淺論高壓架空輸電線路舞動及防治措施

淺論高壓架空輸電線路舞動及防治措施摘要：我國是架空輸電線路舞動較為多發(fā)的國家，存在較大范圍的導(dǎo)線舞動現(xiàn)象。線路導(dǎo)線舞動的破壞性很大，會造成導(dǎo)線機械疲勞、磨損、燒傷，引起線路跳閘、斷線、會損傷金具、絕緣子和桿塔，因此在設(shè)計時必須予以重視。本文主要分析了目前我國高壓輸電線路舞動的原因，論述了舞動防治對策。

關(guān)鍵詞：高壓；架空；輸電線路；舞動；防治措施

一、我國高壓輸電線路舞動現(xiàn)狀

我國地域遼闊，電網(wǎng)基礎(chǔ)建設(shè)快速發(fā)展，近年來，我國因輸電線舞動造成的事故頻頻發(fā)生，造成了巨大的經(jīng)濟損失，也嚴(yán)重的影響了人們的正常用電。2008年初，湖北，河南，江西，湖南等地出現(xiàn)大范圍的輸電線路舞動，并且持續(xù)的時間比較長，范圍比較廣，舞動地域地形涉及到山區(qū)、丘陵和平原。因為輸電線本身具有一定的抗舞動能力，很多舞動并不嚴(yán)重，而這些不嚴(yán)重的舞動沒有記錄，所以有一些實際發(fā)生的舞動現(xiàn)象沒有被記錄在案。在我國，從湖南至黑龍江，存在一條輸電線路的舞動帶。其中包括黑龍江、遼寧、湖北、湖南等省。這條舞動帶在每年的春冬兩季，東南方北上的暖濕氣流和西北方南下的干冷氣流在我國中部和東北部相匯，導(dǎo)致這些地方容易形成凍雨，凍雨附著在導(dǎo)線上形成了覆冰，與此同時，中部屬平原地區(qū)，風(fēng)力比較強，所以這一片地區(qū)滿足了舞動形成的兩個基本要求（覆冰與大風(fēng)），經(jīng)常會出現(xiàn)舞動現(xiàn)象。

二、導(dǎo)線舞動的原因分析

舞動是不均勻覆冰導(dǎo)線在風(fēng)的作用下產(chǎn)生的一種低頻率（0.1～5Hz）、大振幅（約為導(dǎo)線直徑的20～300倍）的自激振動。在振動的形態(tài)上表現(xiàn)為一個檔距內(nèi)只有一個或少數(shù)幾個半波。舞動發(fā)生的三要素為：導(dǎo)線不均勻覆冰、風(fēng)激勵、線路結(jié)構(gòu)參數(shù)。

2.1輸電線路結(jié)構(gòu)參數(shù)

相關(guān)資料表明，大截面導(dǎo)線比小截面導(dǎo)線更容易發(fā)生舞動，分裂導(dǎo)線比單導(dǎo)線產(chǎn)生舞動的頻率要大出很多。大截面導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)剛度較大，在偏心覆冰后難以產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，使得覆冰層更多堆積在同一方向，造成導(dǎo)線迎風(fēng)面與背風(fēng)面覆冰厚度不一致，更容易產(chǎn)生舞動現(xiàn)象。分裂導(dǎo)線覆冰的時候，每根子導(dǎo)線在間隔棒的作用下，其相對扭轉(zhuǎn)剛度比單導(dǎo)線大得多。在偏心覆冰的作用下，導(dǎo)線的扭轉(zhuǎn)非常微小，使得相導(dǎo)線或極導(dǎo)線覆冰不對稱，一側(cè)輕一側(cè)重，作用在分裂導(dǎo)線上的空氣動力荷載較大。在單導(dǎo)線覆冰的情況下由于扭轉(zhuǎn)剛度很小，在偏心覆冰作用下，導(dǎo)線容易發(fā)生很大扭轉(zhuǎn)，使覆冰接近圓形，削弱了作用在導(dǎo)線上的空氣動力荷載，從而抑制了導(dǎo)線的舞動。另外，桿塔的高度也是造成導(dǎo)線舞動的重要原因，桿塔掛線點越高，電線平均高度越高，風(fēng)速也越大，風(fēng)壓對電線的激勵作用也越大。因此，不合理的線路結(jié)構(gòu)參數(shù)會容易引起線路的舞動。

2.2地理和風(fēng)的因素

線路的地理條件亦是引起導(dǎo)線舞動的重要因素。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，導(dǎo)線舞動多發(fā)生于平原開闊地區(qū)。在廣大的雨凇區(qū)內(nèi)，有平穩(wěn)層流大風(fēng)，且當(dāng)線路走向與風(fēng)向夾角大于45°的開闊地帶及峽谷、迎風(fēng)山坡、山脊等微地形是容易發(fā)生舞動的地帶。舞動風(fēng)速一般在4～20m/s。主導(dǎo)風(fēng)向和導(dǎo)線走向夾角大于45°時，導(dǎo)線就容易產(chǎn)生舞動。兩者的夾角越大，引起舞動的可能性就越大，當(dāng)達到90°的時候，會出現(xiàn)最嚴(yán)重的舞動現(xiàn)象。

2.3導(dǎo)線覆冰

導(dǎo)線上形成覆冰需要具備三個條件：首先，有濕度足夠大的空氣，在干燥的天氣情況下，干雪直接掉到地上，是不容易凝結(jié)在導(dǎo)線上的，凍雨和雨夾雪很容易引起導(dǎo)線覆冰；其次是要有合適的溫度，過高的溫度和過低的溫度都不容易形成導(dǎo)線覆冰，一般為0～-5℃；再次是風(fēng)速，足夠的風(fēng)速才能夠使空氣中水滴運動，一般風(fēng)速應(yīng)該大于lm/s。

三、舞動防治措施

3.1注意覆冰區(qū)域與線路走向

溫度在-5～O℃，風(fēng)速在10m/s左右的雨凇地區(qū)，是舞動的多發(fā)地區(qū)。從風(fēng)向來看，結(jié)冰季節(jié)主導(dǎo)風(fēng)向與導(dǎo)線軸線的夾角大于45°是舞動形成的條件之一，這個夾角愈小，作用在導(dǎo)線上的垂直分力就愈小，就不利于舞動的形成。因此，線路設(shè)計時應(yīng)當(dāng)盡量避開這些因素的影響，在技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)允許的條件下，盡可能繞過強舞動地區(qū)。而在線路走向上，應(yīng)盡可能減小冬季風(fēng)向與線路走向之間夾角。對于無法避開易舞區(qū)的線路，要分清線路的易舞區(qū)段。導(dǎo)線舞動與微地形條件有很大關(guān)系，四周無屏蔽物的開闊地帶，如沙灘、草地、農(nóng)田等，以及山谷風(fēng)口能使均勻的層流風(fēng)持續(xù)吹向?qū)Ь€，是容易發(fā)生舞動的地帶。線路設(shè)計應(yīng)充分考慮這些微地形的影響，對易舞區(qū)段采取合理的防舞措施。

3.2提高線路的抗舞動能力

舞動給線路帶來的主要威脅是線路的機械損壞和電氣故障。根據(jù)大量觀測資料，導(dǎo)線舞動的軌跡，大多為垂直于導(dǎo)線軸線的橢圓形，舞動時，導(dǎo)線垂直運動距離大，水平運動距離小。因此，在易舞動地區(qū)，導(dǎo)線最好采用水平排列方式。舞動時，相臨兩檔間將會產(chǎn)生比較大的不平衡張力，嚴(yán)重時將使導(dǎo)線在懸垂線夾中產(chǎn)生滑移，導(dǎo)線滑移后將會使舞動更為嚴(yán)重，因此，建議在易舞動地區(qū)采用雙聯(lián)雙線夾絕緣子串，對抑制導(dǎo)線舞動會有一定的效果。采用專門的抗舞動金具，如線夾處加預(yù)絞絲可以在舞動發(fā)生的情況下，保護導(dǎo)線不受損傷。這也是一種提高導(dǎo)線系統(tǒng)抵抗舞動能力的有效措施。在易發(fā)生舞動的地段，增加絕緣子和金具的強度，以提高線路在發(fā)生群動時，絕緣子和金具有足夠的安全儲備。易發(fā)生舞動的地段，適當(dāng)提高鐵塔的強度，同時提高鐵塔螺栓的強度。

3.3加裝防舞裝置

經(jīng)過多年的防舞治理研究，防舞裝置已經(jīng)得到了很大的發(fā)展。但各類防舞裝置因為設(shè)計和應(yīng)用條件不同，防舞方法和造價也各異。各種防舞裝置通過改變與調(diào)整導(dǎo)線系統(tǒng)的參數(shù)，達到抑制舞動或減輕舞動的強度的效果，確保線路的安全。

目前常用到的防舞裝置主要有：①壓重防舞器（集中防振錘），這種造價比較高，適用于分裂導(dǎo)線，應(yīng)注意對微風(fēng)振動的影響，防舞效果較好；②失諧擺，在單導(dǎo)線上應(yīng)用有效，在分裂導(dǎo)線上的應(yīng)用有待研究；③雙擺防舞器，適用于分裂導(dǎo)線，安裝方便，防舞效果較好；④相間間隔棒，造假較高，存在老化、放電、彎曲等問題，可應(yīng)用于220kV以下電壓等級的輸電線路，也可相間距較小的緊湊型線路，防舞效果較好；⑤偏心重錘，適用于分裂導(dǎo)線，應(yīng)注意對微風(fēng)振動的影響，防舞效果較好；⑥擾流防舞器（防舞鞭），造價較高，主要用于覆冰較薄的地區(qū)，單導(dǎo)線上應(yīng)用多于分裂導(dǎo)線；⑦阻尼器、減振器，造假較高，對低頻舞動較有效；⑧動力減振器，雖說造價很高，但是在國外得到了廣泛的應(yīng)用；⑨線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒，防舞效果良好，對線路不會產(chǎn)生負面影響；⑩線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒雙擺防舞器，防舞效果較好。

并不是說所有的防舞裝置都是萬能的和一勞永逸的，不同的防舞器其特性和功效是不同的。安裝防舞器必須遵循以下原則：

①根據(jù)中點提升原理，粗略計算壓重質(zhì)量；②壓重總質(zhì)量不超過導(dǎo)線質(zhì)量的5-8%；③為提高防舞效果，采用節(jié)點分割原理，對防舞器進行分散布置；④節(jié)點分布遵循“相鄰節(jié)距不相等，整體布置不對稱”的原則，以消除相鄰節(jié)距的諧振；⑤節(jié)點處壓重的布置與安裝必須考慮導(dǎo)線的局部強度和微風(fēng)振動的影響，防止夾頭處導(dǎo)線的損傷和動應(yīng)變超限。根據(jù)現(xiàn)有500kV輸電線路防舞經(jīng)驗，防舞裝置宜采用集中和分散相互結(jié)合的布置方式，布置位置在2/9、5/12、7/9檔距處可有效地抑制1～3個半波的舞動，壓重裝置還可以布置在1/4、1/2、3/4或1/6、1/2、5/6檔距處以有效地減小前三階舞動振幅，并且可適當(dāng)分散布置防舞裝置，避免集中荷重于一點以造成導(dǎo)線局部應(yīng)力過大。

3.4在舞動易發(fā)區(qū)，加強鐵塔的緊固和監(jiān)測力度

桿塔所受到的緊固力很大，桿塔的緊固件很容易產(chǎn)生松動，也很容易受到鋼材的剪切作用。由于輸電線路耐張桿塔位于導(dǎo)線舞動系統(tǒng)的終端，舞動能量將會經(jīng)塔身到地面從而消耗掉，須加強鐵塔螺栓的放松性能。在易舞動地區(qū)重視和加強舞動季節(jié)期間的檢查和觀測工作。加強舞動監(jiān)測，對舞動時的氣象條件（風(fēng)速、風(fēng)向、覆冰形狀