輸電線路導線舞動的原因與防護措施

劉武常 黃新波

摘要：在輸電線路導線舞動中，輸電線路可能出現振動而引起導線疲勞、斷股甚至斷裂，嚴重時會出現倒塔事故，造成大面積停電，影響電力系統供電可靠性。本文首先探討了輸電線路導線舞動的機制與原因，然后進行了相關力學分析，最后提出了相關防治措施。

關鍵詞：輸電線路 導線舞動 力學分析

隨著我國經濟的快速發展，對電能的需求量和對電能質量的要求也不斷提高，電力能源已經成為社會存在和發展的必需品。但是由于各種因素的影響，我國部分地區電網事故還依然存在，電網事故不僅影響大、速度快、后果嚴重，而且直接影響國家的生產建設和人民的生活秩序。輸電線路導線舞動是長期以來影響本地區電網輸電線路度冬安全的重要因素，其可以造成輸電線路跳閘、鐵塔橫擔部分螺栓脫落以及鐵塔橫擔、跳線、絕緣子、金具受損，使得電網運行形勢極為嚴峻[1]。本文為此具體進行了輸電線路導線舞動的力學分析，現報告如下。

1 輸電線路導線舞動的機制與原因

1.1 輸電線路導線舞動的機制

在輸電線路中，當導線受到橫向速度風載荷作用時，就會產生一個向上下加速度運動，就會使導線受到一個空氣動力力矩的作用從而產生扭轉。當扭轉運動的頻率與其垂直運動的頻率同步時，就會產生導線舞動。由于目前對舞動的機理尚不完全明確，防止舞動的措施也還不夠完備，但是從舞動的重復性可知，輸電線的舞動顯現是由規律可循的[2]。并且由于架空輸電線路桿塔是一種大跨度高聳結構、導線剛度較柔、自振周期大，對風載荷的激勵十分敏感。在一些外在因素的作用下，輸電線路的舞動幅度大，因此容易引起相間閃絡，造成線路跳閘停電，而這種情況下的故障會給電網的安全運行帶來較大的危害。

1.2 輸電線路導線舞動的原因

導線的扭曲運行是助長舞動的主要原因，在大振幅導線舞動的時候，就會形成同一周期的扭轉運動。對于導線本身吸收的能量，絕緣子、端部等金具所吸收的能量所占的比例就很小，舞動易于發生。導線的張力越大，導線本身吸收的能量就會越少，越有利于舞動的形成和發展[3]。

2 輸電線路導線舞動的力學分析

架空導線振動模態可分為面外和面內振動，面內振動模態又分為對稱和反對稱模態。與架空導線的初始構形類似，其動力特性的分析有解析法和有限元法兩種。

2.1 動力特性的解析法

解析法是根據達朗貝爾原理建立懸索的自由振動方程進行求解的方法。架空導線的垂跨比一般小于1/8，并且主要關心面內豎向振動和面外振動，可以忽略縱線向的振動。

2.2 動力特性的有限元法

解析法計算動力特性只適用于兩端鉸接的單檔導線受到豎向均布荷載的情況，對于實際工程中多種荷載和復雜邊界條件下的多檔輸電線的動力特性問題，需要利用有限元方法進行計算。

研究認為，在一定的風速和攻角條件下，就會發揮舞動。由于可見，架空導線是否舞動與覆冰導線截面的氣動力特性有關。

3 輸電線路導線舞動的防治措施

輸電線路導線舞動的防治是一個復雜的系統工程，各種輸電線路導線舞動治理措施都只能在一定程度上抑制和削弱導線舞動，很難徹底消除。因此必須從規劃設計到運行維護，在避、抗、防等各個環節進行綜合治理，開展全過程舞動治理。

一是對舞動的線路設備進行全面檢查，分析評估舞動對線路設備造成的影響。對舞動幅度大、持續時間長的線路金具和絕緣子進行抽樣試驗，對疲勞受損元件結合停電進行更換。

二是對線路舞動區段開展防舞動治理，同塔雙回線路至少一條線路采取防舞措施，重要聯絡線優先治理，其它未舞動區段結合地形、地貌、線路走向、桿塔結構等因素，開展舞動可能性分析，必要時進行治理，確保在發生大面積舞動的情況下，各電壓等級線路，尤其是核心骨干網架、戰略性輸電通道、重要負荷供電線路等線路的安全穩定運行[4]。

三是對線路加裝線夾回轉式間隔棒、相間間隔棒、雙擺防舞器等防舞裝置進行防舞技術改造。

四是在舞動區安裝必要的舞動監測裝置，對輸電線路舞動進行實時監測。建設分布式小型氣象站，對氣象信息進行監視和預警。為調度和應急處置提供技術手段，為舞動治理提供數據支撐。比如2013年，某某境內遭遇大風侵襲，瞬時最大風力達7級，當地電業局立即啟動惡劣天氣應急預案，迅速組織人員對各變電站設備及供電線路進行特殊巡視，認真檢查設備區母線及引流線有無松動、斷股現象及設備上有無大風刮起的雜物，對輸電線路易舞動區域和線下建筑區域加強巡視力度，杜絕一切因大風引起危及設備、線路的安全隱患，確保電網在惡劣天氣下的安全運行[5]。

總之，輸電線的導線舞蹈給安全可靠運行造成了極大的危害，我們需要積極加強力學分析，才能做到有針對性的治理，保證導線舞動治理工作的長期性和連貫性。

參考文獻：

[1]陳正華.輸電線路導線舞動及其防治對策的綜述[J].內蒙古石油化工，2007，4：36-37.

[2]尤傳永.導線舞動穩定性機理及其在輸電線路上的應用[J].電力設備，2011，5（6）：13-15.

[3]朱寬軍，尤傳永，趙淵如.輸電線路的舞動研究與治理[J].電力建設，2010，25（12）：18-21.

[4]張平.架空輸電線路導線舞動原因分析及防舞措施[J].內蒙古電力技術，2009，27（5）：11-13.

[5]Mirka M，Joan C.Security considerations for present and future medical databases.