输电线路舞动分析研究

【摘 要】本文从导线舞动的成因入手，介绍了输电线路舞动造成的危害，阐述了目前国内外形成的四种有代表性的舞动机理，并分析了和归纳了当前输电线路舞动的治理措施。

【关键词】输电线路 舞动 覆冰 防脱冰跳跃装置 防舞器

1 概述

水平方向的风吹到覆冰后的导线上时，产生空气动力，诱发导线产生一种低频频率（约0.1～3Hz）、振幅大（可达10m以上）的自激振动。由于导线形态上下翻飞，形如龙舞，故称舞动。导线舞动对杆塔、导线、金具等各部件产生损害，造成输电线路停电或跳闸，对输电线路安全运行造成极大危害，同时伴随着会带来重大的经济损失和社会影响。

2 输电线路舞动产生的原因及危害

2.1输电线路舞动产生的原因

（1）输电线路走向的影响。国内外大量资料表明，舞动风速范围一般在4～20m/s，且风向与输电线路走向的夹角≥45°时，导线易舞动，而且该夹角越接近90°，则舞动的可能性越大。

（2）地形/地势的影响。舞动不仅与当地的气象条件有关，也与输电线路所在地区的地形、地貌条件密切相关。据统计，舞动多发生于平原开阔地区（如江河湖泊、平地等）或山谷风口，就是因为平坦开阔地带易形成相对稳定的层流风，对导线的激励效果明显。

（3）冰风参数的影响。输电线路覆冰是舞动的必要条件之一。导线上要形成覆冰，必须具备两个条件：一是冻雨、雨淞或雨加雪，干雪就不易凝结在导线上；二是需要合适的温度，一般为0～-5℃，温度过高或过低均不利于导线覆冰。

要形成舞动，除覆冰因素外，还必须有稳定的层流风对导线的激励作用，同样的雨淞条件下，风速的大小将会影响成冰的形状，进而影响空气动力状态。

（4）输电线路结构及参数。输电线路的结构和参数也是形成舞动的重要因素之一。从国内外的统计资料来看，在相同的环境、气象条件下，分裂导线要比单导线容易产生舞动，并且大截面的导线要比常规截面的导线易于产生舞动。

2.2输电线路舞动的危害

（1）相间闪络：导线在大幅度、长时间、无规律的舞动时，舞动幅值可达数米，严重情况下舞动幅值甚至超过十米，容易使导线相间距离缩短或碰撞而闪络，烧伤导线并引起输电线路跳闸。（2）绝缘子损坏：舞动时，容易引起耐张绝缘子双联间碰撞受损；另外铁塔横担受损后，耐张绝缘子与塔材碰撞，造成绝缘子损坏。（3）金具及附件受损：导线舞动极易引起金具及附件受损。（4）危及杆塔：导线舞动时塔身摇晃，横担顺线摆动，扭曲变形；塔身联结螺栓松动、损坏、脱落，严重时引起倒塔。（5）损伤导线：导线舞动会使导线在悬垂线夹出口处及间隔棒夹头处产生位移、磨损、断股，严重时断线落地。

3 输电线路舞动的理论及机理

3.1输电线路舞动理论

架空输电线路的舞动是一种空气动力不稳定现象，属于驰振范畴，在振动形态上表现为在1个档距内只有1个或少数几个半波。由典型的舞动位移表征可知，舞动发生时通常横向位移很大，同时伴随着水平运动和扭转运动，舞动轨迹表现为椭圆形。

3.2主要的舞动机理

（1）Den Hartog机理。Den Hartog 机理的基本内容是：当覆冰导线的空气动力阻尼为负并大于横向固有阻尼时，无耦合的垂直运动出现不稳定性，即舞动是由空气动力产生的负阻尼引起的，即。：升力系数；：阻力系数。

此物理模型比较简单，为单自由度模型，只考虑了导线的横向振动，即所谓无扭舞动模型。

（2）O.Nigol机理。O.Nigol认为，导线之所以扭转失稳与两个因素有关：一是当导线单侧覆冰时冰壳重心与原有导线轴向重心不相重合，因而对导线产生了绕导线轴向重心的扭转力矩；二是当风吹到这样的非圆形截面时动气动力的作用中心与导线的中心不重合，也产生了绕导线轴的空气动力扭转力矩。

该理论的数学描述为

式中，为导线第k阶扭转振动的振幅；为导线第k阶扭转振动的角频率；为与输电线路走向垂直的水平风速；为偏心覆冰导线初始迎风攻角。

（3）惯性耦合机理。在这种激发模式时，其横向振动与扭转振动可能都是稳定的，只是由于覆冰造成的偏心惯性作用引起攻角变化，从而使相应的升力对横向振动形成正反馈，加剧了横向振动，从而积累能量，最后形成大幅度舞动。

4 输电线路舞动的治理措施

（1）通过改变导线特性来抑制舞动，多数防舞器属于此类，包括失谐摆、抑制扭振型防舞器、双摆防舞器、整体式偏心重锤等；（2）通过提高导线系统的自阻尼来抑制舞动，如由加拿大A.T.Edwardi（爱德华滋）设计的终端阻尼器；（3）通过提高风动阻力来达到抑制舞动，如由A.S.Richardson（理查德逊）研制的空气动力阻尼器；（4）通过扰乱沿档气流来达到抑制舞动，如扰流防舞器；（5）通过各种防覆冰措施来达到抑制舞动，如采用低居里点合金材料，使用防雪导线以及大电流融冰等；（6）提高导线的运行张力和缩短档距也可达到一定的抑制舞动的效果。

5 结语

针对输电线路舞动产生的原因及危害，对输电线路舞动产生的机理进行了详细的介绍及分析，分析了和归纳了当前输电线路舞动的治理措施，具体如下：

（1）通过改变导线特性、提高导线系统的自阻尼来抑制舞动。

（2）通过提高风动阻力、扰乱沿档气流来抑制舞动。

（3）通过各种防覆冰措施、提高导线的运行张力和缩短档距来抑制舞动。

参考文献：

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[2] 王少华，蒋兴权等. 输电线路导线舞动的国内外研究现状[J].高电压技术，2005，10（31）：11-14.

[3]. 朱宽军，付东杰等. 架空输电线路的舞动及其防治 [J].电力设备，2008，6（9）：8-12.

作者简介：胡涛（1982-），男、汉族、硕士研究生，现工作于山西省电力勘测设计院。