摘要：由于形成舞动的因素非常复杂，加之目前舞动的机理还没有完全明确。通常认为，形成舞动主要取决于三方面的因素，即导线覆冰，风激励，线路结构与参数三个因素。本文分析了这三种成因。根据国网公司规定，在舞动区内，输电线路走向与冬季主导风向夹角大于45度的区段，应按照防舞动设计。对于局部微气象、微地形可能引起舞动发生的极个别区段采用安装线夹回转式间隔棒予以防舞。
关键词：导线覆冰；风激励；线路结构与参数
引言
架空输电线路在运行过程中会因自然条件的作用而发生多种灾害事故，舞动就是其中危害较为严重的一种。舞动是不均匀覆冰导线在风的作用下产生的一种低频率（约0.1～3Hz）、大振幅（可达10m以上）的自激振动。舞动产生的危害是多方面的，轻者会发生闪络、跳闸，重者发生金具及绝缘子损坏，导线断股、断线，杆塔螺栓松动、脱落，甚至倒塔，导致重大电网事故。
1、舞动概述
由于电网建设的发展，以及灾害性气象条件的影响，我国架空输电舞动事故发生的频率和强度都明显增加，尤其是2000年后，我国几乎每年都发生较严重的舞动事故，损失较大。2008年初河南、湖北、江西、湖南等省出现的大规模舞动还呈现出舞动区域扩大、持续时间长等新特点。
舞动问题在本质上为非线性动力学问题，加之多种复杂的随机因素作用，彻底治理的难度很大，是架空输电线路机械力学领域公认的世界性难题。随着我国电网建设的发展，以及灾害性天气的频繁出现，近年来我国架空输电线路舞动事故发生的频率和强度明显增加，舞动已成为我国当前威胁线路安全的最主要因素之一。
由于形成舞动的因素非常复杂，加之目前舞动的机理还没有完全明确。通常认为，形成舞动主要取决于三方面的因素，即导线覆冰，风激励，线路结构与参数三个因素。
2、 覆冰因素分析
导线未覆冰而发生舞动的情况较为罕见，通常情况下舞动均是在导线覆冰情况下发生的，经典舞动理论认为导线覆冰是输电线路发生舞动的必要条件之一。覆冰多发生在风作用下的雨凇、霜淞及湿雪堆积于导线的气候条件下。雨凇地带的导线易发生舞动,不同的覆冰形式对于舞动有不同的影响。
2..1 覆冰形式
雾凇是由山区低层云含有的过冷水滴形成的。雾凇在温度极低、风速很小的情况下遇到导线时，几乎立即成冰，冻结在导线上。积冰呈白色，为晶状结构，密度通常小于0.6g/cm3，在导线上的附着力弱。由于覆冰层不厚，冰的密度不大，偏心情况也不严重，一般对导线不构成威胁。
霜凇是当温度在冰点上下，风比较大时形成的。其水滴冻结比较弱，而在导线上的附着力却很强，冰质透明，密度较高，在 0.6～0.9g/cm3之间变化，会对导线和杆塔构成威胁。
混合凇是由导线捕获空气中过冷却水滴并冻结而发展起来的一种覆冰形式，其结构为层状或板块形式，透明和不透明层交替出现。混合凇内部长期捕获有孤立的微小气泡，结构是密实的，不像雾凇以颗粒结构形式出现；混合凇粘结力相当强，密度在0.6～0.8g/cm3之间；当温度较低、风速较强，混合凇迅速增长，会影响导线和杆塔的安全。
雨凇多发生于冻雨期的低海拔地区，在温度接近冰点，风速较大时产生。冰质透明，在导线上的附着力极强。冰的密度也很高，在 0.9～0.92g/cm3 之间。在雨凇地区，由于冻雨的持续时间较长，可能形成较厚而坚实、不易脱落的覆冰层，成为发生导线舞动的重大威胁。实际的观测也表明，导致舞动的覆冰，多数是雨凇形式。在导线表面形成雨凇后，不论雨凇厚度如何，如果因为天气变化而转变为下雪或雾凇覆冰，导线覆冰将迅速增长，严重威胁导线的安全运行。
2. 2 导线覆冰的必要气象条件
1）具有足可冻结的气温，即0C以下的温度；
2）具有较高的湿度，即空气相对湿度一般在85%以上；
3）具有可使空气中水滴运动之风速，即大于1m/s的风速。
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一般来说，水滴直径大，过冷却程度小，周围气温较高，以致水滴潜热散发较慢时，导线容易形成雨凇；反之，水滴直径小，过冷却程度高，周围气温低，以致水滴潜热能迅速散失掉时，导线容易形成雾凇。导线覆冰最快时的风速为3～6m/s，如果风速小于3m/s，导线覆冰速度与风速成正比；如风速大于6m/s，则导线覆冰速度与风速成反比。在覆冰过程中，风对导线覆冰形状起着重要作用，它将大量过冷却水滴源源不断地输向线路，与导线相碰撞，被导线捕获而加速覆冰。当具备了形成覆冰的温度和湿度条件后，除了风速的大小对覆冰有影响外，风向也是决定导线覆冰轻重的重要参数之一，风向与导线平行，或当与导线之间的夹角小于45或大于150时，覆冰较轻；风向与线路垂直或风与导线之间的夹角大于45或小于150时，覆冰较重。导线覆冰的轻重还取决于山脉走向、坡向与分水岭、风口、江湖水体等因素。东西走向山脉的迎风坡在冬季覆冰较背风坡严重；分水岭、风口处线路覆冰较其他地形严重；江湖水体对导线覆冰影响也十分明显，水汽充足时，导线覆冰严重，附近无水源时，导线覆冰较轻；一般海拔高程愈高，愈容易覆冰，覆冰也越厚，且多为雾凇，海拔高程较低处，多为雨凇或混合凇。
2. 3 冰形状
不均匀覆冰是造成舞动的主要原因，因此，了解不同的覆冰形状对研究舞动很有必要。
在气温低(-8～-11℃)，雨量较少的情况下，由于细小水滴与导线表面一触即凝，易形成典型的新月形覆冰；而当气温较高，雨量较大时，水滴到达导线表面时达不到一触即凝，此时，如风速较低，则形成典型的扇形覆冰；若风速较高，则在水滴未凝结之前，被风排挤而形成近似D形的覆冰，且其下垂部分将继续生长成冰凌，这几种冰形都极易发生舞动。
3、 风激励因素
风激励是导线舞动的直接原因，一段线路舞动的大小与状态，主要决定于风向对导线轴线的夹角。当夹角为90°时，对舞动的影响最大，反之，当夹角为零，即风向平行于导线轴线时，引起舞动的可能性最小；另一方面，导线舞动多产生于平原开阔地带；同时不同的风速会决定不同的覆冰形式，进而影响空气动力状态。而且风的方向与线路走向的夹角不同也会产生不同的运动状态。根据目前的统计资料，在我国范围内，发生舞动的风速集中在 5m/s～10m/s 之间，约占所有舞动情况中的50%，而在 30m/s 以上的风速下几乎没有舞动记录。
4、 线路参数
线路参数是舞动发生的内在因素。大截面、多分裂导线扭转刚度大，容易产生偏心覆冰，因此大截面导线比常规截面的导线容易产生舞动；分裂导线比单导线容易产生舞动。同时导线运行张力、档距大小等对舞动也有一定的影响。
4.1 导线类型的影响
分裂导线比单导线更容易产生舞动，这是由于间隔棒的影响，分裂导线的扭转刚度要比单导线大的多，而在发生覆冰时，由于偏心覆冰重力的影响，单导线会发生扭转，这样覆冰比较均匀，更接近圆形，而分裂导线因为扭转刚度大不易扭转，这就导致覆冰情况更加严重，必然会更容易导致舞动的产生。
4.2 导线特性的影响
统计资料表明，大截面导线比小截面导线易于舞动，这是因为大截面导线扭转刚度大，在偏心覆冰后难以产生自身扭转，使得偏心覆冰严重，因此大截面导线产生舞动的可能性比小截面导线大。另一方面，导线表面越粗糙，越易结冰，导线覆冰就越严重，发生舞动的可能性就越大。
4.3 导线张力的影响
导线张力越大，弧垂就越小，发生舞动和相间碰线的可能性就越小，但张力过大，可能会导致导线微风振动增强。
4.4 档距结构影响
档距越大，导线吸收的能量就越大，舞动的幅度就越大，应在易舞区尽量减小档距。
5、 结语
由于形成舞动的因素非常复杂，加之目前舞动的机理还没有完全明确。通常认为，形成舞动主要取决于三方面的因素，即导线覆冰，风激励，线路结构与参数三个因素。本文分析了这三种成因。根据国网公司规定，在舞动区内，输电线路走向与冬季主导风向夹角大于45度的区段，应按照防舞动设计。对于局部微气象、微地形可能引起舞动发生的极个别区段采用安装线夹回转式间隔棒予以防舞。
论文作者:马冬波
论文发表刊物:《电力设备》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/8
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