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摘要：架空输电线的覆冰灾害是一个国际上普遍关心的问题。随着超高压、特高压线路的建设，对输电线的防雪灾、冰灾提出了更高的要求，因此有必要借鉴超高压电网的运行经验，对输电线覆冰舞动的静态力学特性进行深入的研究。
关键词：超高压 输电线路 覆冰舞动 静态特性
0.引言
伴随着我国经济的连续高速增长，能源问题日益突出，成为制约经济持续稳定发展的瓶颈。鉴于我国能源分布和生产力发展都极不平衡，国家电网公司已建成 500kV 或 330kV 的骨干网架，形成了东北、华北、华东、华中、西北、西南、华南等七个跨省区域性电力系统，实现了省际互联。为了能在更大范围内优化配置电力资源，实现资源的高效利用，现又规划建设直流±800kV 和交流 1000kV的特高压电网。输电线系统是重要的生命线工程，一旦遭到破坏会产生供电系统瘫痪的严重后果，不仅会带来巨大的经济损失，还可能引发火灾等一系列次生灾害。输电线覆冰是破坏输电网的一个重要原因。导线覆冰后，一方面增加了输电线的负荷，增大了导线的张力和线路的不平衡力，容易造成断股、断线甚至倒杆、倒塔等事故。另一方面，由于覆冰使导线原有的截面形式被改变，在风的激励下容易出现空气动力失稳，从而引发破坏性极强的舞动；此外，不平衡脱冰跳跃也易引发线路的振荡，可能造成导地线短路。
输电线路的覆冰问题涉及面广，包括力学、电气学、空气动力学、气象学等多个方面。而由于输电塔线系统的强非线性、高柔性以及塔、线之间的耦联性，又使其在覆冰作用下的静力和动力响应非常复杂。正是由于问题高度复杂，并且在实验室很难模拟自然界的实际覆冰环境，使得对覆冰问题的研究不管在理论方面还是在实验方面都进展缓慢。因此，总结现有超高压输电线路的运行经验，研究超高压分裂导线在实际运行中的覆冰灾害的特点和规律，并根据其特点和规律提出降低分裂导线覆冰事故的技术措施和方法则可使特高压输电系统具有足够的安全性和可靠度，具有重要的工程应用价值和社会经济效益。
1.覆冰舞动形成及影响因素
导线舞动是一种复杂的流固耦合振动，其产生原因很多。总的来说，导线覆冰、风激励和线路结构与参数是产生舞动的主要因素。
（1）导线覆冰。据观测资料，舞动多发生在覆冰厚度为 2~50mm 的覆冰雪导线。而导线上要形成覆冰，必须同时具备以下三个条件：1）空气湿度较大，一般在 85%以上；2）温度较低，一般为 0~-5℃，温度过高或者过低都不利于导线覆冰；3）具有可使空气中水滴运动的风速，一般需大于 1m/s。
覆冰导线的截面形状对舞动的形成和发展具有决定性影响。因为实际的气象条件和环境因素十分复杂，覆冰形式多种多样。一般，刚度小的导线，会形成近似圆形的覆冰形状；而刚度大的导线会形成扇形、翼形、D 形等不对称覆冰形状。经试验证明，与对称截面相比，不对称截面的覆冰更易引起导线的气动力失稳，在风的激励下容易造成导线的低频大幅舞动。
（2）风激励。除覆冰外，导线要形成舞动，还必须有稳定的层流风作用于导线。而山谷风口或是四周无屏蔽物的开阔地带（如江河湖泊、平地等）都是易出现稳定层流风的地带，故而这些地带也是舞动多发区。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆研究表明，若导线覆冰不均匀，且出现风速为 4~20m/s、主导风向与导线走向夹角超过 45°的层流风时，导线易产生舞动，并且该夹角越接近 90°，舞动出现的可能性也就越大。
（3）线路结构与参数。覆冰和风的激励可视为引起导线舞动的外因，而线路本身的结构和参数是引起导线舞动的内因。不合理的线路结构与参数更易引发线路舞动。这些线路结构与参数包括：导线的类型（分裂导线或单导线）、线路档距和导线的横截面积等。
2.防舞技术措施
导线的舞动是对输电线路安全运行的重大威胁，通过现场经验与理论研究相结合，由定性向定量逐步深化的办法，国内外研究者已经摸索出了一些行之有效的防舞措施。这些防舞措施可归纳为避舞、抗舞和抑舞三种。一般优先采用避舞、抗舞措施，在这两种措施无法实施或是实施后防舞效果不理想的情况下，才采用抑舞措施。但从实际应用资料可知，迄今还很少有适用于全球各种气象、地形地貌和线路结构的防舞技术和方法。因而防舞装置在结构设计、参数选择以及沿线布置各方面都还有待于进行深入研究。
2.1避舞措施
避舞措施就是在输电线路设计时，通过对气象条件和地形、地貌的调查研究，选择适合线路路径、走向以避开舞动的一种措施。在选择线路路径时，应尽可能避开导线易覆冰且风大而平稳的气象区域，比如雨凇、湿雪频繁、冬季多风地区以及峡谷、宽阔江河、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，应尽量使线路走向与冬季主导风向相平行。
2.2抗舞措施
抗舞措施是指通过提高线路的机械强度和电气强度来确保线路设备在舞动下不被破坏并能继续安全运行的一种措施。增强线路的电气强度是指在导线舞动时，保证足够的电气间隙以防止各相导线间以及相线、地线间发生短路。增强线路设备的机械强度是指提高杆塔、金具、导线等设备的抗舞动性能，使其在导线舞动时不被破坏。可采取的措施有：提高杆塔塔身、增强横担的刚度，安装抗舞悬垂线夹，给导线安装护线条等等。
2.3抑舞措施
抑舞措施是指在舞动严重的线路上，通过加装各种防舞装置，达到破坏舞动形成条件、抑制舞动幅度的目的，从而消除舞动可能带来的危害，保证输电线路的安全运行。
2.4防舞装置
（1）通过改变导线特性来达到抑舞目的的，如失谐摆、集中防振锤、整体式偏心重锤、分散式偏心重锤、双摆防舞器、抑制扭振型防舞器等。多数防舞器属于这一类。
（2）通过提高导线系统的自阻尼来达到抑舞目的的，如自阻尼导线。自阻尼导线的钢芯和扇形截面的铝丝以及铝丝与铝丝之间都有一些小间隙，当导线发生振动时，间隙处的钢芯与铝丝之间通过摩擦和碰撞消耗系统的能量，减弱导线振动。
（3）通过提高风动阻力来起到抑舞作用的，如空气动力阻尼器。通过将空气动力阻尼器安装在档内的不同位置，使导线受风作用时垂直方向上的阻力大于升力，从而抑制舞动的发生。
（4）通过扰乱沿档气流而起到抑舞作用的，如扰流防舞器。扰流防舞器利用某种特制的线缠绕在导线上，使得正常情况和覆冰后，扰流线与导线的合成体的各个截面形状都互不相同。由此使得各个截面上的空气动力相互干扰、抵消，从而抑制了舞动。
结束语：
综上所述，输电线覆冰对电网的安全可靠运行造成了极大的危害。由于受地理、气候的影响，电线覆冰具有多样性、局部性、复杂性的特征。现运维线路局部地区海拔高、地理环境、气候条件恶劣，但超高压输电线路输送容量大，重要程度较高，因而总结高海拔、重冰区超高压输电线路的覆冰特性及维护、改造经验，具有很大的现实意义。
参考文献：
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【2】舞动研究现状及发展趋势[J].张忠河,王藏柱.电力情报.1998(04).
【3】覆冰过载情况下电线的允许比载和冰厚计算[J].唐春林.华东交通大学学报.2006(01).
论文作者:陈功,李路,白健
论文发表刊物:《防护工程》2017年第26期
论文发表时间:2018/1/19
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