荷载作用，在未来的研究工作中，脱冰、断线与舞动等动力荷载形式的减振控制会成为关注对象，并考虑多灾害作用下输电线路结构的振动控制影响。

（4）现阶段输电线路振动控制研究以被动控制为主，主动和半主动控制技术仍处于研究开发阶段，尚未应用于实际工程。主动和半主动控制技术的研究与应用相关工作将成为下一阶段输电塔-线体系减振控制领域的重要研究方向。

（5）输电塔-线体系振动控制的研究重点在减振装置正常运转阶段的有效控制效率，未考虑实际工程中减振装置的失效，在减振装置失效情况下可能对结构产生的不利影响的评估研究还未有。随着输电线路减振控制的应用，对其进行失效评估研究将成为一种趋势。

（6）输电塔-线体系同时在塔架和导线上采取减振控制措施的研究较少，多数研究仅在塔架或导线上设置减振装置，并研究其对整体结构的振动控制效果。在下阶段的研究工作中开展输电塔-线体系一体化振动控制方面的研究将成为下一阶段的研究重点。