高壓輸電線路減振控制研究綜述

田 利，羅靖宇，周夢瑤，董 旭

（山東大學土建與水利學院，山東濟南 250061）

引言

近年來，我國經濟的迅猛發展對電力系統的性能提出了更高的要求，隨著“十四五”規劃的啟航，我國進入向社會主義現代化強國新征程邁進的關鍵過渡期，推進“新基建”已成為加速現代化建設進程的重要著力點。作為“新基建”的重要支撐，高壓線路對各種跨區域電能傳輸、基礎設施建設以及新舊能源的轉化具有重要影響。高壓輸電線路不僅能夠有效推動我國清潔能源體系的發展，是解決全球變暖背景下國內所面臨嚴峻的環保問題不可或缺的助力之一，也是推動我國能源發展模式轉型和能源安全供應的必要保障。因此，有必要進行更廣泛、更全面的高壓技術相關設施的建設。

高壓輸電線路是重要的電力能源基礎設施，長期服役于野外惡劣環境中，其作為一種高柔性結構，高度較高，自振周期較長，對風荷載和地震動等外界動力作用較為敏感，容易產生較大的動力響應從而導致損傷破壞，進而影響結構的安全和使用，并造成嚴重的經濟損失和次生災害，在極端情況下，甚至會引起整體倒塌或者破壞。近年來，輸電線路結構受外界環境激勵作用而產生的破壞時有發生，如：2013年蘆山地震造成雅安地區和成都地區200多條輸電線路不同程度的破壞［1］，圖1是地震后輸電塔倒塌實景圖，2017年九寨溝地震造成阿壩區35 kV與110 kV輸電線路停運［2］。臺風“杜鵑”致使廣東省227條輸電線路發生故障，導致當地電力系統一定程度上的癱瘓，給人們的生產和生活造成較大影響，圖2是風致輸電線路破壞實景圖。因此，對輸電線路開展更深入的減振控制研究具有重大意義。

圖1 地震后輸電塔損壞實景圖Fig.1 Photograph of electric transmission tower damage after earthquake

圖2 風致輸電線路破壞實景圖Fig.2 Photograph of wind-induced damage to electric transmission lines

基于以上現狀，文中系統闡述了目前國內外高壓輸電線路結構減振控制研究領域的主要科研成果，分別從輸電塔、輸電線、輸電塔-線耦合體系振動控制3個方面展開論述，并展望了輸電線路結構減振控制領域研究的發展前景。文章邏輯結構如圖3所示。

圖3 文章邏輯結構圖Fig.3 Logical structure diagram of the article

1 輸電塔減振控制研究

輸電塔架結構作為輸電線路系統的支撐部分，承擔著架空導線、地線和其他構件，并使各構件之間、構件與地面之間保持規定安全距離的作用。高大的輸電塔架結構往往具有固有頻率低、阻尼比小的特點，在風荷載與地震作用等動態激勵下可能產生較大的動力響應，過大的振動會影響輸電塔架結構的正常使用，甚至威脅到整個電力系統的穩定運轉。因此，如何對輸電塔實施有效的振動控制應引起研究人員的重視。但由于輸電線存在強幾何非線性，使結構的動力響應分析變得復雜，為簡化分析過程，國內外學者往往忽略輸電線的影響，將其簡化為集中質量和集中力施加于輸電塔上，僅開展輸電塔減振控制研究。

1.1 被動控制

被動控制由于具有無需外界能量輸入、穩定性較高等特點，在多種控制方法中成為最易實現的控制，且已在很多實際應用中取得了良好的控制效果。考慮到輸電塔的結構特點與長期野外運行環境，當前輸電塔結構的被動型減振控制為主要研究方向。根據減振機理的不同，被動控制又可以分為基礎隔震、吸振減振和耗能減振3種方式。

隔震支座是一種較早被引入輸電鐵塔振動控制領域的被動控制裝置，王林建［3］結合了橡膠圓管的高彈性、大變形特性和良好的耗能性能，提出了橡膠圓管-軸承滾動隔震支座。劉樹堂等［4］提出適用于輸電塔架的彈簧-偏心軸承的基礎滾動隔震支座。由于SMA（shape memory alloy，SMA）材料具有形狀記憶效應、超彈性與高阻尼等優越性能，一些學者將SMA材料引入隔震支座領域。吳冬梅［5］基于普通滾球支座設計了一種新型SMA-滾動隔震支座。蔡錦榮等［6］采用SMA彈簧取代普通彈簧，設計一種新型SMA彈簧-軸承滾動隔震裝置。研究表明：該類隔震裝置利用SMA材料超彈性和高阻尼的特性有效彌補了傳統橡膠支座阻尼較小、變形較大和自復位能力差的缺陷，使裝置具有優越的復位和耗能功能，可為結構提供穩定、可靠且持續的隔震能力。

通過在主結構上附加子結構，將主結構的振動轉移到子結構上，從而限制主結構振動的技術被稱為吸振減振技術，其中，調諧質量阻尼器（tuned mass damper，TMD）是主流的吸振減振裝置。Zhao等［7］通過振動臺試驗驗證了TMD裝置對地震激勵下輸電塔架結構的振動控制效果。Balendra等［8］研究了調諧液柱阻尼器（tuned liquid column damper，TLCD）在控制塔架風振方面的有效性。汪志昊［9］研發了適用于輸電塔架結構的新型電渦流TMD裝置，并開展了現場減振試驗。此外，可有效控制某一階振動的懸掛質量擺也是一種行之有效的吸振減振裝置。賀業飛等［10］通過輸電塔架附加懸掛質量擺的風洞試驗證實了懸掛質量擺的有效性。牛健等［11］結合SMA材料與懸吊質量擺技術設計了一種SMA-SMPD系統。Battista等［12］提出了一種非線性擺阻尼器。張鵬等［13］運用彈簧擺的內共振原理開展了輸電塔地震響應控制研究。霍林生等［14-15］基于懸吊質量擺，開展了小擺角線性化分析減振裝置控制效果局限性的研究，此外，將非線性能量阱技術引入懸掛質量擺裝置并開展該擺式非線性能量阱的減震效果研究。吸振減振技術因構造簡單、安裝方便等特點受到土木工程領域的青睞，如能解決其自身質量較大、占用空間較大的缺陷，未來有望在輸電塔振動控制領域中得到更廣泛的應用。

為增加抑振頻率寬度并進一步降低結構振動幅度，有學者在傳統TMD裝置中加入耗能材料從而提出新型減振裝置。Zhang等［16］提出了一種新型沖擊調諧質量阻尼器（pounding tuned mass damper，PTMD），利用數值模擬方法分析證實：相較于傳統TMD裝置，PTMD裝置的減振效果更佳。Tian等［17］基于PTMD裝置，開展了多分量地震激勵下受控輸電塔的二維振動控制效果研究。針對目前研究中忽略TMD裝置對主體結構動力特性影響的問題，張鵬等［18］提出將輸電塔和TMD視作一個整體進行考慮，可取得更好的減震控制效果。

耗能減振技術則通過在受控結構變形較大處設置阻尼單元耗散結構動能，從而達到抑制結構振動的目的。應用較廣泛的耗能減振裝置有利用材料滯回耗能特性的粘彈性阻尼器和通過摩擦消耗結構動能的摩擦阻尼器。Matsumoto等［19］開展了4種不同形式的粘滯阻尼器對桿塔的減震研究。鐘萬里等［20］基于數值模擬軟件ANSYS分析了粘彈性阻尼器對塔架結構的風振控制效果。江宜城等［21］基于粘彈性阻尼器開展了大跨越輸電塔的風振控制研究。Zhan等［22］提出了一種具有復位功能的可變摩擦阻尼器，并對受控下輸電塔架模型開展了振動臺試驗，驗證了裝置的有效性。

除以上3類裝置外，楊靖波等［23］將機械與航空工程中常用的約束阻尼層技術引入輸電塔振動控制領域，數值分析結果表明：約束阻尼層對塔架結構的彎曲振動有良好控制效果。

被動控制裝置雖具有穩定性高，容易實現的優點，但也存在如裝置占用空間較大、抑振頻帶較窄、無法在變化的外界作用下維持最佳控制效果和裝置僅能有效控制特定結構的振動，普適性不強等缺陷。而當前使用SMA材料的被動控制裝置僅利用SMA材料常溫下的超彈性特性，未充分考慮SMA材料形狀記憶效應所能產生的強大恢復力。在保持穩定性的前提下，進一步拓寬裝置抑振頻帶，使裝置可有效應對各種工況，可作為輸電塔結構被動控制領域下階段研究的熱點。

1.2 主動控制

主動控制技術基于信息采集系統實時監測環境荷載激勵或結構振動響應變化，通過控制算法及時調整驅動裝置給結構施加的控制力，達到對結構的前饋或反饋控制效果［24］。主動控制技術對結構不良振動有卓越的抑制效果，且可控頻率范圍很大，但因主動控制需大量能源輸入，在強烈地震或大風等具有破壞性的外部荷載激勵下，其能源供給難以保證。當前國內外學者在輸電塔主動控制領域開展的研究十分有限。

高銘尚［25］采用ANSYS和MATLAB這2種軟件對風荷載作用下的輸電塔開展主動控制研究。研究結果顯示該主動控制策略可有效降低主體結構的動力響應，達到良好的控制效果。

朱軍強等［26］基于線性二次型（linear quadratic regulator，LQR）控制算法，開展了GMM（giant magnetostrictive material，GMM）作動器控制下的輸電塔風振控制研究。結果顯示該主動控制策略可有效控制風荷載激勵下輸電塔架結構的動力響應。

王社良等［27］利用有限元分析軟件ANSYS構建輸電塔模型，基于遺傳算法對自主研發GMM作動器主動控制策略進行優化布置，同時采用LQR主動控制算法對比分析有無控制輸電塔架在地震作用下的動力響應，分析結果表明該策略能有效抑制輸電塔結構的地震動力響應。

蘇橋磊［28］基于超磁致伸縮材料提出一種適用于輸電塔架的GMM作動器，研究了其在輸電塔架結構中的應用效果，并基于遺傳算法對控制系統進行了優化設計。

由于主動控制裝置需要較大能量輸入才能提供結構所需的控制力，其在輸電塔結構振動控制領域的研究應用受到極大限制。但主動控制系統可在有限空間內使用較小質量達到良好減振效果的優越性能，使其具有極大的發展潛力。在下一階段的研究工作中，如何保證在外界激勵作用下能量源的安全可靠仍是研究人員需要解決的首要問題，將SMA等智能驅動材料應用于主動控制裝置中，可在一定程度上克服傳統主動控制系統出力小、耗能大的缺陷。

1.3 半主動控制

半主動控制是利用機敏材料感知外界激勵和結構振動響應信息，通過驅動材料自適應剛度或阻尼實時改變裝置參數，實現動態控制的減振技術。半主動控制介于被動與主動控制之間，相較于主動控制，半主動控制僅需輸入少量能量即可切換不同控制狀態，從而達到最優主動控制力；相較于被動控制，半主動控制具有更高的靈活度和控制效果。其中，磁流變阻尼器因其響應速度快、阻尼水平可控、可靠度高等優越性能，得到工程界的普遍認可［29］。近年來，輸電塔-線體系半主動控制逐漸引起國內外學者的注意并取得了一定的研究進展。

郭勇等［30］為深化輸電塔結構風振控制中阻尼器位置優化研究，基于遺傳算法提出一種改進的適應性權重確定方法。

樊禹江等［31-32］基于新型壓電陶瓷管摩擦阻尼器，自主研發了一套針對輸電塔架減震問題的半主動控制程序，此外，基于遺傳算法深入探究新型阻尼器的優化布置策略，對比了優化前后的控制效果，結果表明優化是有效的。

Lou等［33］提出了全方位懸臂型電渦流TMD，通過調節電流的大小改變減振裝置的阻尼，在不同的風場條件下對縮尺氣動彈性模型進行了試驗，計算了有無電磁干擾時塔架的風振響應，證實了該裝置在抑制主體結構順風向和橫風向振動方面的可行性。

朱軍強等［34］基于一種新型拉索-壓電摩擦阻尼器，開展了半主動控制下的輸電塔模型振動臺試驗研究，驗證了該系統的減振效果。

半主動控制系統結合主動控制與被動控制技術的優點，通過調整減振裝置阻尼值，可達成在較小外界能量輸入條件下維持對結構的最優控制效果的目的。其最突出的優點在于各部分的控制、驅動及可靠性不相關，使半主動裝置在不同外界激勵條件下可實現不同的控制效果，即使在特殊情況下半主動控制系統失效，裝置仍可以被動控制的形式繼續工作，對結構進行有效的控制。但半主動控制系統無法充分滿足輸電塔結構安裝簡單、耐久性強的特殊減振控制要求，如何在保證減振效果的前提下，盡量減少半主動控制系統的維護成本是輸電線路結構半主動控制領域的一大難題。

綜上所述，輸電塔架結構在被動控制領域的研究較為成熟，但現階段對于主動控制和半主動控制領域的研究仍較為匱乏，需要進一步深化相關領域研究，且目前應用于輸電塔的阻尼器多集中于線性阻尼器方面，而非線性阻尼器的開發、設計與應用尚有一定的研究空間。因此，結合新型智能材料，深入研究輸電塔的非線性智能控制對拓展輸電線路結構控制策略范疇、提高輸電線路結構控制效率有重要意義。

2 輸電線減振控制研究

現階段我國電力需求的急劇攀升，極大地推進了特高壓輸電線路的建設和擴張，我國輸電網絡系統已成為世界上規模最大的電網系統。但輸電系統規模的擴大也意味著線路結構將要面對更為復雜的地理及氣象條件。在眾多電網氣象災害中，架空導線的舞動是發生頻率最高、影響范圍最廣、造成損失最大的災害形式。輸電線舞動是導線在風、冰等多種荷載耦合激勵下形成的一種低頻率、大變形的非線性瞬態振動，可以造成跳閘、斷股、輸電塔倒塌等事故。導線舞動可細分為垂直舞動［35］、扭轉舞動［36］和偏心慣性耦合失穩［37］這3種形式。為保證供電系統能穩定運行，有必要對輸電導線采取可靠的防舞措施。目前應用較廣的防舞動裝置有相間間隔棒、防振錘、失諧擺和回轉式間隔棒等，常見防舞動裝置如圖4所示。

圖4 常見防舞裝置實物圖Fig.4 Photograph of common anti-galloping devices

Kim等［38］基于數值分析軟件分析驗證了相間間隔棒的舞動控制效果。Hou等［39］基于架空線的動力學模型和幾種相間間隔棒的力學模型，探究了力學參數與舞動控制效果之間的關系，結果表明：間隔棒剛度的影響較小。Sun等［40］針對間隔棒可能產生的大變形問題，引入大撓度理論開展了導線的防舞動研究。Fu等［41］基于一種舞動仿真模型，對三跨輸電線路進行了全尺寸自由振蕩試驗，與模擬結果對比驗證了相間間隔棒的防舞效果。Carreira［42］研究了相間隔離棒控制下污染嚴重區域的架空線路導線舞動問題。Van等［43］對比了在配備單根導線以及帶有相間間隔棒的3根導線的舞動響應結果。梁洪超［44］針對覆冰導線舞動問題，提出利用自質量相對運動提供阻尼力的防舞扭轉向電渦流調諧質量阻尼器，以及利用相鄰結構相對運動提供阻尼力的粘彈性相間間隔棒兩種阻尼防舞方法。相間間隔棒通過減小導線檔距及將分裂導線聯系起來，使不同導線振動相互干擾來抑制導線的振動，不失為一種簡便有效的防舞措施。

擾流繩纏繞于導線之上，通過擾亂導線表面氣動力特性以達到抑制導線舞動的效果。謝東周［45］基于Fluent軟件對比分析了纏繞擾流繩覆冰導線與未纏繞擾流繩覆冰導線的氣動力系數。研究結果表明：擾流繩可有效控制垂直舞動機制引發的舞動，但對扭轉舞動機制引發的舞動控制效果不佳。

由于相間間隔棒存在易老化、放電等問題，而擾流繩常應用于薄覆冰區單根導線防舞，使用存在較大的局限性。針對以上裝置的缺點和局限性，國內外學者們在此基礎上研發了線夾回轉式相間間隔棒。線夾回轉式間隔棒通過減弱線夾對子導線的扭轉約束，減小導線覆冰的不均勻程度并降低風吹向導線的升力效應，以達到抑制導線舞動的效果。葉沖［46］比較了單導線和分裂導線的氣動力特性并總結出分裂導線的舞動特征，計算對比了普通間隔棒和線夾回轉式間隔棒的舞動控制效果。葛江鋒［47］以某330 kV二分裂線路為工程背景，討論了線夾回轉式間隔棒不同布置方案的防舞效果，得出間隔棒最佳布置方案。趙強［48］為進一步提高間隔棒防舞效果，提出一種可增大結構阻尼的新型高阻尼間隔棒，并分析了該裝置的防舞效果。

除以上裝置外，部分學者提出一些新型的輸電導線防舞動裝置并就其防舞效果開展了研究，取得了一定研究成果。趙彬［49］針對特高壓輸電線路特點，提出了一種新型顆粒阻尼器線性零頻減振器，并對其進行了參數優化設計。結果表明：該裝置具有良好的阻尼特性，且不存在明顯共振頻率區間和共振峰。余江［50］設計了新型抑扭環防舞裝置，針對安裝了該裝置的D形覆冰六分裂導線模型開展了風洞試驗研究，驗證了其防舞效果。Lou等［51］針對風荷載作用下大跨度輸電線路導線舞動的復雜問題，提出一種具有渦流機制的扭轉調諧質量阻尼器，并基于遺傳算法對該裝置進行優化。

綜上所述，現有防舞裝置雖種類繁多，但裝置的局限性較大，能夠適應各種外界環境和線路結構條件，并在各種覆冰形狀下保持良好防舞效果的裝置仍有待研發。現有輸電導線防舞研究以數值模擬為主要研究手段，缺乏在試驗和實際工程應用中對防舞裝置效果的檢驗。在模擬過程中為減小計算成本，對輸電導線模型進行了不同程度的簡化，并未對導線結構進行精細化建模，也相應降低了計算結果的精度。因此，在下階段的防舞研究工作中應進一步細化分裂導線模型，開展現場試驗研究以驗證裝置的防舞效果，為其工程應用提供指導。

3 輸電塔-線耦合體系減振控制研究

考慮到導線和輸電塔架之間的耦合作用，為了更好的模擬實際工程在真實環境中的動力響應，近年來關于輸電塔-線體系的減振控制研究逐漸增多。通過將振動控制技術引入輸電塔-線體系，改善輸電塔-線體系的力學性能，有效抑制塔體與塔線的振動，降低各種具有較強不確定性的環境荷載對結構的不良影響。現階段對于輸電塔-線體系的振動控制研究大多集中于被動控制領域。

3.1 地震控制

地震作為重大地質災害，對輸電塔-線體系的安全構成了巨大威脅，然而，目前對輸電塔-線耦合體系在地震作用下的減振控制研究較少。相較于持續低頻激勵的風荷載，地震作用往往有更寬的頻譜范圍，結構在地震激勵作用下的動力響應通常包括多個振型的貢獻。傳統TMD裝置因其抑振帶寬較窄，應用受到一定限制，摩擦阻尼器因其耗能能力強、構造簡單等特點，在輸電塔地震控制領域得到廣泛應用。

李黎等［52］針對跨越地震區輸電線路，提出一種安裝在輸電塔橫擔處的FPS（friction pendulum systems，FPS）型MTMD（multiple tuned mass damper，MTMD）減震裝置，并利用數值模擬軟件研究該裝置的減震效果。結果表明，該裝置對塔線體系有良好的減震效果。陳波等［53-54］基于被動摩擦阻尼器，開展了強震作用下輸電塔-線體系減震控制研究。并針對輸電塔架在強震作用下可能發生的過度振動問題，開展了有無控制下輸電塔架體系的動力響應分析與結構性能評估。

田利等［55-56］考慮地震動多點輸入、行波效應和相干效應等因素的影響，開展了多維地震輸入下TMD裝置的減震控制效果研究，并對TMD進行了優化設計。結果表明：相干效應和行波效應對TMD裝置控制下塔-線耦合體系減震效果有相當影響，設計時應予以考慮。此外，田利等［57］以某500 kV實際輸電線路工程為背景開展了對沖擊調諧質量阻尼器（PTMD）控制下線路結構地震響應性能分析，結果顯示PTMD在降低輸電塔縱向和橫向振動方面效果良好，并在此基礎上研發了雙向PTMD［58］，通過仿真驗證其對線路結構的震動控制有效性，同時對比了傳統的雙向TMD，結果表明：引入碰撞耗能后的減振裝置對輸電線路結構的減震效果更好，且碰撞間隙對阻尼器減震性能影響較顯著，最佳間隙尺寸的大小取決于質量比與地震強度。

針對傳統材料抑振頻帶較窄，減振性能受頻率影響較大的缺陷，目前已有學者將SMA材料引入到減震裝置中并開展了一些研究。展猛等［59］研發了一種復位型SMA壓電混合減震裝置，并就其耗能能力、等效剛度及阻尼等方面深入研究分析了該裝置的結構振動控制能力。田利，榮坤杰等［60-63］研發了適用于線路結構的形狀記憶合金調諧質量阻尼器（shape memory alloy-tuned mass damper，SMA-TMD），基于有限元分析軟件ANSYS開展了SMA-TMD控制下的塔-線耦合體系振動控制研究，通過與傳統TMD裝置控制效果的對比，驗證了SMA-TMD對塔-線耦合體系結構減震效果的優越性，并研究了SMA材料、溫度變化、地震動強度和頻率比對減震效果的影響規律。

在輸電塔-線體系地震控制領域中，應用以被動控制技術中的耗能減振裝置為主，主動和半主動控制技術仍處于研究開發階段。而輸電塔-線體系在服役過程中結構性能難免隨時間推移有所變化，致使被動控制無法維持良好的控制效果，造成一定的損失。因此，研究人員需根據輸電塔-線體系地震響應的特性，在現有研究基礎上研發出維護簡便且抑振頻帶更寬的減震裝置，為實際工程應用提供借鑒。

3.2 風振控制

相較于地震作用，風荷載作用是一種發生概率更大的自然災害，有統計表明，世界范圍內輸電塔的大部分倒塌是由極端大風事件造成的［64］。由于低柔度導線的作用，塔-線耦合體系的低階振型頻率相較于單塔更低，這也導致以低頻成分為主的風荷載對塔-線耦合體系的影響更大，使得結構在風荷載作用下的動力響應復雜而強烈，如不進行控制，過大的振動甚至會導致輸電塔的倒塌，從而癱瘓整個輸電系統，對人們的日常生產和生活產生不利影響。因此，開展輸電塔-線體系風振控制研究十分必要，安裝減振控制裝置作為一種行之有效的方法，近年來在輸電塔線系統控制領域引起廣泛關注。

為明確塔-線耦合體系的風振響應特性，國內外學者開展了塔-線體系的風致動力響應分析。Hu等［65］考慮風荷載的動力效應，基于Davenport譜開展了架空輸電線路結構的風振動態響應研究。Liang等［66］通過風洞試驗研究了塔-線體系的風振動力響應特征。Momomura等［67］基于風速小于25m/s時獲得的輸電塔動力響應實測數據，開展了安裝在山區的輸電塔-線體系風振響應特性研究。Qin等［68］利用ANSYS軟件，分別建立了基于棲霞～文登（昆玉）500 kV輸電線路工程的單塔、一塔兩線、三塔四線和五塔六線三維有限元模型。基于Matlab軟件開展了輸電塔-線系統的風速時程模擬研究，對各模型中塔的位移進行了計算和分析。

Zhang等［69］針對高壓輸電塔-線體系的風致振動問題，提出了一種利用彈簧擺的內共振特性來控制輸電塔風振的方法，通過數值計算驗證了相較于常規的SMP，SP（spring pendulum，SP）的減振效果更優。除裝置自身性能外，阻尼器的布置方案是影響其振動控制效果的另一個關鍵因素。李黎等［70-71］基于鉛芯橡膠阻尼器，開展了不同阻尼器布置方案下和不同風攻角動風作用下的輸電塔-線體系風振控制效果研究。此外，李黎等［72］提出一種新型雙套管防屈曲耗能支撐（buckling restrained brace，BRB）裝置，并以某實際輸電線路工程為例證實了該裝置的減振效果。鄧洪洲等［73-74］以建設中的500 kV江陰大跨越輸電塔為背景，開展6種控制方案下塔-線耦合體系的風洞試驗研究，驗證了振動控制裝置的有效性。

為得到最佳的風振控制效果，研究人員對阻尼器的參數優化開展了進一步研究。鄭瑾等［75］基于摩擦阻尼器開展了塔線體系的風振控制研究，并對阻尼器參數開展了優化設計研究。余傳運［76］基于粘彈性阻尼器開展了輸電塔架結構的振動控制研究，并采用LQR控制算法對減振裝置進行了參數優化。此外，應用粒子群算法對阻尼器的最優布置方案進行了多目標優化。優化后的最終布置方案可達到與主動型減振器相近的控制效果。Tian等［77］開展了風荷載作用下塔-線體系的調諧質量阻尼器參數研究，計算討論了質量比、頻率比、阻尼比等參數對調諧質量阻尼器減振效果的影響。Roy等［78］針對旋風等高強度風作用下輸電塔-線體系失效問題，基于有限元分析軟件OpenSees開展了SMA阻尼器控制下輸電塔架結構振動控制研究。

馬涌泉等［79］針對輸電塔-線體系的風致振動問題，提出一種魯棒H2/H∞控制器，結合改進的限幅最優（modified clipped optimal，MCO）控制器提出一種新型半主動控制策略，以某實際輸電塔-線體系工程為例，計算對比了無控、被動控制、CI（constant increment，CI）半主動控制與該半主動控制策略下的結構風振響應，證明了該策略性能的優越性。Chen等［80］基于磁流變阻尼器開展了強風作用下輸電塔-線體系的振動控制研究，提出2種用于輸電塔-線體系的半主動控制策略，并以某實際工程為背景，對磁流變阻尼器開展了參數優化研究。

現階段輸電塔-線耦合體系風振控制研究與應用主要集中于動力吸振器，相關成果較為豐碩，但也存在一些不足的方面：如僅在導線對塔動力影響的基礎上，對塔的振動進行控制，并未同時對導線與塔進行減振控制；對塔-線耦合作用的考慮不夠詳盡，實際工程中的分裂導線被簡化為有限元模型中的單根導線，這與實際情況有一定的差距。在未來的研究工作中仍需深化以上方面的理論研究，并開展試驗研究以驗證理論分析的正確性，為減振控制的工程應用提供參考。

3.3 脫冰與斷線振動控制

輸電塔-線體系作為一種重要的電力傳輸設施，長期服役于惡劣環境，結構在風荷載和冰荷載作用下容易引起累積損傷，覆冰時會引起冰閃跳閘、導線舞動和通信中斷［81］，脫冰時導線在覆冰過程中累積的張力瞬間釋放，導線將發生大幅跳躍振蕩，產生極大的不平衡張力，甚至造成導線斷線、輸電塔破壞等災害。因此，開展脫冰斷線領域的振動控制研究具有重要的現實意義。不同于有一定持續時間的風和地震作用，導線脫冰與斷線作用時間十分短暫，對輸電塔而言是一種瞬態動力荷載，具有明顯的沖擊作用，使得輸電塔-線體系脫冰與斷線領域的減振控制相比風振控制與地震控制在原理上有所不同。

康元品［82］基于粘滯阻尼器開展了多種布置方案下山區轉角輸電塔的風致斷線控制效果對比研究，結果表明：將阻尼器安裝在結構位移響應較大位置可獲得較好的控制效果，從而得到了阻尼器最優布設方案，并研究了不同斷線工況作用下阻尼器最佳布置方案的振動控制結果。

楊繁等［83］針對在惡劣服役環境中輸電塔-線體系的斷線問題，提出一種在塔架結構上安裝粘滯阻尼器應對輸電塔-線體系斷線效應的減振控制方法。研究結果表明：粘滯阻尼器對桿塔斷線沖擊引起的結構加速度峰值控制率能達到60%。

田金鵬［84］基于粘滯阻尼器開展了脫冰跳躍作用下受控塔架結構的動力響應研究，討論了5種不同布置方案下塔體的減振效果。結果顯示阻尼器施加于輸電塔架上部主材時控制效果最佳。

宋春芳［85］針對轉角型輸電塔-線體系在脫冰、斷線作用下動力響應過大的問題，提出一種基于摩擦阻尼器的減振控制方法，對比多種布置方式在脈動風作用下的減振效果，選取其中最優方案開展脫冰、斷線作用下的振動控制研究。

鐘寅亥等［86］針對大跨高聳輸電塔-線耦合體系在垂直導線向風荷載作用下鐵塔位移引起導線大幅舞動的問題，開展了粘彈性阻尼器作用下輸電塔架動力響應研究。研究顯示：粘彈性阻尼器可使輸電塔架各部分動力響應趨向一致，取得極佳的減振控制效果。

當前研究將覆冰等效為均勻的圓柱形，無法很好的模擬實際工程中不規則形狀的覆冰；模擬的脫冰過程也比較粗糙，僅能模擬導線整跨脫冰的情形，不能很好的模擬真實的脫冰狀況。下階段的研究工作中仍需在上述方面進一步開展深化研究。

綜上所述，對輸電塔-線體系的減振控制研究主要聚焦于抗震和抗風方向。振動控制方法方面，現階段對地震作用和風荷載作用下輸電塔-線耦合體系的振動控制均以被動控制技術為主，半主動控制技術在風振控制領域得到了有限的研究與應用。控制裝置應用方面，動力吸振器因其簡易、有效、不受安裝位置限制的特點，被廣泛應用于塔-線體系的風振控制；地震作用頻譜較寬，僅能降低主結構某一階振動的動力吸振器抑振效果不佳，因此可同時抑制輸電塔架結構前幾階主要振型響應的耗能減振裝置應用更多。而脫冰、斷線與舞動領域的振動控制研究鮮有涉及，僅僅開展了被動控制下輸電塔-線耦合體系的減振控制研究，而主動和半主動控制技術研究與應用較少，相關研究工作仍有待開展。

4 結論與展望

文中從輸電單塔、考慮塔-線耦合作用的輸電塔-線體系振動控制以及輸電線防舞動3個方面對現階段輸電塔-線體系振動控制的主要研究成果進行了系統的綜述和討論。雖然高壓輸電線路減振控制成果豐碩，但還有許多值得深入的地方，在以下幾個方面值得關注：

（1）對輸電塔-線體系振動控制的研究主要集中在數值模擬階段，大部分的新型減振控制裝置并未經過風洞試驗或振動臺試驗研究的驗證，因此下一步研究的重點應該放在數值模擬與試驗的相互對比論證上。

（2）輸電塔的阻尼器多集中于線性阻尼器方面，減振效果受到一定的限制，而非線性阻尼器的開發與應用將成為未來研究的一大熱點。

（3）當前輸電塔-線體系減振研究主要針對地震作用和風荷載作用，在未來的研究工作中，脫冰、斷線與舞動等動力荷載形式的減振控制會成為關注對象，并考慮多災害作用下輸電線路結構的振動控制影響。

（4）現階段輸電線路振動控制研究以被動控制為主，主動和半主動控制技術仍處于研究開發階段，尚未應用于實際工程。主動和半主動控制技術的研究與應用相關工作將成為下一階段輸電塔-線體系減振控制領域的重要研究方向。

（5）輸電塔-線體系振動控制的研究重點在減振裝置正常運轉階段的有效控制效率，未考慮實際工程中減振裝置的失效，在減振裝置失效情況下可能對結構產生的不利影響的評估研究還未有。隨著輸電線路減振控制的應用，對其進行失效評估研究將成為一種趨勢。

（6）輸電塔-線體系同時在塔架和導線上采取減振控制措施的研究較少，多數研究僅在塔架或導線上設置減振裝置，并研究其對整體結構的振動控制效果。在下階段的研究工作中開展輸電塔-線體系一體化振動控制方面的研究將成為下一階段的研究重點。