超特高压输电线路覆冰舞动机理及其防治技术

严翔

摘要：我国超特高压输电线路建设方兴未艾，在新的电网建设形势下输电线架设环境将更为复杂，线路走廊将不可避免地遇到易舞的气象环境，如何有效防治超特高压输电线路在覆冰环境下的舞动是亟待解决的问题。因此，在进一步完善舞动机理、提高舞动判据准确性的基础上，深入研究超特高压输电线路经济可靠的舞动防治技术具有强烈的紧迫性和十分重要的理论、应用意义。

关键词：高压输电线;路覆冰舞动机理;防治技术

输电导线舞动现象，多发生于开阔地带。对于输电线路而言，大截面、多分裂导线较于大截面、单分裂导线更易舞动。舞动发生时，全档架空线路会发生大幅度波浪式振动。长时间大幅度的舞动容易引起金具损坏、相间闪络，导致倒塌或者线路跳闸等重大事故，从而造成重大经济损失。

1 舞动机理介绍

影响舞动的主要因素包括覆冰、风和线路结构。 输电导线舞动的数学模型，通常可分为如下3 种。（1）单自由模型。这是一种与Den Hartog垂直舞动机理相对应的模型，通常只考虑输电导线的竖向振动。（2）二自由模型（包括两种），一是考虑输电线路的竖向振动和水平摆动二者相互耦合的情况，二是基于 O.Nigol扭转舞动机理，考虑竖向振动和轴向扭转相互耦合。（3）三自由度模型。这种模型通常需考虑垂向振动、水平摆动和轴向扭转三者相互耦合的情况。

2 覆冰舞动的防治措施

2.1 输电线路规划设计

2.1.1 规避舞动区域

由于每年冬春季节，南下的冷空气与北上的暖湿气流在东部、华北和华中地区交汇，所以形成了一条南起湖南，北至吉林的“舞动带”。由于微地形的差异，不同区域发生舞动强度存在差异，根据舞动发生频率法和舞动系数法对湖北、安徽、河南和辽宁的部分地区绘制了舞动地图。舞动地图的绘制精度是以地级市为单位，可以作为线路规划设计和运行提供参考。在输电线路路径选择时，还需要结合地形、地貌和气象条件，避开冻雨雪频繁的地区、易形成持续稳定气流的地区。

2.1.2 改变线路设计

舞动发生过程中会对金具、绝缘子、线夹等设备产生破坏，提高输电线路的电气和机械设计强度，将会减少舞动造成的电气和物理故障。对影响舞动幅值的线路结构和参数，选择舞动幅值较小的结构和参数。如在设计时采用导线水平排列、双回塔改变各相排列等方式保证线间最小安全距离，可以减小危害;将分裂导线用单根导线替代;分裂导線取消间隔棒，采用垂直或水平排列。由于不可能完全绕开舞动发生区域，且设计标准的提高会降低输电线路建造的经济性，输电线路规划设计的方法只能减少输电线路舞动的概率，并不能从根本上避免舞动的发生。

2.2 导线舞动抑制

2.2.1 改变空气动力特性

改变导线的外形，可以改变导线受到的空气驱动力，从而不利于舞动的发生。主要地改变空气动力特征的方法有： 1）气流干扰线。在导线上安装一段螺旋形的 干扰线，产生连续改变气流的截面，破坏垂直振动或扭转振动的发生条件。2）防舞动片。防舞动片是一块长高比为1.5的铝（铁）片，其在收到风作用后会带动导线扭转，使防舞动片附件的导线覆冰较圆。在导线上安装多个防舞动片，使一档导线的覆冰形状和升力有很大差 别，相互干扰抑制舞动。3） 气动阻尼器。气动阻尼器是固定在导线下，由凹形板组合成的增加受风面积的装置。阻尼器中的凹槽使其在风的作用下具有较大的阻力，使升力曲线具有正斜率，从而抑制舞动。

2.2.2 改变线路结构特性

改变线路的结构特性可以改变导线自身的振动频率，使不同自由度上的振动难以耦合，从而减少或防止舞动的发生。根据垂直激发和扭转激发理论，舞动的起因是由垂直或扭转振动引起，舞动抑制的方法也是从这两个方面进行设计。1） 改变扭转振动频率。失谐摆是一个具有一定质量和臂长的重锤，当其安装在导线下方时，将会增加导线覆冰后的转动惯量，改变导线扭转振动的固有频率，并与导线垂直振动频率分离，从而阻止扭转振动激发舞动。 与失谐摆防舞原理类似的还有双摆防舞器。偏心重锤是重心可以变化的重物。在安装了偏心重锤的导线向上运动时，偏心重锤会产生一个向下的惯性力，这将抵消部分导线上的升力，偏心重锤随导线的扭转还会产生抑制扭转的扭矩，抑制导线的扭转，从而减小舞动的幅值。2） 改变垂直振动频率。重锤是在导线上悬挂的具有一定重量的物体，针对的是舞动中的垂向振动。重锤自身具有较大重量，可以抵消风激励产生的升力，并改变导线的垂直 振动固有频率;将重锤装在波腹或接近波腹处，可以使舞动的半波数增加，从而 减小舞动的垂直振幅。

3.3 线路除冰

线路除冰并非专门针对舞动进行研究，但在除冰后能够有效降低覆冰舞动的可能性，本节对线路除冰技术进行简单介绍。短路电流融冰和直流电流融冰法可以应对覆冰厚度较大的情况，都需要将线路停运，且需修改保护定值，对系统稳定性影响较大，短路电流融冰过程中需要大量的无功率，对 500kV及以上线路不适合，直流电流融冰能够应对所有等级线路，但其控制较为复杂;潮流融冰法可以无需断开线路，但其无法应对覆冰较厚的情况和避雷线覆冰;高频电压除冰过程中会产生高频电磁波，对通信产生影响，会产生谐波，影响电网稳定性;激光除冰受制于激光功率，在复杂地形下设备也难以到达。机械除冰方法目前只有滑轮铲刮法在实际中得到应用，但只能针对低电压等级停运的输电线路。

结束语：

覆冰舞动会对输电线路的安全稳定运行造成严重影响。舞动监测技术、除冰技术和安全稳定防御技术可以为舞动的防治提供补充，需要对每种技术及相互协调配合方法进行研究。

参考文献

[1]贺远. 输电线路覆冰舞动原因及治理对策探讨[J]. 大科技， 2019， 000（004）：60-61.

[2]邓友晶， 陈永宏. 输电导线覆冰舞动动力特性研究[J]. 通信电源技术， 2020， v.37;No.195（03）：29-30+33.