摘要：输电导线的覆冰舞动对于输电线路的安全运行影响极大，受到了人们的广泛关注。基于此，本文分析了输电导线覆冰舞动的机理，阐述了改变输电导线的外形及空气动力特性、改变舞动系统的结构等一系列输电导线覆冰舞动的防治措施。
关键词：输电导线；覆冰舞动；防舞措施
引言：输电导线的冰害之一就是覆冰舞动。输电导线覆冰后，会形成非圆形的截面，在大风环境中会产生大幅的、低频的振动。这种长时间的覆冰舞动会使得输电线路中的杆塔、金具、导线以及绝缘子都受到一定程度的一下异常冲击，造成疲劳性损伤，降低了输电线路的运行安全性。在这样的情况下，对输电导线的覆冰舞动进行防治成为了相关人员的工作重点。
一、输电导线覆冰舞动的机理
（一）垂直舞动理论
垂直舞动理论是由Den Hartog提出的，他认为，在风力的作用下，覆冰导线会产生自激振动。当风吹过覆冰导线的非圆形截面时，会产生升力和阻力。当升力曲线的斜率的负值大于阻力时，输电导线的截面动力会不稳定导致舞动的产生。
Den Hartog是最先对输电掉线覆冰舞动的机理进行分析与解释的人，但是他的垂直舞动理论存在着一定的缺陷。垂直舞动理论中仅仅对覆冰导线在风力作用下的空气动力特性进行了考量，但是并没有对覆冰导线的扭转的影响进行分析与解释。
（二）扭转舞动理论
在Den Hartog的垂直舞动理论的基础上，O.Nigol提出了扭转舞动理论。O.Nigol认为，一旦输电导线的扭转振动频率与横向振动的某固有频率重合时，就会产生振动的现象。扭转舞动理论认为，导线的自激扭转会引起舞动现象的发生。当覆冰导线的空气动力扭转阻尼呈现负值，且相比于固有扭转阻尼较大时，覆冰导线的扭转运动就成为了自激振动。这种振动频率由覆冰导线的极惯性质量矩和等效扭转刚度决定的。扭转舞动理论对于舞动理论进行了补充，但是没有对无冰或是薄冰的舞动现象进行解释。
（三）低阻尼系统共振舞动机理
该机理认为，在风动力的作用下，输电线路中的各个单元都会有不同程度的振动情况。在一些特殊的气候条件下，输电导线的气动以及结构阻尼会有所降低，使得振动的情况加剧，引发线路系统的共振，导致舞动。低阻尼系统共振舞动机理指出，输电线路中存在着两种固有的振动频率，包括电气固有振动频率和机械固有振动频率，当输电导线的振动频率与输电线路中的两种固有振动频率的某一种相近时，就会产生线路舞动。
（四）动力稳定性舞动理论
我国的相关研究人员经过大量的实践研究后，提出了动力稳定性舞动理论。该理论指出，只有不稳定的振动才能够引起大幅度的振动，即舞动[1]。在这样的条件下，可以将舞动视为一种动力不稳定的现象。动力稳定性舞动理论能够解释各种类型的舞动，能够完成在一定的风力条件以及覆冰条件中使用防舞器后的系统的稳定性进行更加科学的判断。可以通过建立起垂直、水平以及扭转三个方向的动力模型，结合稳定性判断系统对稳定性进行分析。
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二、输电导线覆冰舞动的防治措施
（一）输电导线的避舞设计
在输电线路的施工设计中，要对施工地的地形、地貌以及气候条件等进行详细的调查，规划出较为合适的线路走向，避免出现输电导线覆冰舞动。舞动现象常常发生在输电导线容易覆冰且风力较大而平稳的区域。基于这样的情况，相关设计人员要在输电线路的设计中避免输电导线处于湿雪频繁、雨凇、冬季多风格迎风山坡、峡谷、宽阔江河、山脊等容易产生舞动的区域。在进行输电线路走向的设计时，要尽量保证输电导线的走向与冬季主导风向平行。
（二）输电导线的抗舞措施
在不破坏舞动现象的前提下，利用对输电线路的电气以及机械强度的提升来完成对导线舞动的抵抗，就是输电导线的抗舞措施[2]。在使用抗舞措施时，确保电力设备能够在舞动的情况下不被破坏，同时能够正常的、安全的运行。由于输电导线的抗扭刚度较大，所以输电导线覆冰不均匀的情况下，导线很难能够使扭转趋向均匀，在强风下十分容易产生舞动。通常情况下，抗舞措施的使用是通过选用合适的金具来完成的，例如滚动线夹、防松螺帽等等，也可以通过合理设计杆塔间以及导线之间的距离来进行。
（三）改变输电导线的外形及空气动力特性
通过改变输电导线的外形以及空气动力特性，完成对输电导线覆冰舞动的抑制是一种基于流体力学原理的措施，主要是通过破坏舞动运动进行的。一般来说，常用的措施有两种：第一，空气动力阻尼器的安装。在系统内的不同位置设置空气动力阻尼器，能够使得输电导线在受到风力作用时，阻力垂直分量高于升力垂直分量，有效抑制了舞动的发生。第二，缠绕绕流线。通过在输电导线上缠绕特殊的绕流线，能够完成对沿档气流的干扰，使得导线在覆冰的情况下难以形成翼形断面，使得升力系数降低。
（四）改变舞动系统的结构
结合结构动力学原理，利用舞动系统中的横向振动频率或是固有扭转振动等的改变，完成对于舞动运动的抑制。通常情况下，常用的措施有三种：第一，压重防舞装置的安装。通过集中安装防震锤，或是在间隔棒上加设重锤等等，都能够完成对输电导线的抑制。主要是利用了将局部的稳定设为舞动节点，使得舞动的幅值降低。第二，失谐摆、阻尼器、抑扭环的安装。通过对舞动时扭转运动的抑制或扭振固有频率的提升，完成对于横向舞动的抑制。第三，线间间隔棒的安装。这种方式能够防止输电导线脱冰跳跃，抑制舞动运动。
总结：综上所述，输电导线覆冰舞动十分容易产生安全事故，对人们生活的危害较大。目前，对于输电导线覆冰舞动机理最合理的解释为动力稳定性舞动理论。通过使用避舞设计、抗舞措施、改变输电导线的外形及空气动力特性、改变舞动系统的结构，有效抑制了输电导线的覆冰舞动，提升了输电导线的运行安全性。
参考文献：
[1]叶文娟. 覆冰导线的舞动机理及其数值模拟[D].合肥工业大学，2012.
[2]孙珍茂，楼文娟.覆冰输电导线舞动及防舞效果分析[J].振动与冲击，2010，29（05）：141-146+246.
作者简介：
丁飞（1990-）男，回族，宁夏省石嘴山市大武口区人，就职于国网宁夏电力公司石嘴山供电公司，助理工程师，工学学士学位，研究方向：电气工程及其自动化.
论文作者:丁飞
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
标签：导线论文; 理论论文; 冰舞论文; 动力论文; 机理论文; 频率论文; 措施论文; 《电力设备》2018年第20期论文;