輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)的原因與防護(hù)措施-毛瑞旭

輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)的原因與防護(hù)措施毛瑞旭摘要：隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，輸電線路電壓等級(jí)和容量增加，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，近年來，隨著氣候變化，舞動(dòng)的架空線呈明顯上升趨勢，也不利于整個(gè)電力系統(tǒng)規(guī)模發(fā)展。這些年，通過研究國內(nèi)外專家學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，防舞技術(shù)應(yīng)用對防舞具有十分重要意義。

關(guān)鍵詞：架空輸電線路；導(dǎo)線舞動(dòng)；防治措施

一、導(dǎo)線舞動(dòng)的特點(diǎn)

舞動(dòng)是覆冰導(dǎo)線在相對穩(wěn)定的風(fēng)的激勵(lì)下產(chǎn)生的流體（風(fēng)）與固體（導(dǎo)線系統(tǒng)）的耦合振動(dòng)，是非線性的自激振動(dòng)。其特點(diǎn)為：一是依靠導(dǎo)線、風(fēng)相互耦合而維持的穩(wěn)態(tài)周期運(yùn)動(dòng)。風(fēng)的激勵(lì)做為能量的外界補(bǔ)充，在一段時(shí)間內(nèi)，風(fēng)速、風(fēng)向等是基本穩(wěn)定的，因此能量是相對恒定的，導(dǎo)線系統(tǒng)以自己的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)做為調(diào)節(jié)器，以控制能量的輸入。當(dāng)輸入的能量與耗散的能量達(dá)到平衡時(shí)，系統(tǒng)維持等幅振動(dòng)；二是舞動(dòng)的頻率和振幅均由系統(tǒng)的物理參數(shù)確定，與初始條件無關(guān)。即舞動(dòng)頻率和振幅取決于導(dǎo)線系統(tǒng)的固有參數(shù)及覆冰情況；三是由于舞動(dòng)是非線性自激振動(dòng)，其穩(wěn)定性取決于能量的輸入與耗散的相互關(guān)系。在起始階段，輸入的能量大于耗散的能量，系統(tǒng)失穩(wěn)并產(chǎn)生振動(dòng)，多余的能量將會(huì)使系統(tǒng)的振幅不斷增大，但由于系統(tǒng)的非線性，振幅并不會(huì)無限增大，最終會(huì)趨于一個(gè)極限值，而舞動(dòng)時(shí)導(dǎo)線張力的變化與舞動(dòng)振幅直接相關(guān)，振幅趨于穩(wěn)定，導(dǎo)線張力的變化也會(huì)趨于與之相對應(yīng)的極限值。

二、輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)的機(jī)制與原因

2.1輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)的機(jī)制

在輸電線路中，當(dāng)導(dǎo)線受到橫向速度風(fēng)載荷作用時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向上下加速度運(yùn)動(dòng)，就會(huì)使導(dǎo)線受到一個(gè)空氣動(dòng)力力矩的作用從而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。當(dāng)扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的頻率與其垂直運(yùn)動(dòng)的頻率同步時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)線舞動(dòng)。由于目前對舞動(dòng)的機(jī)理尚不完全明確，防止舞動(dòng)的措施也還不夠完備，但是從舞動(dòng)的重復(fù)性可知，輸電線的舞動(dòng)顯現(xiàn)是由規(guī)律可循的。并且由于架空輸電線路桿塔是一種大跨度高聳結(jié)構(gòu)、導(dǎo)線剛度較柔、自振周期大，對風(fēng)載荷的激勵(lì)十分敏感。在一些外在因素的作用下，輸電線路的舞動(dòng)幅度大，因此容易引起相間閃絡(luò)，造成線路跳閘停電，而這種情況下的故障會(huì)給電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來較大的危害。

2.2輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)的原因

2.2.1線路結(jié)構(gòu)及參數(shù)

線路結(jié)構(gòu)和參數(shù)是形成舞動(dòng)的因素之一。從國內(nèi)外的統(tǒng)計(jì)資料來看，在相同的環(huán)境、氣象條件下，分裂導(dǎo)線要比單導(dǎo)線容易產(chǎn)生舞動(dòng)，并且大截面的導(dǎo)線要比常規(guī)截面的導(dǎo)線容易產(chǎn)生舞動(dòng)。這主要是因?yàn)槎喾至?、大截面的?dǎo)線扭轉(zhuǎn)剛度大，易形成不均勻覆冰。

2.2.2導(dǎo)線覆冰

導(dǎo)線舞動(dòng)常發(fā)生在冬季，大多數(shù)觀察到舞動(dòng)發(fā)生的線路上都有覆冰，且多為非對稱覆冰，即迎風(fēng)側(cè)厚，背風(fēng)側(cè)薄。發(fā)生舞動(dòng)時(shí)以中等覆冰居多，但也有不少薄冰舞動(dòng)的案例，甚至還曾經(jīng)觀測到無覆冰而發(fā)生舞動(dòng)，但這種情況極少見，因此一般認(rèn)為線路覆冰是舞動(dòng)的必要條件之一。線路覆冰主要受氣候因素影響，多發(fā)生在雨淞、霜淞、濕雪以及凍雨或雨夾雪的情況下。

2.2.3風(fēng)激勵(lì)

穩(wěn)定的風(fēng)速激勵(lì)是線路舞動(dòng)的必要條件。風(fēng)速一般為4～20m/s，風(fēng)向與線路走向夾角越接近90°，線路舞動(dòng)發(fā)生的可能性就越大。因此，容易形成較持久風(fēng)速的開闊平原或者山谷，最易發(fā)生線路舞動(dòng)災(zāi)害。

三、輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)的力學(xué)分析

架空導(dǎo)線振動(dòng)模態(tài)可分為面外和面內(nèi)振動(dòng)，面內(nèi)振動(dòng)模態(tài)又分為對稱和反對稱模態(tài)。與架空導(dǎo)線的初始構(gòu)形類似，其動(dòng)力特性的分析有解析法和有限元法兩種。

3.1動(dòng)力特性的解析法

解析法是根據(jù)達(dá)朗貝爾原理建立懸索的自由振動(dòng)方程進(jìn)行求解的方法。架空導(dǎo)線的垂跨比一般小于1/8，并且主要關(guān)心面內(nèi)豎向振動(dòng)和面外振動(dòng)，可以忽略縱線向的振動(dòng)。

3.2動(dòng)力特性的有限元法

解析法計(jì)算動(dòng)力特性只適用于兩端鉸接的單檔導(dǎo)線受到豎向均布荷載的情況，對于實(shí)際工程中多種荷載和復(fù)雜邊界條件下的多檔輸電線的動(dòng)力特性問題，需要利用有限元方法進(jìn)行計(jì)算。

研究認(rèn)為，在一定的風(fēng)速和攻角條件下，就會(huì)發(fā)揮舞動(dòng)。由于可見，架空導(dǎo)線是否舞動(dòng)與覆冰導(dǎo)線截面的氣動(dòng)力特性有關(guān)。

四、輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)防治技術(shù)

根據(jù)不同的分類方式，可以分為避舞措施、抑制措施以及抵抗措施等三種。一般應(yīng)該選擇避舞措施，如果這種方法沒有辦法順利的實(shí)行，就可以采用其他的方式。

4.1避舞措施

避舞措施主要是指利用地形、地貌以及氣象等不同方式去調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)規(guī)避的方式。在整個(gè)舞動(dòng)的過程中還會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)線覆冰、風(fēng)大平穩(wěn)等區(qū)域，從而在選擇路徑的過程中，要避開一些冬季多風(fēng)、溫暖潮濕等天氣，這樣才能夠提高輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)的質(zhì)量和水平。

4.2抵抗措施

抵抗措施又可以稱之為抗舞措施，主要是指在沒有破壞導(dǎo)線舞動(dòng)的前提下，確保整個(gè)舞動(dòng)設(shè)備能夠安全平穩(wěn)運(yùn)行的一種方式和方法，在這個(gè)過程中要注意增強(qiáng)線路設(shè)備的強(qiáng)度，提高線路設(shè)備的性能，防止出現(xiàn)一些導(dǎo)線、地線發(fā)生短路等情況。

4.3抑制措施

抑制措施又可以稱之為抑舞措施，主要是指在這個(gè)基礎(chǔ)上增加防護(hù)裝置，從而減少其出現(xiàn)形式上的破壞，提高舞動(dòng)的浮動(dòng)和頻率，確保其安全平穩(wěn)的運(yùn)行。其中又可以分為以下幾個(gè)不同類型：首先是纏繞流線。這主要是指利用繞線能夠阻擋空氣和氣流，從而使其形成一系列不規(guī)則的斷面，降低整個(gè)升力的系數(shù)，從而破壞了整個(gè)舞動(dòng)的條件。其次是空氣安裝器。根據(jù)不同的空氣安裝阻力，能夠?qū)⑹茱L(fēng)的作用分為不同的類型，這樣能夠防止舞動(dòng)的發(fā)生。最后是更改了機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)。這主要是根據(jù)原來來劃分的，通過結(jié)合其中風(fēng)力作用、阻力作用等相結(jié)合，從而增加垂直分量，防止出現(xiàn)舞動(dòng)情況。

4.4其他的抑舞措施

就目前而言，除了上述幾種防治輸電線路導(dǎo)線抑舞措施之外，還可以通過檔距兩端安裝阻尼器，從而提高整個(gè)導(dǎo)線舞動(dòng)的質(zhì)量和水平，防止其受到抑制作用。與此同時(shí)，在安裝雙擺防舞的過程中，通過優(yōu)化導(dǎo)線系統(tǒng)的效果，進(jìn)行雙擺動(dòng)形式上的改變和提高。通過這種安裝輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)設(shè)備提高整個(gè)導(dǎo)線舞動(dòng)的質(zhì)量和水平，但是這種方法的防舞效果并不理想，因此很少在實(shí)際防治的過程中運(yùn)用。

4.5提高相關(guān)人員素質(zhì)

在整個(gè)輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)防治的過程中，一方面，要提高相關(guān)工作人員的自身素質(zhì)和整體素質(zhì)，努力學(xué)習(xí)先進(jìn)的文化知識(shí)，真正做到與時(shí)俱進(jìn)、開拓創(chuàng)新，在實(shí)踐的基礎(chǔ)上創(chuàng)新，在創(chuàng)新的基礎(chǔ)上實(shí)踐。另一方面，相關(guān)單位還可以組織

相關(guān)人員進(jìn)行學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，努力提高其維修能力，樹立工作人員的責(zé)任意識(shí)和使命感，增強(qiáng)其工作的積極性和主動(dòng)性，只有這樣才能做好輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)工作質(zhì)量和水平。

五、結(jié)論

我國幅員遼闊，地理及氣象條件復(fù)雜多變，很多地區(qū)電網(wǎng)在冬季易遭受線路覆冰和大風(fēng)影響，導(dǎo)致舞動(dòng)災(zāi)害。輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)是輸電技術(shù)領(lǐng)域一個(gè)危害較大，防范比較困難的問題之一，是威脅輸電線路安全運(yùn)行的重要因素，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)倒塔事故，造成大面積停電，影響電力系統(tǒng)供電可靠性。

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作者簡介：

毛瑞旭（1990.10.14）性別：男；籍貫：遼寧省朝陽市；民族：漢；學(xué)歷：本科、學(xué)士；職稱：助