超高压输电线路防舞动装置的研究与应用

牟晨

摘 要：舞动是一种对输电线路危害极大的自然灾害，主要是因空气动力不稳所导致。舞动容易导致导线鞭击及电弧烧伤或断线、断股现象，易导致金具严重磨损、断裂、脱落，或绝缘子钢脚断裂、杆塔倾倒以及线路跳闸等多种现象的发生，从而造成大面积的停电现象，给社会生产和人们的生活造成难以估量的损失。为此，采用弹簧振子阻尼结构研制了防舞动装置。

关键词：超高压；输电线路；防舞动装置；弹簧振子

中图分类号：TM752 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.11.126

文章编号：2095-6835（2016）11-0126-02

作为舞动发生最频繁的国家之一，我国的舞动带南起湖南，北抵吉林，且舞动涉及各个电压等级的输电线路。之所以如此分布，是因为在每年冬、春两季（即每年的11月、12月和次年的1月、2月、3月），我国西北南下的气流与东南北上的气流在东北部和中部相汇，由此形成冻雨或雨凇。再加上这两个季节的强风天气，从而造成导线覆冰。在我国，传统的强舞动区域以辽宁、湖北和河南三省为主。

1.2 应用分析

在实际应用中，阻尼总是存在的。阻尼双自由度系统受迫振动机理分析同上。通过选择适当的减振器质量和阻尼，可以进一步降低系统固有频率上的共振幅值。

2 防舞动间隔棒结构说明

2.1 采用弹簧防冻液阻尼系统消除舞动

设计产品与导线连接的部件采用现有普通分裂导线间隔棒，另设计防舞动部件——防舞器。防舞器采用弹簧-振子-阻尼结构。导线舞动时，间隔棒运动，带动弹簧质量系统的质量振子运动，吸收舞动能量。弹簧质量系统的动能再通过弹簧和质量振子与防冻液摩擦转换为热能，消耗舞动能量，从而达到消除舞动的目的。

2.2 防冻液的选择

防冻液选择汽车常用的乙二醇防冻冷却液。乙二醇沸点高，挥发性小，黏度适中，且随温度变化小，热稳定性好。通过调整配比，保证乙二醇在-40～60 ℃的温度下保持液态，避免弹簧的性能因阻尼液低温凝结而降低乃至失效。防冻液添加成分为防腐蚀添加剂，也可保护弹簧-振子系统。

3 产品设计

设计产品主要部件为常规四分裂间隔棒和防舞器。防舞动间隔棒与导线连接部分采用常规四分裂间隔棒。四分裂间隔棒迎风面线夹换装旋转型线夹。旋转型线夹可在迎风面子导线覆冰时随覆冰子导线旋转，从而改变子导线扭转固有频率，降低导线束起舞的可能性。防舞器起吸收能量和阻尼耗能的作用。

3.1 相关资料和统计数据

导线舞动频率多在3阶及以上。设计产品为抑制导线3～5阶固有频率的舞动。导线的三阶固有频率和固有角频率为f3=3×f1=0.363 Hz，ω3=3×ω1=2.283 rad/s。

3.2 弹簧-振子阻尼系统

3.2.1 质量

按设计要求，本项目研制的防舞器的质量参照同等线路条件下适用的双摆防舞器的摆锤质量。

每个挡距安装11套双摆防舞器。本产品数量也为11套。设计产品的防舞器（部件）质量要求接近18 kg。

3.2.2 防舞器安装角度

导线舞动的轨迹一般为一接近垂直的椭圆。本产品的防舞器要求与水平面、顺线方向垂直面、切线方向垂直面均呈45°。此时，防舞器与各方向的夹角均为54.74°。

3.2.3 弹簧-振子参数设计计算

弹簧-振子系统安装于不锈钢筒内，筒内注满防冻液。防冻液起阻尼作用。

不锈钢筒直径的选择需保证足够弹簧-振子安装。直径过大会导致整个防舞器质量超过18 kg。经多方面考虑，选取不锈钢筒直径为φ60 mm。

振子质量取4.5 kg。振子与不锈钢筒内壁间留有0.5 mm的间隙，以保证阻尼作用的有效发挥，同时起定位作用。定位处装有橡胶套，避免有微风时，振子与钢筒高频率的撞击而产生噪声。

弹簧有效工作圈的总刚度k=583 N/m。

将相关数据代入式（7），可得ωSM=11.392 rad/s。

该值为弹簧-振子系统顺弹簧轴向的固有振动频率。本项目研制的防舞器与水平、顺线、垂直各向均呈54.74°。因此，弹簧-振子系统振动时，在垂直方向的振动频率ωc=ωSM×cos54.74°=6.576 rad/s=8.64ω1.

此处计算未考虑弹簧-振子阻尼系统的阻尼作用。可通过阻尼进一步降低ωSM 值。防舞器总质量为16.15 kg。

4 总结

新型防舞动间隔棒是从吸能、耗能角度出发研制的。防舞器部分质量参照同规格导线适用的双摆质量，因此还能起到压重防舞作用。新型防舞动间隔棒的线夹夹头可更换为旋转夹头，以增加防止迎风面子导线扭转诱发舞动的功能。同时，在水平方向、顺线方向和垂直方向发生导线摆动或舞动时，均可发挥吸能和阻尼作用。

参考文献

[1]郭应龙，李国兴，尤传永，等.输电线路舞动[M].北京：中国电力出版社，2003.

[2]孙渭清，王钢，杨雪峰，等.防舞动动力减振器的研制[J].电力金具，2012，33（2）.

〔编辑：刘晓芳〕