輸電線路舞動分析及防范措施研究

張軍委

摘 要：本文討論了輸電線路舞動的機(jī)理和原因，及相關(guān)的舞動理論，最后提出了相應(yīng)的防控措施。

關(guān)鍵詞：輸電線路;導(dǎo)線;舞動機(jī)制;防治措施

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大大增加，其中線路舞動就是最具典型性特點(diǎn)的危害問題之一。降低線路舞動條件是極為關(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性的防范措施，提高整體供電的有效性。

1.輸電線路舞動的概念與特點(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，就會使架空的導(dǎo)線產(chǎn)生自激震動，并在大幅度的震動中表現(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。

當(dāng)輸電線路的環(huán)境溫度條件在0℃左右時，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，就會導(dǎo)致舞動的發(fā)生，因此這一問題經(jīng)常發(fā)生在冬季。舞動的頻率會維持在0.1-3Hz范圍內(nèi)，表現(xiàn)出低頻率的特征，而其舞動的振幅可以高達(dá)10以上，如果一旦發(fā)生舞動問題，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，不僅對供電企業(yè)的工作安全性與連續(xù)性造成影響，也對社會生產(chǎn)生活造成極為嚴(yán)重的損失。

2.輸電線路導(dǎo)線舞動的原因

2.1 覆冰

覆冰是架空線舞動的必要條件之一。到目前為止，除了一些現(xiàn)象外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線舞動在電線上有冰。通常線材不均勻地涂覆有冰，形成諸如新月形，扇形和形狀的不規(guī)則形狀。冰厚從幾毫米到幾十毫米。冰涂層改變了導(dǎo)線的圓形幾何形狀，使得導(dǎo)線的一側(cè)形成翼型，并且當(dāng)強(qiáng)風(fēng)吹過時原始的空氣動力學(xué)特性改變。通過導(dǎo)線上部的空氣的速度增加并且壓力降低，通過下部的空氣的速度降低并且壓力增加，使得導(dǎo)線受到向上的力并且由于線向上的力和重力，導(dǎo)致線垂直振蕩。同時，由于導(dǎo)線的偏心冰涂層，導(dǎo)線被扭曲和振蕩。

2.2 風(fēng)的激勵

風(fēng)是導(dǎo)致架空電線舞動的能量來源。在相同的降雨條件下，風(fēng)速會影響冰的形狀，從而影響空氣動力學(xué)狀態(tài)。因?yàn)榇怪庇诰€風(fēng)的分量越大，不均勻冰層后對線的激勵效果越好，線上產(chǎn)生的升力越大，這有利于線路系統(tǒng)中的能量積累，反過來又使系統(tǒng)不穩(wěn)定并產(chǎn)生舞動。風(fēng)的激勵不僅與當(dāng)?shù)貧庀髼l件有關(guān)，而且與該線所在地區(qū)的地形和地貌條件密切相關(guān)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，輸電線舞動主要發(fā)生在平原的開闊地帶。在山區(qū)和地表，有森林，建筑物和其他區(qū)域。線越高離地面越大，受表面物體影響的風(fēng)越小，形成穩(wěn)定風(fēng)就越容易，并且很容易舞動。也就是說，在冬季和早春季節(jié)，當(dāng)電線被冰覆蓋時，冷暖氣流交匯引起的強(qiáng)風(fēng)很容易在平板，開放和風(fēng)口的電源線上舞動。

2.3 線路結(jié)構(gòu)參數(shù)

多分裂導(dǎo)體比單分裂導(dǎo)體更容易跳動，因?yàn)閷τ趯?dǎo)體的中心線，導(dǎo)體的結(jié)冰通?？偸浅蛴L(fēng)側(cè)。這種偏心質(zhì)量將導(dǎo)致電線繞其自身軸線扭曲，從而改變電線的迎風(fēng)面。對于分體式導(dǎo)體，通常每隔幾十米就有一個間隔條將子線連接在一起。每個子步驟中的子線通過間隔條固定在兩端。扭轉(zhuǎn)剛度遠(yuǎn)高于相同橫截面的單個導(dǎo)體的扭轉(zhuǎn)剛度。因此，作用在分裂導(dǎo)體上的空氣動力載荷自然遠(yuǎn)大于單導(dǎo)體的空氣動力載荷。

3 防范輸電線路舞動的措施

3.1 輸電線路舞動的外界條件控制

基于對導(dǎo)線舞動成因的分析不難看出，導(dǎo)線的舞動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，氣候天氣一般以雨雪為主，且溫度在0℃左右不斷徘徊，因此，在每年的2、3、4、11、12這幾個月份中，最容易產(chǎn)生輸電線路的舞動。所以，為了有效的防止發(fā)生線路舞動，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)生的舞動問題。

其次，另一個影響輸電線路舞動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，最容易產(chǎn)生舞動問題。而覆冰形成的條件，除了0℃左右的溫度、90%左右的空氣濕度外，對風(fēng)力還有一定的要求，如果風(fēng)力條件大于1m/s就會加快覆冰的形成速率。因此，對覆冰條件進(jìn)行有效控制，可以降低出現(xiàn)舞動的概率，從而提高線路的安全性水平。

形成輸電線路舞動的條件中，風(fēng)是最為關(guān)鍵的環(huán)境條件，不僅在風(fēng)力上對輸電線路產(chǎn)生影響，同時也在風(fēng)向與線路表面覆冰的角度上，與線路的舞動有較為緊密的聯(lián)系。在產(chǎn)生舞動時，必須保證有穩(wěn)定的層流風(fēng)激勵，當(dāng)風(fēng)向與輸電線夾角≥45°時，最容易產(chǎn)生舞動，并在趨近于90°時，舞動概率達(dá)到最高值，同樣，如果夾角趨近于0°，那么發(fā)生舞動的概率也會逐漸降低。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，是最容易發(fā)生舞動問題的條件。另外，輸電線上覆冰的角度，也會影響風(fēng)的作用能力，從而對舞動的效果造成影響。因此，在敷設(shè)線路的工作中必須明確規(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。

3.2 規(guī)避舞動途徑

為了降低輸電線路發(fā)生舞動的幾率，必須從線路勘探的工作中進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，并對地形條件、氣候特征等參數(shù)作出詳細(xì)的評估。由于線路舞動使用低溫與大風(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，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，對于規(guī)避線路舞動問題起到事半功倍的效果。

3.3 防止舞動措施

對于輸電線路舞動問題的防治，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)到抵御舞動的效果，使產(chǎn)生一定強(qiáng)度條件的舞動時，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。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，并對鐵塔的緊固方式進(jìn)行改良，使易舞動的線路強(qiáng)度得到補(bǔ)充。

3.4 抑制舞動方法

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)前期對于線路舞動的有效規(guī)避，因此必須采取相應(yīng)的措施，抑制舞動問題的發(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)空氣動力的特征，使風(fēng)力對舞動的影響降低。而具體操作上，除常規(guī)的纏繞流線之外，還可以通過安裝空氣阻尼器的方法完成抑制舞動的工作。

其次，在動力學(xué)原理的指導(dǎo)作用下，利用舞動系統(tǒng)中的扭轉(zhuǎn)震動、橫向震動頻率及質(zhì)量分布條件，使各個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，技術(shù)人員可以嘗試應(yīng)用防舞動的壓重裝置，諸如防震錘、掛重錘等設(shè)備，在線路與間隔棒上增加重量，以降低風(fēng)力的影響效果，使線路的穩(wěn)定性得到提升。

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

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