高压输电线路舞动的研究

摘要：舞动对输电线路危害性很大，会造成线路频繁跳闸停电、导线磨损烧伤与断线，金具及有关部件的损坏等；起因主要为线路走向、地形与地势、当地气象条件以及线路结构；防舞措有：（1） 改变系统空气动力特性；（2）改变系统结构特性，（3）其它抑舞措施

关键词：高压输电线路 舞动 防舞动。

高压输电线路导线舞动是偏心覆冰导线在风激励下产生的一种低频、大振幅自激振动。其振动频率通常为0.1～3 Hz，振幅约为导线直径的5～300 倍。导线舞动对杆塔、导线、金具及部件的损害，造成线路频繁跳闸与停电，对高压输电线路安全运行的危害很大，且会造成重大的经济损失和社会影响，本课题在分析输电线路舞动起因和受力的基础上，参考国内外先进的舞动理论和治理方法，提出高压输电线路工程导线舞动的防治对策和方法。

一、高压输电线路导线舞动形成因素：

1、导线覆冰的影响

舞动多发生在导线覆冰工况下，空气湿度较大一般 90 %～95 %，干雪不易凝结在导线上，雨淞、冻雨或雨夹雪是导线覆冰常见的气候条件；②合适的温度一般为0～- 5°C，温度过高或过低均不利于导线覆冰，③空气中水滴运动的风速一般>1 m/s。

2、风激励的影响

要形成舞动，除覆冰因素外，舞动还须有稳定的层流风激励。舞动风速范围一般 4～20m/s，且当主导风向与导线走向夹角> 45° 时，导线易产生舞动，且该夹角越接近90°舞动的可能性越大。因此在四周无屏蔽物的开阔地带或山谷风口，能使均匀的风持续吹向导线，这些地区易发生舞动。

3、地形地势的影响

根据国内外统计资料，导线舞动多发生于平原开阔地区，这是不难理解的。因为与山区或丘陵地区相比平原开阔地区无论从风速还是空气的流态来说，都更加有利于舞动的形成。通过气流对导线作用的分析可以看出，不规则的气流对导线的空气动力载荷，将会有一定程度的相互抵消，而不及同一方向的气流所造成的空气动力载荷相互叠加大。所以线塔愈高不仅风速愈大，其激励状态也愈严重。

二、高压输电线路导线舞动机理：

研究导线舞动是建立在导线有覆冰及风激励条件下的。

1、舞动的激发模式

（1） 邓哈托舞动—横向激发模式

这种舞动主要由大风横向力作用于导线产生的，其舞动的激发过程是一种无需扭转振动参与的无扭舞动模型。因此采用任何旨在改变系统扭转长期特性的措施 （如安装失谐摆 ），对这种舞动将不会产生防舞效果。

（2） 尼戈尔舞动—扭振激发模式

这种舞动是由于分裂导线在大风和覆冰形成风翼的作用下，子导线不能自由扭转，从而受到扭转力矩的作用后，产生的扭转振动失稳形成的自激扭振。这时安装失谐摆将对舞动产生防舞效果。

（3） 惯性激发舞动模式

导线受到这种激发模式时，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，并逐渐积累能量，最后形成大幅度舞动。

2、导线舞动是一种低频大振幅振动

导线舞动实质上是一种低频大振幅振动，由以下3种振动组成：

（1）横向振动，包括垂直与水平两个方向的振动；

（2）导线绕两端固定点的摆动；

（3）导线绕自身轴线 （分裂导线则为分裂圆的中心线 ）的扭转振动。在上述振动中，以横向与扭转振动为主，它们之间存在惯性耦合与空气动力耦合关系，而常常由于这种耦合而诱发舞动。

3、输电导线的舞动模式

对于输电导线舞动模式问题 ，可以得出如下几点结论 ：

（1） 线路究竟会出现哪一种舞动模式，决定于该线路的参数与冰、风条件。由于这些条件中含有许多随机因素，如冰、风、雨量、气温等，所以同一条线路，今年可能出现这种舞动模式，而明年则可能出现另一种舞动模式。

（2） 邓哈托模式与尼戈尔模式只是在不同条件下形成的不同舞动模式而已，并非为某条线路所固有。它们在不同的条件下出现：当横向自激发条件首先达到，便出现邓哈托舞动；反之如首先达到了扭振自激条件，便会出现尼戈尔舞动。这里并不存在邓哈托与尼戈尔在舞动机理上的对立。它们两者又都是统一的。

（3） 在采用防舞装置时必须考虑到目前的各种防舞装置都不是万能的和一劳永逸的。例如失谐摆可以提高冰、风保护范围使得在这个范围内不会产生扭振自激舞动；而以增加导线单位质量的办法来提高导线产生邓哈托舞动的临界风速 Vd，并不能防止在风速 V

三、导线防舞动措施：

防舞措施是在不能影响舞动形成条件前提下，通过提高输电线路的电气和机械强度来增加抵抗导线舞动，使线路设备能在导线舞动时不被破坏并保持安全运行。从原理上抑舞措施可分为几类：

1、改变系统空气动力特性基于流体力学原理，通过改变导线的外形和空气动力特性，破坏舞动形成条件。这类措施有：①缠绕绕流线，利用某种特制绕流线缠绕导线，扰乱沿档气流，使导线覆冰时不易形成规则的翼形断面，减小升力系数，以破坏导线的起舞条件；②安装空气动力阻尼器，在档内不同位置安装空气动力阻尼器，使导线受风作用时的阻力垂直分量大于升力垂直分量，抑制舞动发生。

2、改变系统结构特性基于结构力学原理，可通过改变舞动系统的固有扭转振动或横向振动频率、质量分布和元件连接方式等动力学特性达到抑制舞动的目的。国内外常用的有：①安装扭转阻尼器、失谐摆、抑扭环等。这是基于扭转舞动原理，抑制舞动时的扭转运动或提高导线的扭振固有频率，使之不与横向振动频率产生谐振，抑制横向舞动；②安装压重防舞装置，这类装置包括档内集中安装防振锤、在间隔棒上加挂重锤等，这是基于导线垂直舞动原理，在导线上配置一定压重以增加导线质量，使压重部位产生局部稳定成为舞动节点，以降低舞动幅值；③安装线间间隔棒，间隔棒改变了系统的结构方式能抑制舞动，可防止脱冰跳跃引起的混线事故。

3、其它抑舞措施：①在档距两端安装吸收和消耗舞动能量的阻尼器，以提高导线舞动系统的自阻尼作用抑制舞动，②安装双摆防舞器，双摆防舞器与失谐摆在形式上相似，但在防舞机理与设计方法上有区别。

结论：

根据上述分析讨论，对通过舞动地区的送电线路工程可采取如下防舞措施：（1）杆塔定位时，应尽量避免出现超过500 m以上的大档距。提高发生舞动的冰风条件，尽量减少产生舞动的概率。（2）一般线路防舞优先采用矩形间隔棒，并在其上加装双摆防舞器或失谐摆。该项技术已在我国取得了一定的成功。（3）大跨越防舞推荐采用压重技术，在导线矩形间隔棒上加装失谐摆或在导线上加装集中防振锤。（4）提高线路设计的安全系数，从而达到提高线路抗舞动的能力。从提高机械强度角度来说，必须对舞动在导线上、杆塔上、绝缘子串金具上所引起的附加张力进行验算。

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