輸電線路舞動分析及防范措施研究

張軍委

摘 要：本文討論了輸電線路舞動的機理和原因，及相關的舞動理論，最后提出了相應的防控措施。

關鍵詞：輸電線路;導線;舞動機制;防治措施

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.輸電線路導線舞動的原因

2.1 覆冰

覆冰是架空線舞動的必要條件之一。到目前為止，除了一些現象外，已經發現導線舞動在電線上有冰。通常線材不均勻地涂覆有冰，形成諸如新月形，扇形和形狀的不規則形狀。冰厚從幾毫米到幾十毫米。冰涂層改變了導線的圓形幾何形狀，使得導線的一側形成翼型，并且當強風吹過時原始的空氣動力學特性改變。通過導線上部的空氣的速度增加并且壓力降低，通過下部的空氣的速度降低并且壓力增加，使得導線受到向上的力并且由于線向上的力和重力，導致線垂直振蕩。同時，由于導線的偏心冰涂層，導線被扭曲和振蕩。

2.2 風的激勵

風是導致架空電線舞動的能量來源。在相同的降雨條件下，風速會影響冰的形狀，從而影響空氣動力學狀態。因為垂直于線風的分量越大，不均勻冰層后對線的激勵效果越好，線上產生的升力越大，這有利于線路系統中的能量積累，反過來又使系統不穩定并產生舞動。風的激勵不僅與當地氣象條件有關，而且與該線所在地區的地形和地貌條件密切相關。據統計，輸電線舞動主要發生在平原的開闊地帶。在山區和地表，有森林，建筑物和其他區域。線越高離地面越大，受表面物體影響的風越小，形成穩定風就越容易，并且很容易舞動。也就是說，在冬季和早春季節，當電線被冰覆蓋時，冷暖氣流交匯引起的強風很容易在平板，開放和風口的電源線上舞動。

2.3 線路結構參數

多分裂導體比單分裂導體更容易跳動，因為對于導體的中心線，導體的結冰通常總是朝向迎風側。這種偏心質量將導致電線繞其自身軸線扭曲，從而改變電線的迎風面。對于分體式導體，通常每隔幾十米就有一個間隔條將子線連接在一起。每個子步驟中的子線通過間隔條固定在兩端。扭轉剛度遠高于相同橫截面的單個導體的扭轉剛度。因此，作用在分裂導體上的空氣動力載荷自然遠大于單導體的空氣動力載荷。

3 防范輸電線路舞動的措施

3.1 輸電線路舞動的外界條件控制

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，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。

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。因此，在敷設線路的工作中必須明確規避山谷、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。

3.2 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。

3.3 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。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。

3.4 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，以降低風力的影響效果，使線路的穩定性得到提升。

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。

參考文獻

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