關于特高壓輸電線路防舞動的研究及探索

王超

【摘要】 特殊環境下的氣候原因以及相應的地理因素會使得輸電線路受到風的激勵從而產生自激行為的振動，這樣的舞動行為會造成線路的斷線以及短路問題，本文首先對特高壓輸電線路舞動機理進行了分析，并根據線路舞動規律及特點開發新型線路的防舞能力，希望對特高壓輸電線路防舞動能力的相關研究能夠將舞動對電網安全的影響和危害程度降到最低。

【關鍵詞】 特高壓輸電線路 舞動 防舞動裝置

引言

處于高空環境下工作的輸電線路會因各種氣候以及地理環境問題形成材料的損壞從而對正常的電流輸送造成一定程度的影響，在這樣的條件下，極有可能形成輸電線路的舞動，這樣的舞動行為是由于線路處于高空狀態下空氣動力與風力互相作用從而在覆冰的狀態下引起了輸電線路的低頻率自激行為的振動造成的，在這樣的狀態之下線路的表面材料會發生損壞并且直接導致電流的閃動以及跳閘，對用戶的用電體驗造成極大的影響。從國內外特高壓線路試驗以及相關運行經驗來看，舞動一般發生在特定的條件之下，例如導線上覆冰與風力過大，此時舞動的軌跡呈橢圓形，本文首先對特高壓輸電線路舞動機理進行了分析，并根據線路舞動規律及特點開發新型線路的防舞能力，希望對特高壓輸電線路防舞動能力的相關研究能夠將舞動對電網安全的影響和危害程度降到最低。

一、特高壓輸電線路舞動機理的分析

1.1 Den Hartog機理

Den Hartog機理指的是輸電線路在覆冰狀態下所產生的空氣動力阻尼值是負數，并且與橫向固有阻尼相比數值較大，除此之外，輸電線路在做無耦合垂直運動時其性質的狀態處于可變動的環境之中，使得空氣動力產生了相應的負阻尼系數，這時輸電線路的舞動行為因此而生，值得注意的是，當前狀態下的舞動行為并不會產生任何的扭轉振動行為。

1.2 O Nigol機理

與Den Hartog機理不同的是，O Nigol機理需要多維度的考慮模型的振動方向，而Den Hartog機理只需考慮橫向振動。O Nigol在Den Hartog機理公布之后，根據自身的試驗理解提出了O Nigol機理，主要內容為扭轉激發舞動原理，與Den Hartog機理不同的是，他認為高壓輸電線路出現舞動是因為線路自身失去穩定性形成的晃動使得空氣動力的負阻尼效應增大，從而使得線路的舞動現象在橫向上工作劇烈。

1.3 慣性耦合機理

慣性耦合機理與上述兩種舞動機理的引起形式完全不同，這是在各種平衡力都穩定的狀態下形成的，由于線路在橫向運動與縱向運動中會產生不同的作用力，但是在慣性的驅使下會保持狀態平衡，僅僅在覆冰的狀態下會存在慣性的偏離作用，從而造成輸電線路在橫向振動時的升力加大，經過長時間的力的作用下產生的能量產生了輸電線路的舞動行為。

1.4穩定性機理

從相對論分析方向來看，當物體處于不穩定狀態下會發生不同程度的振動，而在輸電線路中這樣的理論同樣適用，舞動行為是作用力不穩定導致的，只有對線路施加一個穩定的作用力那么線路才能在覆冰的狀態下也能夠保持穩定以及材料的耐用性，并達到線路防舞的狀態，這樣的相對論角度分析下的研究輸電線路防舞方法就被稱作輸電線路的穩定性機理。

1.5舞動機理分析

將上述舞動機理進行整合后發現，舞動行為的發生不僅需要一定的物理條件還要具備相應的外在條件，并且外在的環境氣候對所激發出的舞動模式也有著決定性的影響，處于不同覆蓋面下的線路舞動幅度也是不同的，例如覆冰狀態下與下雨狀態下的線路舞動幅度與承受力就是不同的。Den Hartog機理與O Nigol機理對線路舞動造成的影響也是不同的，并且存在的狀態也是不同的，經過一定的作用力驅使之下，首先會產生因前者促使的橫向舞動，達到可轉動的條件之后進而形成O Nigol機理下的扭轉式舞動。從宏觀角度上來說，輸電線路所消耗的能量與輸入的能量相加之和等于1則說明當前的系統處于穩定狀態，反之則形成系統的行為混亂與振動幅度劇烈。

1.6特高壓輸電線路的防舞機理

特高壓輸電線路的防舞機理主要有兩種，一種是穩定性防舞機理，另一種為改變冰形抑制舞動理論。在穩定性防舞機理的作用之中，要設置相應的防舞裝置從而達到線路的防舞狀態，特高壓線路由于在技術操作上具有一定的難度，因此較難完成防舞裝置的設立，因此就需要操作人員在安裝防舞裝置時選用規格較高的從而完成安裝目的。特高壓輸電線路的分支線路眾多，因此在風力大的狀態下線路受影響的激勵效果十分明顯，進而形成線路的舞動，除此之外，由于覆冰條件是隨機形成的就導致線路上覆冰的結果不完全一致，只有能夠將結果完全不一致的覆冰結果演變為覆冰規則均勻的狀態下才能夠在根本上形成有效的防舞條件。

二、線路舞動規律及特點分析

2.1舞動發生規律

舞動行為的存在要素在于物理環境溫度低，而冬季長時間的降水量大、降溫范圍廣、延遲時間較長以及次數較多使得為線路舞動提供了發生條件，冬季氣溫較低，結冰厚重的可能性也十分大，并且在冬季多風的條件下極易形成覆冰狀態下的舞動行為。在地理環境上進行分析來看，一般容易形成覆冰舞動的地區主要集中在冬季氣候偏低的平原地區，并且承載電壓越大的線路形成舞動行為的可能性就越大，主要原因在于線路應用材質所負荷的重力越大，形成舞動的概率就越大。

2.2線路舞動特點

隨著近年來冬季氣溫的逐漸下降，全國各地都形成了不同程度的線路舞動，并且整體趨勢呈逐漸擴大以及頻率波動幅度增大的特點，受冷空氣的影響，每一次的降溫都使得刮風程度以及雨雪覆蓋重量對線路的影響加劇，其作用頻度也明顯上升。除了物理環境上的波及范圍廣之外，還有涉及規模廣的特點，高電壓線路的舞動次數也隨著時間的遞增而上升，除了高壓線路其他電壓等級的線路也都受到了不同程度的影響，當物理環境與覆冰狀態滿足舞動條件時，相應的線路故障也應運而生。

2.3新型線路抗舞能力分析

傳統的特高壓線路為單回，新型多回線路具有截面大、線路之間的距離大與各線路之間的掛線不夠緊湊等特點，這就使得兩者在同樣的物理環境與區域環境之中前者的存在狀態要優于后者，后者更容易形成線路舞動的行為，具體原因在于：一，新型線路的存在高度要高于傳統線路，感知寒冷溫度的觸感要先于傳統線路，因此更容易造成線路舞動；二，新型線路的設計外觀為雙回路，傳統線路的外觀則為單回路，雙回路的橫擔則要長于單回路，因此在舞動形成時所承擔的風險也就更大；三，從宏觀角度上來看，傳統單回路與新型雙回路的承受力相同，但是由于新型線路設施所使用的零件較多，容易形成細小部件的摩擦與損壞，因此形成舞動的幾率更大。

三、輸電線路防舞動的相關技術措施

復雜結構的輸電線路較結構簡單的線路更容易發生舞動，原因在于桿塔的高度較高、使用的零件多、線路拉伸距離較長，這就使得形成舞動的可能性較大，從宏觀角度上來說，線路小范圍的舞動極有可能形成電網的大面積停運與對機械的正常運作造成困擾。

根據上述造成線路舞動的因素與舞動形成的危害來看，加強線路的防舞動能力要從對線路裝置進行加固與進行防舞技術上的改善加以實現，通過添加防舞裝置例如相間間隔棒與相應的防舞器具等，在技術方面則要加強各部分零部件的穩固程度以及耐磨程度，這樣能夠避免因物理環境因素帶來的硬件的磨損，除此之外，減小各個部件之間的拉伸距離與加強裝置之間的線路安排措施，從而使得舞動的頻度降到最低。

參 考 文 獻

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