架空输电线路导线舞动及防治技术分析

架空输电线路导线舞动及防治技术分析

郭宝常

国网河北省电力公司保定供电分公司河北保定071000

摘要：从近十年发展来看，导线舞动的现象在输电线路当中十分常见，同时出现的频率也在不断增加，如果舞动的范围相对比较大，就会造成线路出现频繁跳闸的问题，严重的时候甚至会出现断线倒塔安全事故，造成大范围停电，对于电网稳定以及安全的运行造成不利的影响。为此，本文分析了输电线路舞动原因及其相关预防措施，从而将这一问题得到有效的解决，保证电网的安全稳定运行。

关键词：输电线路；导线舞动；防舞

引言

美国最早记载了架空导线舞动现象。随后，在加拿大、日本、前苏联也相继有大量的架空导线舞动发生与治理的报道。近年来，随着我国超（特）高压工程的建设，架空输电线路所采用的导线截面、张力、悬挂点高度以及档距都在不断增大，架空导线舞动现象时有发生。架空导线舞动对输电线路的破坏除了相间闪络、跳闸、电弧烧伤外，更严重的是架空导线舞动使得导线本身、连接部件以及铁塔都承受着较大的动态荷载，当荷载超过了一定限度时，导线、铁塔、连接部件都出现严重损坏。因此，分析架空输电线路导线舞动的原因，采取相应对策，确保线路安全运行是十分必要的。

1架空输电线路导线舞动的原因分析

1.1气象条件分析

导线舞动是在某种特定的气象条件与线路所处的地理环境、线路自身的各种参数结合到一起而发生的，这些条件组合极其复杂。一般情况下，发生导线舞动的气象条件是：导线有覆冰、风力5级以上、风向与线路方向夹角大于45°。但是，目前尚没有人能够精确地测定出发生舞动的条件。因为从观测到的舞动现象来看，有许多无法解释的现象。例如：多数导线上有覆冰时产生舞动，可有时导线上没有覆冰也发生舞动；在同1档距内只有1相导线舞动，有时有2相导线舞动，也有3相导线同时舞动；架空地线发生舞动而导线不动，有时架空地线不动而导线却在舞动；在同塔双回的线路中，只有1回或某1相舞动，而另1回不舞动；在1个耐张段中其中1个档距在舞动，而相邻的档距却不舞动；单导线能发生舞动，四分裂导线也能发生舞动；500~10kV线路都能舞动；电气化铁路上的导线也能舞动；带电线路能舞动，停电线路也能舞动。综合上述情况来看，风和覆冰是发生导线舞动的必要条件，而且风必须与线路方向有45°以上的夹角。气温、电流等条件则不是必要的，当覆冰出现时，气温必然由零上降至零下，这种降温天气条件下，常伴有一定的北（偏北）风（这与我国所处的地理位置有关，南半球则是南风）。所以说，当有覆冰出现时，发生导线舞动的概率最大。

1.2力学角度分析

（1）当导线上有覆冰时，一般的覆冰都是在受风侧的上半部有截面为月牙状的冰，致使导线截面不呈圆形。当风垂直作用于导线上时（如果风与导线有一定夹角，那么可以将风分解为垂直于导线和平行于导线的2个力）。由于覆冰的存在，这个力使导线有1个向下的作用力，使导线向下运动，导线张力变大，并使导线有1个向上的反作用力，使导线向上运动，并通过平衡点。此时，在导线的重力与风力的作用下，又向下运动，这样便形成了“弹簧效应”。当这个频率与导线的固有频率成整数倍时，可以使风的能量不断积累，导致导线振幅不断增大，形成舞动。由于风不断地吹，能量不断地补充，使导线舞动能够持续进行，直到某一条件发生变化时，才使导线舞动停止。（2）当风向与线路方向平行时，如果风与导线有一定夹角，那么可以将风分解为垂直、平行于导线的2个力。由于导线都有弧垂，在档距的一半风吹导线的下表面，档距的另一半风吹导线的上表面，同样可以将风作用于导线的力分解成垂直和平行于导线的力。垂直于导线的力可以使导线向上或向下运动。此种解释适用于导线没有覆冰时产生的舞动。（3）如果导线上有覆冰，而且风向与导线既不平行也不垂直，而是有一定的夹角，那么上述2种情况同时存在，所以发生导线舞动的机会就更大些。这也说明了为什么在1个档距中有2个最大振幅点的原因。从以上分析中得出结论：导线舞动完全是一种机械运动，而与电场无关，其能量的来源是风，导线获得的能量与消耗的能量相同时，就如同弹簧一样，可以做往复运动，直至风力减小。

2输电线路导线舞动防治技术

2.1加强线路抵御舞动故障的能力

在舞动故障形成的时候，输电线路在同它垂直的横截面内呈现出椭圆形的运转方向，当它的舞动幅度加大以后，相近两根导线由于都在运动就可能出现靠近的情况，这个时候就极有可能导致跳闸或者是线路损坏的问题。为了能够将这种事故出现的可能性降低，应用的防舞动措施能够有效的控制舞动幅度。除此之外，利用导线水平排列的布置形式，能够将导线之间碰撞闪络的可能性降低。同时还可以将横担以及杆塔的强度增加，对于金具的防振能力进行改进，通过这些措施都能够将金具出现损伤或者是松动的可能性降低，对舞动事故进行有效的抑制。

2.2避开覆冰区域，调整线路走向

通常情况下，当风速大于10m/s，温度为-5-0℃，这个时候出现输电线路舞动的现象机会增加。就风向角度而言，当处于寒冷冰冻季节的时候，线路轴线同风向之间存在大于45°夹角的时候就会很容易出现舞动。这也就是说，线路上所受到的风力程度同夹角之间具有一定的关系，随着夹角的降低，出现舞动故障的概率就会降低。为此，在设计输电线路的时候，应该尽可能的将风向以及冰冻这些相对不利的因素避开。在条件允许的范围内，尽可能地避开舞动易发区，将线路走向与冬季风之间的夹角降低。

2.3加装防舞动装置

在舞动严重的线路上加装防舞装置，可在一定程度上减少导线舞动的频率，并抑制舞动的幅度，消除舞动可能造成的危害，确保线路的安全运行。第一，改变系统空气动力特性。基于流体力学原理，改变导线的外形和空气动力特性，破坏舞动的形成条件。例如，缠绕流线、装绕流板，安装空气动力阻尼器，减少导线分裂数，大电流融冰和减少导线分裂数等，均可产生一定的效果。第二，改变系统结构特性。于结构力学原理，通过改变舞动系统的固有扭转振动，改变或横向振动频率、质量分布和元件连接方式等动力学特性，以达到抑制舞动的目的。当然，防舞举措还需要不断研究和实践，但最根本措施的是从源头杜绝和改善，避免导线因自身因素产生的舞动现象，特别是在新线路设计时，要不断改善线路的走向和导线的选用。良好地开展线路导线振动的测量和观察工作，监测线路舞动的振动状态，并进行原始数据积累和分析，仍然是一项任重道远的艰巨任务。

2.4加强防舞动装置的运行维护

日常工作中需加强防舞动装置的运行维护，在输电线路月度巡视过程中，使用望远镜、无人机等设备检查防舞动是否存在松脱现象或者其他影响正常运行的现象。充分利用输电线路停电检修的机会，对导线防舞动装置进行打开检查，查看安装处是否有导线损伤的现象，检查确定无问题后，应重新将防舞动装置紧固到位。

结束语

综上所述，发生舞动故障对于输电线路以及整个电网都会带来不利的影响，同时它所造成的危害范围也相对较大。为此，对于其存在的原因以及防治措施进行研究具有极其重要的意义。对于输电线路舞动故障进行防治有多种多样的措施，但是需要根据实际情况进行有效措施的合理选择。与此同时，还要认真分析一些较为典型的舞动故障，进行经验的总结，并且对于这一方面的理论进行合理的补充以及验证，从而为以后工作的顺利开展奠定坚实的基础。

参考文献：

[1]郭应龙，李国兴.输电线路舞动[M].北京：中国电力出版社，2003.

[2]郭应龙.输电导线舞动[M].湖北：武汉水利水电大学出版社，1998.

[3]刘连睿.我国高压架空线路舞动情况及分析[J].华北电力技术，2015（9）：40-43.