淺析導線舞動穩(wěn)定性機理及其在輸電線路上的應用

摘 要：我國國民經濟的發(fā)展對我國電力的需求有了更高的要求，我國電網規(guī)模獲得了很大的發(fā)展，而且特高壓輸電線路建設已使我國成為世界上電網結構最復雜和規(guī)模最大的國家。我國地域遼闊，不同地區(qū)的地理環(huán)境和氣象變化十分復雜，有些地區(qū)的電網一旦到了冬季就會受到冰雪與大風的影響，出現舞動災害。隨著氣候變化的影響越來越頻繁，電網受舞動災害的頻率也越來越高，而架空輸電線路的導線覆冰發(fā)生舞動則成為舞動頻率最高，損失最大的災害，電網安全穩(wěn)定的運行受到很大的威脅。文章對導線舞動穩(wěn)定性機理進行分析，提出了導線舞動穩(wěn)定性機理及其在輸電線路上的應用，保證了我國電網的長期、安全、穩(wěn)定的運行。

關鍵詞：導線舞動穩(wěn)定性機理；輸電線路；舞動災害

據統(tǒng)計：我國受到舞動災害的嚴重影響，有記錄舞動事故已達150多起。隨著我國經濟的發(fā)展，電網規(guī)模的擴大，氣候變化導致的惡劣氣象增多，都導致了舞動現象頻發(fā)。而電網舞動頻率的增加，使當地受到經濟損失和惡劣的社會影響。在我國東北、華北和華中等地區(qū)已頻繁出現大面積的輸電線路積覆冰發(fā)生舞動，導致多處輸電線路的機械與電氣故障，影響了國家電網的正常運行。而我國在處理輸電線路導線舞動上的技術水平不高，在知識儲備上也有所欠缺。而輸電線路的覆冰舞動存在發(fā)生機理十分復雜和防治難度大、破壞力強等特點，在架空輸電線路的預防和治理上已成為國際上普遍認同的難題。對舞動分析的技術過于簡化，而我國現有的防舞方法與裝置并不理想等問題，都影響了我國電網的建設和安全運行?？梢?，現階段加強輸電線路的覆冰舞動的現狀和技術上的分析，可以制定出更科學、更合理的防舞治理措施，使我國電網得到安全而穩(wěn)定的運行。

1 導線舞動穩(wěn)定性機理

世界上已出現了各種舞動機理，每個機理都從不同角度對舞動的現象進行了分析，不過，有些機理只適合一些特定類型舞動。我國的電力科研人員對國外舞動的機理和事例也進行了大量的分析和研究，不過普遍認為，不穩(wěn)定振動會產生舞動，所以，舞動可以當作動力不穩(wěn)定的情況（見圖1所示）。通過動力穩(wěn)定的理論對舞動進行分析，這種機理也就稱作動力穩(wěn)定性舞動機理。

穩(wěn)定性舞動機理包括了各種不同的舞動機理，由此研究出了穩(wěn)定性防舞機理，使系統(tǒng)動力獲得穩(wěn)定性，將不穩(wěn)定系統(tǒng)轉化成穩(wěn)定系統(tǒng)，實現防舞。我國科研人員以穩(wěn)定性防舞機理，推出了防舞設計的計算方法，研究出了雙擺防舞器[1]。

圖1 防舞示意圖

傳統(tǒng)計算方法中只對單導線進行研究，很少研究分裂導線，也沒有對水平運動分量充分考慮，而舞動大多情況下都發(fā)生于分裂導線之上，還具有明顯的水平運動分量。根據舞動特點，對子導線局部的振動可以適當忽略，更多的是考慮分裂導線整體的運動。對垂直、水平和扭轉等分量都要充分考慮，進行防舞的設計和計算，計算防舞裝置的反映，對任意慣性的防舞裝置完成模擬。使用線性動力穩(wěn)定性的理論進行分析，可以判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性[2]。

2 導線舞動穩(wěn)定性機理及其在輸電線路上的應用

2.1 舞動理論的試驗

舞動問題具有復雜性，通過理論分析是不可能解決機理的，而試驗只能對舞動更好的了解，了解舞動的性態(tài)和驗證數值的分析、防舞設計的評估等。一般采用的試驗方法為真型試驗與風洞試驗這兩類。風洞試驗是從準穩(wěn)態(tài)假設對覆冰導線進行空氣動力測試完成的，通過非穩(wěn)定氣動參數更近似實際的情況，不過我國在這種試驗中的數據研究比較少（見圖2所示）。而真型試驗更多的是應用在國外的試驗線路中，這些對于輸電線路的覆冰舞動研究和防舞裝置評估有著重要的作用。

圖2 受氣動力作用的導線斷面

2.2 舞動裝置在輸電線路中的應用

我國輸電線路出現導線的舞動在20世紀的50年代就有了明確的記載，直到90年代初，輸電線路的舞動在記載中已有44次，線路舞動的地區(qū)涉及到東北、華北與華中各個地區(qū)，總線路達到了161條。輸電線路的舞動導致了導線的損傷和線路跳閘等情況的發(fā)生[3]。

近年來，隨著我國經濟的發(fā)展，使用超高壓輸電線路的增多，大量的應用分裂導線，都令導線舞動發(fā)生的頻率越來越多。例如：在湖北漢江的中山中地區(qū)，大跨越的500kV超高壓的輸電線于1987年至1988年這兩年間，發(fā)生了數次的導線舞動，而舞動最大振幅達到了10m。舞動使導線發(fā)生斷損，而跌至江中，500kV的超高壓輸電線由于線路的影響而停電一周，使國家受到嚴重的經濟損失[4]。

我國在導線舞動舞定性的研究中又建立了防舞器的布置理論與計算方法，以節(jié)點分隔法的理論對防舞器重新布置，將大檔距調整為小節(jié)距，以有效的節(jié)點，防止舞動發(fā)生大的危害。將固有的頻率錯開來，使高階的舞動受到控制，使跨越塔與導線系統(tǒng)的固有參數進行了測試研究，開展了三分裂格冰的導線風洞試驗，還進行了防舞器的振動試驗，通過這些試驗研究為我國導線舞動穩(wěn)定性理論的計算打下了堅實的基礎。對抵抗強烈舞動裝置進行開發(fā)和研制，研制出了抗舞懸垂線夾，使高塔與導線安全運行得到了基本的保障，也建立了我國舞動試驗的線路，這是我國唯一的一條。通過在導線之上進行人工模擬冰葉片的安裝，自然風的條件之下，進行舞動，在舞動中研究變化的規(guī)律，為我國防舞機理的研究和防舞器效果的驗證創(chuàng)造了更好的條件。

我國對導線舞動穩(wěn)定性機理的研究有了重大突破，在防舞技術上也有了創(chuàng)新，現階段已邁入了國際先進的技術水平，尤其是在大跨越的線路防舞治理中，更是達到了國際領先的技術水平，已經獲有國家專利，為國家創(chuàng)造了經濟效益與社會效益[5]。

發(fā)展到今天，我國在舞動地區(qū)輸電線路之上，已經安裝了幾千套雙舞防舞器，加大對雙擺防舞器的安裝和使用，已成為我國對輸電線路進行防舞控制的最主要措施。

3 結束語

綜上所述，我國已建立起導線舞動的動力穩(wěn)定性機理，而且開發(fā)出自主知識產權的雙擺防舞器，并且廣泛應用于輸電線路中，可以有效的防止線路的舞動，使線路運行得到安全的保證。不過導線舞動具有復雜性、不穩(wěn)定性，對舞動規(guī)律還沒有完全掌握，需要長期的努力。我國的防舞工作，不管是理論還是試驗上都和發(fā)達國家有著很大的差距，對導線舞動穩(wěn)定性機理還需要在不斷的實踐中獲得完善。尤其近年來，我國輸電線路的舞動頻率增高，在東北、華北與華中甚至形成了舞動的多發(fā)地區(qū)。而舞動已經嚴重的影響了這些電力密集地區(qū)的輸電安全。我國國民經濟需要更具有安全性的輸電線路運行保障，舞動多發(fā)的地區(qū)一定要做好各種預防措施。

參考文獻

[1]郭應龍，李國興，尤傳永.輸電線路舞動[M].北京：中國電力出版社，2012.

[2]張平.架空輸電線路導線舞動原因分析及防舞措施[J].內蒙古電力技術，2011，27（5）：11-13.

[3]張弦.輸電線路中微地形和微氣象的覆冰機制及相應措施[J].電網技術，2011，31（2）：187-189.

[4]朱寬軍，劉彬，劉超群，等.特高壓輸電線路防舞動研究[J].中國電機工程學報，2010，28（34）：112-120.

[5]蔣興良，周仿榮，王少華，等.輸電導線途徑冰舞動機理及防治措施[J].電力建設，2011，29（9）：154-158.

作者簡介：胡濤（1976，9-），男，漢族，山西運城人，任職于山西省運城市電力設計院，研究方向：電力技術。