送电线路导线舞动分析

送电线路导线舞动分析

邹圣星1席晓强2

苏州供电公司江苏苏州215000

摘要：送电线路发生导线舞动时将直接引发相间短路等一系列故障，可能会造成导线烧损、杆塔扭曲、线路跳闸，甚至是上级电网的全部停电，给电网、社会造成难以估量的损失和影响。本文从导线覆冰舞动引发的电网事故对电网、社会所造成的影响入手，分别介绍了送电线路导线舞动的概念、产生的条件、特点、危害，最后提出了当前电网中常见的、比较成熟的防舞动措施，以供参考。

关键词：送电线路；导线舞动；覆冰

前言：输电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。导线舞动不仅会引起杆塔、导线、金具及部件的损害，还会造成线路频繁跳闸与停电，因此对输电线路的安全运行危害很大。从20世纪30年代开始，一些舞动发生频繁、危害严重的国家，如加拿大、日本、前苏联、美国等。就投入了大量的人力、物力、财力，借助风洞、舞动实验线路及实际运行线路，并结合理论分析，对其进行了广泛的研究。因此，积极探索、开发、研究及应用导线的防舞动措施，尽量避免导线舞动的发生，具有重要的现实意义。

1导线舞动的特点

（1）依靠导线、风相互耦合而维持的稳态周期运动。风的激励作为能量的外界补充，在一段时间内，风速、风向等是基本稳定的，因此能源是相对恒定的，导线系统以自己的运动状态作为调节器，以控制能量的输入。当输入的能量与耗散的能量达到平衡时，系统维持等幅振动。（2）舞动的频率和振幅均由系统的物理参数确定，与初始条件无关。即舞动频率和振幅取决于导线系统的固有参数及覆冰情况。（3）由于舞动是非线性自激振动，其稳定性取决于能量的输入与耗散的相互关系。在起始阶段，输入的能量大于耗散的能量，系统失稳并产生振动，多余的能量将会使系统的振幅不断增大，但由于系统的非线性，振幅并不会无限增大，最终会趋于一个极限值，而舞动时导线张力的变化与舞动振幅直接相关，振幅趋于稳定，导线张力的变化也会趋于与之相对应的极限值。

2导线舞动的原因

2.1力学因素

导线迎风表面覆冰增加，改变了导线的外形，从而在风力的作用下，产生了升力和扭矩，有一定柔性的导线便像拉皮筋一样产生了越来越大的舞动，导线的整体运动会造成扭转更强烈的情况。

2.2覆冰

线路覆冰是舞动的必要条件之一。覆冰多发生在风作用下的雨凇及湿雪堆积于导线的气候条件下。导线覆冰与降水形成及降水量有直接关系，而又与温度的变化密切相关，常发生在先雨后雪，气温骤降（有零上降至零下）情况下，且导线覆冰不均匀，形成所谓的新月形、扇形、D形等不规则形状，冰厚从几毫米到几十毫米（最后可达50mm），此时，导线便有了比较好的空气动力性能，在风的激励下会诱发舞动。

2.3风的激励

舞动离不开风的激励。冬季及初春季节里，冷暖气流的交汇易引起较强的风力。在地势平坦、开阔及风口地区的输电线路，当导线覆冰、风速为4～20m/s，风向与线路走向的夹角不小于45°，导线已发生舞动。

2.4线路结构及参数条件

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，在相同环境、气象条件下，分裂导线要比单导线易产生舞动。随着用电需求的增长、电网建设力度的增强，我国电网建设已明显呈现多分裂、大面积的发展趋势，进而加剧了舞动的可能性。

2.5地形与地势的影响

根据国内外统计资料显示，导线舞动多发生在平原开阔地区。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讲，都更有利于舞动的形成。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荷载，将会有一定程度上的相互抵消，而不及同一方向的气流所造成的空气动力荷载相互叠加塔。所以，线塔越高，不仅风速愈大，其机理状态也愈严重。

3抑制导线舞动的措施

3.1安装防振锤

安装防振锤的目的是增加导线的重量、抵消覆冰导线所承受的上升风力、防止导线张力和导线重力的交替作用所产生的振荡。其优点是取材方便、安装简单，在风力较小的情况下对抑制导线振荡具有明显的效果。

3.2加装相间间隔棒

为了确保三相导线的间距，加装相间间隔棒要把握住几个关键点，其常规做法是：在档距1/2处的上线与中线之间、1/3和2/3处的中线与下线之间分别安装一个复合绝缘材料制成的相间间隔棒。这种方法的实践效果十分理想，它不但能够有效地改变导线的振荡动方式、保证导线的间距，也能对相联导线的舞动起到制约和削弱的作用。

3.3优化设计路径

实践证明：线路与风向的夹角越大导线舞动的概率就越高，因此在今后的送电线路建设中，要尽量减少东西走向的路径，避开山口、水库以及大山的背光侧，尽量使线路与风向的夹角不超过45°，进而有效地抑制送电线路导线舞动。

3.4提高横风线路的设计标准

在线路的设计阶段就应当充分考虑抑制导线舞动的各种措施，我国送电线路的杆塔结构设计是采用欧美通行的以概率理论为基础的极限状态设计法，设计采用的气象条件是根据沿线的气象资料和运行经验确定的。根据国家有关技术规程规定，500kV输电线路以30年为重现期（即所谓的30年一遇），220kV和66kV输电线路以15年为重现期。目前，吉林地区66kV至220kV送电线路大多是按表1所示的气象条件进行设计的。无论如何优化设计路径都不可能完全避免横风线路（走向与主要季风风向接近垂直的线路）的出现。应在历史气象数据的基础上适当提高横风线路的设计与建设标准，同时还应确保相邻耐张杆塔两侧的直线杆塔的垂直档距要大于平均档距。

3.5在横风线路上增设防风拉线

实践证明，舞动的剧烈程度跟线路的档距有着直接的关系，线路档距越大舞动就越强烈，所造成的损失就越大，所以有必要尽量减小横风线路的档距。对于运行中的水泥杆线路（特别是横风的水泥杆线路）还要尽量增设防风拉线，这种做法对防倒杆具有比较明显的作用。

3.6改变重点区段的线路架设方式

根据运行经验和现场实际的地形、气候等条件，在特殊区段将本来应当同杆塔并架的线路改为分别架设线路。

3.7选用防舞动导线

现在有的地方在特殊耐张段内选用防舞动导线，效果也不错。它是由两根完全相同的导线相互扭绞在一起，从而在导线的表面形成一种断面，使导线的迎风面各有不同，进而扰乱了风在导线上的作用力，通过以乱治乱，实现防舞动。

结束语：

总而言之，导线舞动目前还是一个尚待急需解决的难题，而且其危害又特别严重，仍需进一步探索。作为电力工作者更应当加快对新技术、新材料、新措施的开发与研究，注重现场观测、广泛积累经验，因地制宜地采取符合本地区实际的防舞动措施，以确保送电线路的安全、可靠运行。

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