摘要：基于大量文献分析总结了输电导线舞动的形成因素、舞动机理、防舞措施及舞动试验研究方法。结果表明：导线的舞动主要取决于覆冰、风激励、线路结构和参数；Hartog垂直及Nigol扭转舞动机理目前应用较广泛但不能解释各种类型的舞动现象；采取避舞、抗舞和抑舞措施可有效防止舞动危害。
关键词：输电线路；舞动；现状；探讨
引言
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。其振动频率通常为0.1~3Hz，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。
1导线舞动形成因素
1.1导线覆冰的影响
舞动多发生在覆冰雪导线上，覆冰厚度一般为2。5~48mm[10]。导线上形成覆冰须具备3个条件：①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℃，温度过高或过低均不利于导线覆冰；③可使空气中水滴运动的风速一般>1m/s。
1.2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。
1.3线路结构与参数的影响
就舞动发生的机理，不合理的线路结构参数组合易引线路舞动。统计资料表明，分裂导线比单导线容易舞动。单导线覆冰时，由于扭转刚度小，在偏心覆冰作用下导线易发生很大扭转，使覆冰接近圆形；而分裂导线覆冰时，由于间隔棒的作用，每根子导线的相对扭转刚度比单导线大得多，在偏心覆冰作用下，导线的扭转极其微小，不能阻止导线覆冰的不对称性，导线覆冰易形成翼形断面。因此，对于分裂导线，由风激励产生的升力和扭矩远大于单导线。对于500kV超高压输电线路，多采用四分裂导线甚至多分裂导线较易发生舞动，统计资料表明，导线舞动在我国的大部分500kV输电线路中均发生过，由舞动引起的事故占500kV输电线路事故总数的23。5%。
大截面导线比小截面易舞动。大截面导线的相对扭转刚度比小截面大，在偏心覆冰作用下扭转角要小，导线覆冰更易形成翼形断面，在风激励作用下，产生的升力和扭矩要大些。
关于档距大小与舞动间的关系，目前存在2种观点：一认为，短档距的扭振和横向固有频率比长档距高，不易在低频带发生耦合谐振，可通过缩短档距来防止舞动；另一认为，同样的导线其短档距的相对扭转刚度比长档距大，迎风面覆冰时扭转角小，更易形成翼形覆冰，在相同风激励作用下，升力、扭矩要大些，更易于舞动。从导线舞动档距分布统计表看，档距大小与舞动尚无明确关系。
导线舞动与线路运行电压等级无明显关系，不论电压高低，只要外部气象条件和导线的力学参数相适应就会发生舞动。据报道，上世纪1982~1985年间前苏联共发生避雷线舞动9条•次。实际舞动中个别电压等级的线路舞动条数较多，这可能与舞动区已有各种电压等级的线路条数有关。
2导线舞动机理研究
2.1 Den Hartog垂直舞动理论
Den Hartog垂直舞动理论认为，当风吹向覆冰所致非圆截面时会产生升、阻力，只有当升力曲线斜率的负值大于阻力时，导线截面动力不稳定，舞动才能发展。Den Hartog理论的数学描述为
，式中，CL、CD分别为导线气动升力和阻力系数；α为偏心覆冰导线迎风攻角。
Den Hartog垂直舞动理论仅考虑了偏心覆冰导线在风激励下的空气动力特性，忽略了导线扭转的影响。试验表明，导线舞动也会发生在升力曲线正、负斜率区域，这种现象不能用该理论解释。
2.2 O.Nigol扭转舞动理论
O.Nigol扭转舞动理论认为，舞动是由导线自激扭转引起。当覆冰导线的空气动力扭转阻尼为负且大于导线的固有扭转阻尼时，扭转运动成为自激振动，其振动频率由覆冰导线的等效扭转刚度和极惯性质量矩决定；当扭转振动频率接近垂直或水平振动频率时，横向运动受耦合力的激励产生一交变力，在此力作用下导线发生大幅度的舞动。该理论的数学描述为
，式中，θk和θk分别为导线第k阶扭转振动的振幅和角频率；v为与线路走向垂直的水平风速；α0为偏心覆冰导线初迎风攻角。
O.Nigol扭转舞动理论考虑了偏心覆冰导线在风激励下的空气动力特性及导线扭转的影响，这是对舞动理论的重要补充和发展。但该理论不能解决薄、无覆冰舞动等现象。
3防舞理论及其措施
根据不同的线路防舞途径，可将线路防舞措施归纳为避、抗和抑舞3种。一般应优先采用避、抗舞措施，无法实施或效果不佳时可采用抑舞措施。
3.1避舞措施
避舞措施通过调查研究地形、地貌和气象条件，以选择适当的线路路径、走向来避舞防舞。舞动易发生在导线易覆冰、风大而平稳的气象区域，在选择线路路径时，应考虑尽可能避开雨淞、湿雪频繁、冬季多风以及宽阔江河、峡谷、迎风山坡和山脊等微地形易舞动地区。此外，在选择线路走向时，应尽量使之平行于冬季主导风向。
3.2抗舞措施
抗舞措施是在不破坏舞动条件前提下，通过提高线路的电气和机械强度来抵抗导线舞动，使线路设备能在导线舞动时不被破坏并保持安全运行。
3.3抑舞措施
抑舞措施是在舞动严重的线路上加装防舞装置，以破坏舞动形成的条件，抑制舞动的幅度，消除舞动可能造成的危害，保证线路安全运行。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Den Hartog舞动的起舞条件；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O.Nigol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Den Hartog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。
4结束语
20世纪30年代以来，输电线路舞动事故较多的美、加、苏、英、日等国相继投入了巨大的人力与物力，从舞动机理、防舞措施及相关理论方面进行了研究，在导线舞动领域取得了大量成果。我国有关舞动的记载始于20世纪50年代，由于受地形、微气象条件等因素的影响，输电导线舞动事故屡有发生，各设计、科研及运行单位投入了相当多的精力和资金观测导线舞动，研究了导线舞动机理和防舞措施，取得了卓有成效的成果。本文对国内外输电线路导线舞动的研究现状进行了深入探讨，希望为我国输电线路舞动研究提供参考。
参考文献
[1]王少华,蒋兴良,孙才新.输电线路导线舞动的国内外研究现状[J].高电压技术,2005,31(10).
论文作者:王军
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/19
标签：导线论文; 线路论文; 升力论文; 措施论文; 理论论文; 偏心论文; 截面论文; 《基层建设》2019年第12期论文;