輸電線路舞動(dòng)分析及防范措施研究

張海杰

（國網(wǎng)冀北電力有限公司秦皇島供電公司，河北秦皇島，066000）

0 引言

輸電線路是供電企業(yè)完成工作內(nèi)容的重要設(shè)備，由于長期在室外環(huán)境中作業(yè)，受到外力條件影響的概率就會(huì)大大增加，其中線路舞動(dòng)就是最具典型性特點(diǎn)的危害問題之一。降低線路舞動(dòng)條件是極為關(guān)鍵的內(nèi)容，必須從其特點(diǎn)與形成原因上進(jìn)行深入探討，才能制定出更具針對(duì)性的防范措施，提高整體供電的有效性。

1 輸電線路舞動(dòng)的概念與特點(diǎn)

當(dāng)輸電線路的導(dǎo)線上覆有不均勻的薄冰，在側(cè)向風(fēng)力的作用下，就會(huì)使架空的導(dǎo)線產(chǎn)生自激震動(dòng)，并在大幅度的震動(dòng)中表現(xiàn)出低階固有頻率的特點(diǎn)，在不同條件下表現(xiàn)出垂直、偏離、扭轉(zhuǎn)等現(xiàn)象的問題，被稱作輸電線路的導(dǎo)線舞動(dòng)。

當(dāng)輸電線路的環(huán)境溫度條件在0℃左右時(shí)，最容易產(chǎn)生覆冰的現(xiàn)象，如果發(fā)生10-20m/s的強(qiáng)風(fēng)天氣，就會(huì)導(dǎo)致舞動(dòng)的發(fā)生，因此這一問題經(jīng)常發(fā)生在冬季。舞動(dòng)的頻率會(huì)維持在0.1-3Hz范圍內(nèi)，表現(xiàn)出低頻率的特征，而其舞動(dòng)的振幅可以高達(dá)10以上，如果一旦發(fā)生舞動(dòng)問題，極易引起輸電線路的斷路與斷線問題，甚至可能引起倒塔事故，致使大范圍地區(qū)的供電出現(xiàn)中斷，不僅對(duì)供電企業(yè)的工作安全性與連續(xù)性造成影響，也對(duì)社會(huì)生產(chǎn)生活造成極為嚴(yán)重的損失。

2 產(chǎn)生線路舞動(dòng)的原因與防范措施

2.1 輸電線路發(fā)生舞動(dòng)的原因

輸電線路的結(jié)構(gòu)、參數(shù)對(duì)其舞動(dòng)條件有著極大的影響，通過大量的研究表明，在同等的環(huán)境條件下，如果使用分裂導(dǎo)線，會(huì)比單導(dǎo)線更容易產(chǎn)生舞動(dòng)。而單導(dǎo)線由于其自身扭轉(zhuǎn)剛度小的特點(diǎn)，如果出現(xiàn)偏心覆冰，就會(huì)產(chǎn)生程度較大的扭轉(zhuǎn)，從而在扭轉(zhuǎn)力的作用下，使其覆冰逐漸趨于圓形，并對(duì)扭轉(zhuǎn)形成的條件進(jìn)行限制。如果在輸電線路中使用大截面的導(dǎo)線，則會(huì)因其極大的扭轉(zhuǎn)剛度條件，在產(chǎn)生偏心覆冰的同時(shí)，使導(dǎo)線發(fā)生偏轉(zhuǎn)而不會(huì)形成扭轉(zhuǎn)，這一點(diǎn)也使得偏心覆冰不斷的積累，并加大了輸電線路舞動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)機(jī)制[1]。

在科學(xué)研究中對(duì)于輸電線路的舞動(dòng)機(jī)理的研究，一直是相關(guān)科研人員工作的重點(diǎn)，雖尚未到確切答案，但卻在研究不斷深入的過程中，形成了四類觀點(diǎn)與理論（如表 1 所示）。

表1 數(shù)顯線路扭動(dòng)研究的四類機(jī)理

雖然在多年的研究中，導(dǎo)線震動(dòng)的形成機(jī)理研究分化出了四種類型，然而通過分析可以明確的確認(rèn)形成舞動(dòng)的兩點(diǎn)要素：第一風(fēng)力是產(chǎn)生舞動(dòng)的必要因素；第二，線路的表面覆冰使造成舞動(dòng)的主要條件。

2.2 防范輸電線路舞動(dòng)的措施

2.2.1 輸電線路舞動(dòng)的外界條件的控制

基于對(duì)導(dǎo)線舞動(dòng)成因的分析不難看出，導(dǎo)線的舞動(dòng)是在一定條件下形成的，且明顯的受到環(huán)境因素的控制。首先，當(dāng)季節(jié)到達(dá)秋末初冬、冬末初春時(shí)，氣候天氣一般以雨雪為主，且溫度在0℃左右不斷徘徊，也是因此，在每年的2、3、4、11、12這幾個(gè)月份中，最容易產(chǎn)生輸電線路的舞動(dòng)。所以，為了有效的防止發(fā)生線路舞動(dòng)，必須在關(guān)鍵的季節(jié)條件下，加強(qiáng)技術(shù)管理，并采取一定的方法措施，預(yù)防可能發(fā)生的舞動(dòng)問題。

其次，另一個(gè)影響輸電線路舞動(dòng)的條件為線路的覆冰情況。當(dāng)線路表面的覆冰厚度達(dá)到5-30mm時(shí)，最容易產(chǎn)生舞動(dòng)問題。而覆冰形成的條件，除了0℃左右的溫度、90%左右的空氣濕度以外，對(duì)風(fēng)力還有一定的要求，如果風(fēng)力條件大于1m/s就會(huì)加快覆冰的形成速率。因此，對(duì)覆冰條件進(jìn)行有效的控制，可以降低出現(xiàn)舞動(dòng)的概率，從而提高線路的安全性水平。

第三，形成輸電線路舞動(dòng)的條件中，風(fēng)是最為關(guān)鍵的環(huán)境條件，不僅在風(fēng)力上對(duì)輸電線路產(chǎn)生影響，同時(shí)也在風(fēng)向與線路表面覆冰的角度上，與線路的舞動(dòng)有較為緊密的聯(lián)系。在產(chǎn)生舞動(dòng)時(shí)，必須保證有穩(wěn)定的層流風(fēng)激勵(lì)，當(dāng)風(fēng)向與輸電線夾角≥45°時(shí)，最容易產(chǎn)生舞動(dòng)，并在趨近于90°時(shí)，舞動(dòng)概率達(dá)到最高值，同樣，如果夾角趨近于0°，那么發(fā)生舞動(dòng)的概率也會(huì)逐漸降低。研究顯示，當(dāng)風(fēng)力條件為7-10m/s的橫向風(fēng)，且風(fēng)攻角在60°-80°之間時(shí)，是最容易發(fā)生舞動(dòng)問題的條件。另外，輸電線上覆冰的角度，也會(huì)影響風(fēng)的作用能力，從而對(duì)舞動(dòng)的效果造成影響[2]。因此，在敷設(shè)線路的工作中，必須目的明確的規(guī)避山谷、開闊地等風(fēng)力條件較大的地區(qū)，以此降低產(chǎn)生舞動(dòng)的條件。由此，可以在線路敷設(shè)工作中，加強(qiáng)設(shè)計(jì)管理，尤其在對(duì)線路復(fù)審的角度上，進(jìn)行必要的控制，使其受到風(fēng)力條件的影響得到限制，以此達(dá)到強(qiáng)化線路安全性水平的作用。

2.2.2 規(guī)避舞動(dòng)途徑

為了降低輸電線路發(fā)生舞動(dòng)的幾率，必須從線路勘探的工作中進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，并對(duì)地形條件、氣候特征等參數(shù)作出詳細(xì)的評(píng)估。由于線路舞動(dòng)使用低溫與大風(fēng)條件的影響下產(chǎn)生的，因此，在地形選擇上，應(yīng)當(dāng)盡量避免在濕度較大、風(fēng)力較強(qiáng)的地區(qū)敷設(shè)線路。另外，進(jìn)行線路設(shè)定時(shí)，還應(yīng)當(dāng)兼顧當(dāng)?shù)氐募竟?jié)風(fēng)向變化，以此調(diào)整線路的設(shè)計(jì)角度，在綜合方法的應(yīng)用下，對(duì)于規(guī)避線路舞動(dòng)問題起到事半功倍的效果。

2.2.3 防止舞動(dòng)措施

對(duì)于輸電線路舞動(dòng)問題的防治，需從線路的材質(zhì)入手，通過提升電氣設(shè)備的強(qiáng)敵條件，來達(dá)到抵御舞動(dòng)的效果，使產(chǎn)生一定強(qiáng)度條件的舞動(dòng)時(shí)，線路自身的安全性得到保障，可以持續(xù)性的提供電力供應(yīng)。在操作方法上，使用金具器材是行之有效的措施[3]。例如，在設(shè)備中，合理的使用放松螺帽，可以保證各輸電線路的有效間距，并對(duì)鐵塔的緊固方式進(jìn)行改良，使易舞動(dòng)的線路強(qiáng)度得到補(bǔ)充。

2.2.4 抑制舞動(dòng)方法

在實(shí)際工作中，由于部分地區(qū)的技術(shù)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)條件上的限制，無法實(shí)現(xiàn)前期對(duì)于線路舞動(dòng)的有效規(guī)避，因此必須采取相應(yīng)的措施，抑制舞動(dòng)問題的發(fā)生，使其產(chǎn)生條件改變，并以此達(dá)到降低舞動(dòng)幅度，較少危害威脅的效果。

首先，可通過改變輸電線的外形條件降低流體力學(xué)的影響，使導(dǎo)線更加適應(yīng)空氣動(dòng)力的特征，使風(fēng)力對(duì)舞動(dòng)的影響降低。而具體操作上，除常規(guī)的纏繞繞流線之外，還可以通過安裝空氣阻尼器的方法完成抑制舞動(dòng)的工作。

其次，在動(dòng)力學(xué)原理的指導(dǎo)作用下，利用舞動(dòng)系統(tǒng)中的扭轉(zhuǎn)震動(dòng)、橫向震動(dòng)頻率以及質(zhì)量分布條件，使各個(gè)元件的連接方法展現(xiàn)出較強(qiáng)的科學(xué)性，也可以有效的起到抑制舞動(dòng)的作用。在國內(nèi)的實(shí)際應(yīng)用中，不僅可以通過阻尼器的安裝來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，失諧擺與抑扭環(huán)的應(yīng)用也極為有效。同時(shí)，技術(shù)人員可以嘗試應(yīng)用防舞動(dòng)的壓重裝置，諸如防震錘、掛重錘等設(shè)備，在線路與間隔棒上增加重量，以此降低風(fēng)力的影響效果，使線路的穩(wěn)定性得到提升。注意，在同一線路上的相鄰導(dǎo)線間設(shè)置間隔棒，可以通過減少脫冰跳躍造成的影響，在降低混線事故發(fā)生概率的同時(shí)，從結(jié)構(gòu)角度出發(fā)，起到抑制舞動(dòng)的效果。

另外，在相應(yīng)檔距的端頭位置，設(shè)置吸收能量的阻尼器，可以有效的消耗動(dòng)能，以此放大導(dǎo)線系統(tǒng)中的自阻尼效果，對(duì)于舞動(dòng)問題進(jìn)行防控。

3 總結(jié)

減少導(dǎo)線舞動(dòng)危害最直接措施是處理導(dǎo)線覆冰，而對(duì)覆冰條件進(jìn)行必要的控制，可以有效的降低發(fā)生事故的概率。通過理論技術(shù)的深入研究、應(yīng)用材料的逐漸豐富、操作方法的不斷升級(jí)，可以在具體的輸電線路防舞動(dòng)工作中，形成行之有效的整體方案，將輸電線路舞動(dòng)從事后處理，逐漸的轉(zhuǎn)變?yōu)槭虑邦A(yù)防，大大提升線路運(yùn)行中的穩(wěn)定性與安全性條件。