輸電線路舞動分析及防范措施研究

張海杰

（國網冀北電力有限公司秦皇島供電公司，河北秦皇島，066000）

0 引言

輸電線路是供電企業完成工作內容的重要設備，由于長期在室外環境中作業，受到外力條件影響的概率就會大大增加，其中線路舞動就是最具典型性特點的危害問題之一。降低線路舞動條件是極為關鍵的內容，必須從其特點與形成原因上進行深入探討，才能制定出更具針對性的防范措施，提高整體供電的有效性。

1 輸電線路舞動的概念與特點

當輸電線路的導線上覆有不均勻的薄冰，在側向風力的作用下，就會使架空的導線產生自激震動，并在大幅度的震動中表現出低階固有頻率的特點，在不同條件下表現出垂直、偏離、扭轉等現象的問題，被稱作輸電線路的導線舞動。

當輸電線路的環境溫度條件在0℃左右時，最容易產生覆冰的現象，如果發生10-20m/s的強風天氣，就會導致舞動的發生，因此這一問題經常發生在冬季。舞動的頻率會維持在0.1-3Hz范圍內，表現出低頻率的特征，而其舞動的振幅可以高達10以上，如果一旦發生舞動問題，極易引起輸電線路的斷路與斷線問題，甚至可能引起倒塔事故，致使大范圍地區的供電出現中斷，不僅對供電企業的工作安全性與連續性造成影響，也對社會生產生活造成極為嚴重的損失。

2 產生線路舞動的原因與防范措施

2.1 輸電線路發生舞動的原因

輸電線路的結構、參數對其舞動條件有著極大的影響，通過大量的研究表明，在同等的環境條件下，如果使用分裂導線，會比單導線更容易產生舞動。而單導線由于其自身扭轉剛度小的特點，如果出現偏心覆冰，就會產生程度較大的扭轉，從而在扭轉力的作用下，使其覆冰逐漸趨于圓形，并對扭轉形成的條件進行限制。如果在輸電線路中使用大截面的導線，則會因其極大的扭轉剛度條件，在產生偏心覆冰的同時，使導線發生偏轉而不會形成扭轉，這一點也使得偏心覆冰不斷的積累，并加大了輸電線路舞動的風險機制[1]。

在科學研究中對于輸電線路的舞動機理的研究，一直是相關科研人員工作的重點，雖尚未到確切答案，但卻在研究不斷深入的過程中，形成了四類觀點與理論（如表 1 所示）。

表1 數顯線路扭動研究的四類機理

雖然在多年的研究中，導線震動的形成機理研究分化出了四種類型，然而通過分析可以明確的確認形成舞動的兩點要素：第一風力是產生舞動的必要因素；第二，線路的表面覆冰使造成舞動的主要條件。

2.2 防范輸電線路舞動的措施

2.2.1 輸電線路舞動的外界條件的控制

基于對導線舞動成因的分析不難看出，導線的舞動是在一定條件下形成的，且明顯的受到環境因素的控制。首先，當季節到達秋末初冬、冬末初春時，氣候天氣一般以雨雪為主，且溫度在0℃左右不斷徘徊，也是因此，在每年的2、3、4、11、12這幾個月份中，最容易產生輸電線路的舞動。所以，為了有效的防止發生線路舞動，必須在關鍵的季節條件下，加強技術管理，并采取一定的方法措施，預防可能發生的舞動問題。

其次，另一個影響輸電線路舞動的條件為線路的覆冰情況。當線路表面的覆冰厚度達到5-30mm時，最容易產生舞動問題。而覆冰形成的條件，除了0℃左右的溫度、90%左右的空氣濕度以外，對風力還有一定的要求，如果風力條件大于1m/s就會加快覆冰的形成速率。因此，對覆冰條件進行有效的控制，可以降低出現舞動的概率，從而提高線路的安全性水平。

第三，形成輸電線路舞動的條件中，風是最為關鍵的環境條件，不僅在風力上對輸電線路產生影響，同時也在風向與線路表面覆冰的角度上，與線路的舞動有較為緊密的聯系。在產生舞動時，必須保證有穩定的層流風激勵，當風向與輸電線夾角≥45°時，最容易產生舞動，并在趨近于90°時，舞動概率達到最高值，同樣，如果夾角趨近于0°，那么發生舞動的概率也會逐漸降低。研究顯示，當風力條件為7-10m/s的橫向風，且風攻角在60°-80°之間時，是最容易發生舞動問題的條件。另外，輸電線上覆冰的角度，也會影響風的作用能力，從而對舞動的效果造成影響[2]。因此，在敷設線路的工作中，必須目的明確的規避山谷、開闊地等風力條件較大的地區，以此降低產生舞動的條件。由此，可以在線路敷設工作中，加強設計管理，尤其在對線路復審的角度上，進行必要的控制，使其受到風力條件的影響得到限制，以此達到強化線路安全性水平的作用。

2.2.2 規避舞動途徑

為了降低輸電線路發生舞動的幾率，必須從線路勘探的工作中進行詳細的調查，并對地形條件、氣候特征等參數作出詳細的評估。由于線路舞動使用低溫與大風條件的影響下產生的，因此，在地形選擇上，應當盡量避免在濕度較大、風力較強的地區敷設線路。另外，進行線路設定時，還應當兼顧當地的季節風向變化，以此調整線路的設計角度，在綜合方法的應用下，對于規避線路舞動問題起到事半功倍的效果。

2.2.3 防止舞動措施

對于輸電線路舞動問題的防治，需從線路的材質入手，通過提升電氣設備的強敵條件，來達到抵御舞動的效果，使產生一定強度條件的舞動時，線路自身的安全性得到保障，可以持續性的提供電力供應。在操作方法上，使用金具器材是行之有效的措施[3]。例如，在設備中，合理的使用放松螺帽，可以保證各輸電線路的有效間距，并對鐵塔的緊固方式進行改良，使易舞動的線路強度得到補充。

2.2.4 抑制舞動方法

在實際工作中，由于部分地區的技術、環境、經濟條件上的限制，無法實現前期對于線路舞動的有效規避，因此必須采取相應的措施，抑制舞動問題的發生，使其產生條件改變，并以此達到降低舞動幅度，較少危害威脅的效果。

首先，可通過改變輸電線的外形條件降低流體力學的影響，使導線更加適應空氣動力的特征，使風力對舞動的影響降低。而具體操作上，除常規的纏繞繞流線之外，還可以通過安裝空氣阻尼器的方法完成抑制舞動的工作。

其次，在動力學原理的指導作用下，利用舞動系統中的扭轉震動、橫向震動頻率以及質量分布條件，使各個元件的連接方法展現出較強的科學性，也可以有效的起到抑制舞動的作用。在國內的實際應用中，不僅可以通過阻尼器的安裝來實現這一目標，失諧擺與抑扭環的應用也極為有效。同時，技術人員可以嘗試應用防舞動的壓重裝置，諸如防震錘、掛重錘等設備，在線路與間隔棒上增加重量，以此降低風力的影響效果，使線路的穩定性得到提升。注意，在同一線路上的相鄰導線間設置間隔棒，可以通過減少脫冰跳躍造成的影響，在降低混線事故發生概率的同時，從結構角度出發，起到抑制舞動的效果。

另外，在相應檔距的端頭位置，設置吸收能量的阻尼器，可以有效的消耗動能，以此放大導線系統中的自阻尼效果，對于舞動問題進行防控。

3 總結

減少導線舞動危害最直接措施是處理導線覆冰，而對覆冰條件進行必要的控制，可以有效的降低發生事故的概率。通過理論技術的深入研究、應用材料的逐漸豐富、操作方法的不斷升級，可以在具體的輸電線路防舞動工作中，形成行之有效的整體方案，將輸電線路舞動從事后處理，逐漸的轉變為事前預防，大大提升線路運行中的穩定性與安全性條件。