高壓輸電線路的舞動防治技術研究

田興平

摘 要：現階段，我國能源問題日漸嚴峻，生態環境保護工作迫在眉睫，而電力在能源發展進程中始終處于不可忽視的地位，這就會對電網的安全性提出更多的要求。近幾年，我國頻繁出現高壓輸電線路舞動問題，這給電力系統帶來的負面危害是不容忽視的，有針對性地尋找舞動防治方法，日漸受到重視和關注。文章將重點分析探討高壓輸電線路的舞動防治技術，以求能為相關單位提供借鑒參考。

關鍵詞：高壓輸電;線路舞動;防治技術

中圖分類號：TM726.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）11-098-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.11.033

為實現對高壓輸電線路舞動事故的防治，盡可能避免因其而引發的一系列損失，文章主要分析了將嵌入式系統作為關鍵支撐的輸電線路舞動檢測系統存在的缺陷及優勢。并且，有針對性地分析探究了將加速傳感器和高壓輸電線路相互結合的實際效果，并結合獲得的有關數據信息進行了具體且實時的分析處理，從而有效完成了預警工作[1]。所以，對高壓輸電線路的舞動原理及實際情況的檢測意義非凡。

1 高壓輸電線路舞動的現狀和原因

隨著我國社會經濟水平的日漸提升，電網基礎建設的日漸完善，近幾年，我國部分地區經常會受到高壓輸電線路舞動事故的沖擊和影響。其不僅嚴重影響著人們的日常生產生活，同時會給地方經濟帶來巨大的損失和負面影響。結合相關調查信息，在最近幾年，包括我國湖南、河北、河南、江西等多省在內，都存在高壓輸電線路舞動的情況，且影響范圍比較大，持續時間也比較長，對我國自然環境造成的負面影響不容忽視[2]。

2 高壓輸電線路舞動的危害

高壓輸電線路舞動主要是在自然風條件影響下出現的自激振動，舞動問題在一定程度上影響我國電網的穩定運行，并且帶來了多種危害。

2.1 舞動對設備造成的危害

高壓輸電線路舞動對現代電網設備的影響相當巨大，例如，在部分高壓輸電線路舞動時，往往有可能引發斷線斷股及螺絲松動等問題，從而嚴重危害到塔材的質量。此外，在高壓輸電線路中出現的舞動事故，還會在一定程度上增加電弧燒傷事件的出現概率，導致桿塔承擔的工作壓力顯著提升，進而導致桿塔倒塌，引發嚴重事故。

2.2 舞動對環境造成的危害

如果高壓輸電線路舞動問題沒有被有效解決的話，將會導致其持續出現，并且舞動幅度較大，線路擺動的振幅在部分情況下甚至達到10 m以上，而線路的擺動軌跡則是橢圓形狀。如果是垂直排列的線路出現舞動事故的話，則擺動軌跡呈現出的狀態為橢圓形狀，進而引發線路短路問題。如果是水平排列的線路出現舞動事故的話，則導線與障礙物的絕緣間隙會顯著縮小，此種情況下的高壓輸電線路將會出現放電現象，進而嚴重危及周邊的自然環境。

2.3 舞動對電網造成的危害

高壓輸電線路的舞動會導致導線和導線間、導線和架空地線間以及導線和桿塔間的絕緣間隙顯著縮小，從而引發各種不同情況的交叉放電問題，進而導致線路重復跳閘問題出現，最終嚴重影響重合閘的正常運作，甚至導致其損壞。如果輸電線路舞動的持續時間較長，那么必然會影響到電網的正常穩定運作，其帶來的負面影響不容忽視，可能會引發大面積的停電問題，在極大程度上影響到周邊居民的日常生產生活。

3 舞動一般防治措施

針對舞動的一般防治措施主要有避舞、抗舞、抑舞三大類措施。

避舞指根據局部氣象和地形等先天條件，選擇更加適合的電力線路走向，達到防止舞動出現的目的。

抗舞指不改變導致舞動發生的可能條件，利用提升線路機械強度的方式，保證線路的正常動作。

抑舞則指針對可能出現舞動現象的線路提前安裝防舞裝置。

最常用的防舞裝置主要有擾流防舞器、失諧擺、集中防振錘、相間間隔棒等。

3.1 擾流防舞器

擾流防舞器被稱為防舞鞭、擾流繩。該裝置組成部分為左握固端、右握固端、干擾氣流端三個部件，是通過塑料材質預制而成，具有一定應力，主要被應用于單導線的裝置，利用導線纏繞的方式將覆冰導線截面的形狀改變，以此防止舞動的發生。這種裝置具有易維護，低磨損的特點，一般主要被用于覆冰較少的導線，該裝置能很好的降低渦致振動，是比較有效的一種防舞措施。如果導線的覆冰程度過厚，擾流效果會極大降低。同時，選擇該裝置時要對防舞繩的直徑特別注意，一旦防舞繩的直徑小于電力線直徑的1/2，防舞繩的擾流作用會失效。

3.2 失諧擺

失諧擺最早是由O.Nigol和Harvard共同設計研發的，是當前唯一能夠以定量計算的方式防止舞動的措施。該裝置通過在導線下方安裝一種特殊的重錘，要求重錘設置為質量=M、臂長=R，該裝置適用于單導線，其工作機制為扭轉激發原理，改變導線固有頻率，使導線的扭轉剛度得到提高，防止因導線的禍合效應而產生的舞動現象。

3.3 集中防振錘

該種安裝裝置適用于單導線模式，利用對限制節點擺幅的壓重，降低導線的振動頻率，約束導線振動。這種裝置能夠預防舞動，因為利用壓重增加質量的方式改變導線的振動頻率，能加大水平風荷載的作用值。壓重方式能夠降低小導線的水平振動，防止導線出現諧振現象。另外，安裝該裝置還要特別關注防振錘的位置移動，要考慮該裝置的質量穩定性問題。

3.4 相間間隔棒

該裝置具有很好的絕緣性能及較廣的適用性，被廣泛應用于相間或回路間方面。它能很好的連接各路導線，從而可防止因相間碰線導致的舞動現象發生。該裝置的材質主要由玻璃鋼芯棒、硅橡膠護套構成，所以，相間間隔棒有著抗拉、質輕、抗沖擊、柔性好、耐污閃的優點。該裝置對于舞動抑制及防風偏、防導線粘連等方面有著非常顯著的效果。

3.5 雙擺防舞器

該裝置的工作機理來自穩定性原理，其理論擺長、擺角和質量的確定都依據穩定性原理。該裝置廣泛適用于分裂導線模式，主要由間隔棒、擺臂、擺錘組成，其中，擺錘由擺臂和間隔棒進行剛性連接。雙擺防舞器主要利用提高線路動力穩定性防止舞動現象發生，同時具有壓重防舞的作用。

目前為止，該裝置被廣泛應用于我國多條線路的實驗中，結果表明，該裝置的防舞效果極好，成為當前我國輸電線路防舞應用中最廣泛的一種裝置。

3.6 整體式偏心重錘

該裝置主要適用于各種形式的分裂導線模式中，主要由間隔棒、水平懸臂梁、錘頭的剛性連接組成，而且要求錘頭與間隔棒的中心作用力必須作用在一條直線上。實踐研究表明，整體式偏心重錘在優化線路穩定性、防舞反饋、擾亂氣流分布等方面有著很重要的綜合防舞作用，而且該裝置具有成本低、易維護、質輕、結構簡單等優點，目前也被廣泛應用于我國輸電線路防舞方面的應用。

3.7 線夾回轉式間隔棒

線夾回轉式間隔棒是一種適用于分裂導線的防舞裝置，間隔棒的一部分線夾可以旋轉一定的角度改變覆冰導線的覆冰形式使之成為橢圓形，減小空氣動力系數;另一部分線夾與普通夾頭相同，不能自由轉動。該裝置不僅具有間隔棒的作用，而且能夠避免荷載集中分布。但是，導線的微風振動會影響其分布方式。線夾回轉式間隔棒的造價要略高于普通間隔棒，但由于其優良的工作性能也廣泛應用于防舞工作中。

4 基于嵌入式系統的高壓輸電線舞動監測系統

4.1 輸電線舞動監測系統的特征及構成

將嵌入式系統作為關鍵的輸電線舞動監測系統，主要利用攝像頭記錄高壓輸電線路處于平穩狀態下的實際位置，而后借助嵌入式監測系統保存位置數據和圖像。當高壓輸電線路出現舞動情況時會進行對比分析，進而明確高壓輸電線路的擺動情況。

如果擺動角度比規范的警戒值要高，那么系統就會利用GSM模板定向發送信息，進行語音通話，以便相關工作者迅速采取相應的防治措施，避免舞動問題對線路運行或周邊環境造成負面影響。換言之，只要擁有GSM模塊、鍵盤和電池等，就可以直接向值班監控室報警，并迅速提醒相關技術人員前往現場進行緊急修復處理。

此監測系統的核心特征主要在于：首先，易于應用在高壓輸電線路中，并且還能精準判定分析導線的實際舞動狀況;其次，監測裝置主要安裝在輸電桿塔上，其采用太陽能供電模式，保證其處于實時運作狀態下;再次，系統擁有防雷、防雨和防腐功效。輸電線采集終端是此監測系統的核心構成部分，主要由USB、太陽能供電板、圖像處理模板、內存模板及GSM無線通信等模塊構成。

4.2 輸電線舞動監測系統的缺陷

目前，雖然筆者研制的基于嵌入式系統的輸電線路舞動監測系統取得的效果較好，但仍存在部分不容忽視的缺陷，此類缺陷會在一定程度上影響輸電線路的正常運作。例如，在此系統中，監測運動的圖形本身會受到巨大限制，具體來講，實際的高壓線路輸電舞動運動模式為三維運動，而圖像記錄的內容只能是二維的，容易導致部分重要信息無法被有效呈現出來。系統的核心供能系統為太陽能電池板，通過其維持正常運作。但是，在部分陰雨天氣較多的區域，其難以有效維持正常供電，可供應用的范圍受到巨大限制。由于此系統中應用的紅外攝像頭及嵌入式平臺所需資金過于高昂，系統建設的實際成本需求比較高，難以獲得大范圍的推廣應用。

5 高壓輸電線舞動的防治方案

5.1 加大防舞動裝置的安裝力度

高壓輸電線路舞動帶來的負面影響很大，會使周邊居民的生活受到影響，還會導致高壓線路周邊的生態環境受到沖擊，導致相關企業承擔巨大的經濟損失。如果想要切實有效地避免舞動問題發生，有必要加大防舞動裝置的安裝力度。

例如，抗流防干擾器是應用塑料預制成的應力裝置，通常被廣泛應用在單向導線中，將其纏繞在導線上方，可以有效解決覆冰導線截面形狀的問題。導線覆冰實拍圖如圖1所示。也就是說，抗流防干擾器可以降低導線損壞概率，具備質量較輕且容易維護等特征。但是，其缺陷是厚冰覆蓋將顯著提高導線截面的平滑程度和均勻程度，進而導致抗流能力在此種情況下不斷降低。

又如，間隔棒主要安裝在兩項導線中間，材料為硬質彈簧，可以顯著提高高壓線路舞動需要克服的力，進而使得不同導線的振動頻率幾乎完全重合，便于避免導線碰撞問題發生。間隔棒和其坐標系示意圖如圖2所示。當然，間隔棒也存在相應的缺陷，其抗彎剛度相對較小，使用一定時間后便需要更換，亟待完善和改進。

5.2 通過加速傳感器判定舞動角度和幅度

通過應用加速傳感器，可以有效測量高壓輸電線路舞動角度及舞動幅度。此舉能夠幫助相關工作者獲得更為精確的數據信息，進而及時解決舞動事故。通過監測獲得舞動數據支撐，科學合理地提出防控方案。

結合現階段的發展狀況看，技術比較成熟的監測高壓輸電線路振動位移情況的方法主要包含以下兩點。首先是非接觸式測量方式，此種方式主要應用位移傳感器，包括渦流傳感器、光線傳感器等，用以精準確定線路的結構位移狀態及其實際結構狀況。此種測量方法的精準度更高，并且頻帶也更寬。當然，其也存在相應的制約因素，比如其要求將傳感器安裝在監測器周邊位置，并且監測獲得的位移振動為傳感器及監測點的相對位移。其次是接觸式測量方法，接觸式測量將加速傳感器直接安裝在需要監測的線路節點上，而后結合測量線路節點的加速度獲得振動位移信息。此項方法不僅有非接觸式測量的精準度，而且保障最終獲得的數據信息為絕對位移信息。

6 結語

高壓輸電線路舞動是非常普遍的自然災害，其無論是對人們的日常生活，還是對線路周邊生態環境的負面影響，都比較大。相關單位有必要積極尋找科學合理的防治措施，如在線監測等方式，通過加速傳感器開展在線監測，以此獲取各種舞動數據，并提出科學合理的防治方法[3]。

參考文獻

[1] 蔡光柱，趙爽，楊振，等.基于物聯網技術的特高壓導線舞動檢測儀設計[J].山東電力技術，2020，47（9）：34-38.

[2] 高彬，劉林芳，馮衡，等.±1100kV特高壓直流輸電線路舞動理論計算研究[J].電力科學與工程，2020，36（1）：50-54.

[3] 劉乾承.500kV輸電線路舞動分析及治理探討[J].信息記錄材料，2019，20（4）：226-227.