输电线路导线舞动的原因与防护措施

刘武常 黄新波

摘要：在输电线路导线舞动中，输电线路可能出现振动而引起导线疲劳、断股甚至断裂，严重时会出现倒塔事故，造成大面积停电，影响电力系统供电可靠性。本文首先探讨了输电线路导线舞动的机制与原因，然后进行了相关力学分析，最后提出了相关防治措施。

关键词：输电线路 导线舞动 力学分析

随着我国经济的快速发展，对电能的需求量和对电能质量的要求也不断提高，电力能源已经成为社会存在和发展的必需品。但是由于各种因素的影响，我国部分地区电网事故还依然存在，电网事故不仅影响大、速度快、后果严重，而且直接影响国家的生产建设和人民的生活秩序。输电线路导线舞动是长期以来影响本地区电网输电线路度冬安全的重要因素，其可以造成输电线路跳闸、铁塔横担部分螺栓脱落以及铁塔横担、跳线、绝缘子、金具受损，使得电网运行形势极为严峻[1]。本文为此具体进行了输电线路导线舞动的力学分析，现报告如下。

1 输电线路导线舞动的机制与原因

1.1 输电线路导线舞动的机制

在输电线路中，当导线受到横向速度风载荷作用时，就会产生一个向上下加速度运动，就会使导线受到一个空气动力力矩的作用从而产生扭转。当扭转运动的频率与其垂直运动的频率同步时，就会产生导线舞动。由于目前对舞动的機理尚不完全明确，防止舞动的措施也还不够完备，但是从舞动的重复性可知，输电线的舞动显现是由规律可循的[2]。并且由于架空输电线路杆塔是一种大跨度高耸结构、导线刚度较柔、自振周期大，对风载荷的激励十分敏感。在一些外在因素的作用下，输电线路的舞动幅度大，因此容易引起相间闪络，造成线路跳闸停电，而这种情况下的故障会给电网的安全运行带来较大的危害。

1.2 输电线路导线舞动的原因

导线的扭曲运行是助长舞动的主要原因，在大振幅导线舞动的时候，就会形成同一周期的扭转运动。对于导线本身吸收的能量，绝缘子、端部等金具所吸收的能量所占的比例就很小，舞动易于发生。导线的张力越大，导线本身吸收的能量就会越少，越有利于舞动的形成和发展[3]。

2 输电线路导线舞动的力学分析

架空导线振动模态可分为面外和面内振动，面内振动模态又分为对称和反对称模态。与架空导线的初始构形类似，其动力特性的分析有解析法和有限元法两种。

2.1 动力特性的解析法

解析法是根据达朗贝尔原理建立悬索的自由振动方程进行求解的方法。架空导线的垂跨比一般小于1/8，并且主要关心面内竖向振动和面外振动，可以忽略纵线向的振动。

2.2 动力特性的有限元法

解析法计算动力特性只适用于两端铰接的单档导线受到竖向均布荷载的情况，对于实际工程中多种荷载和复杂边界条件下的多档输电线的动力特性问题，需要利用有限元方法进行计算。

研究认为，在一定的风速和攻角条件下，就会发挥舞动。由于可见，架空导线是否舞动与覆冰导线截面的气动力特性有关。

3 输电线路导线舞动的防治措施

输电线路导线舞动的防治是一个复杂的系统工程，各种输电线路导线舞动治理措施都只能在一定程度上抑制和削弱导线舞动，很难彻底消除。因此必须从规划设计到运行维护，在避、抗、防等各个环节进行综合治理，开展全过程舞动治理。

一是对舞动的线路设备进行全面检查，分析评估舞动对线路设备造成的影响。对舞动幅度大、持续时间长的线路金具和绝缘子进行抽样试验，对疲劳受损元件结合停电进行更换。

二是对线路舞动区段开展防舞动治理，同塔双回线路至少一条线路采取防舞措施，重要联络线优先治理，其它未舞动区段结合地形、地貌、线路走向、杆塔结构等因素，开展舞动可能性分析，必要时进行治理，确保在发生大面积舞动的情况下，各电压等级线路，尤其是核心骨干网架、战略性输电通道、重要负荷供电线路等线路的安全稳定运行[4]。

三是对线路加装线夹回转式间隔棒、相间间隔棒、双摆防舞器等防舞装置进行防舞技术改造。

四是在舞动区安装必要的舞动监测装置，对输电线路舞动进行实时监测。建设分布式小型气象站，对气象信息进行监视和预警。为调度和应急处置提供技术手段，为舞动治理提供数据支撑。比如2013年，某某境内遭遇大风侵袭，瞬时最大风力达7级，当地电业局立即启动恶劣天气应急预案，迅速组织人员对各变电站设备及供电线路进行特殊巡视，认真检查设备区母线及引流线有无松动、断股现象及设备上有无大风刮起的杂物，对输电线路易舞动区域和线下建筑区域加强巡视力度，杜绝一切因大风引起危及设备、线路的安全隐患，确保电网在恶劣天气下的安全运行[5]。

总之，输电线的导线舞蹈给安全可靠运行造成了极大的危害，我们需要积极加强力学分析，才能做到有针对性的治理，保证导线舞动治理工作的长期性和连贯性。

参考文献：

[1]陈正华.输电线路导线舞动及其防治对策的综述[J].内蒙古石油化工，2007，4：36-37.

[2]尤传永.导线舞动稳定性机理及其在输电线路上的应用[J].电力设备，2011，5（6）：13-15.

[3]朱宽军，尤传永，赵渊如.输电线路的舞动研究与治理[J].电力建设，2010，25（12）：18-21.

[4]张平.架空输电线路导线舞动原因分析及防舞措施[J].内蒙古电力技术，2009，27（5）：11-13.

[5]Mirka M，Joan C.Security considerations for present and future medical databases.