探究输电线路导线舞动的国内外现状及防范措施

探究输电线路导线舞动的国内外现状及防范措施【摘要】输电线路的导线舞动通常是一种自激振动，主要产生原因是风的激励作用和导线覆冰。输电线路导线舞动频率一般情况下是在0.1到3Hz之间。输电线路导线的舞动对杆塔以及导线的使用等损害比较严重，会造成线路的频繁跳闸，影响电力系统的正常安全的运行，对输电线路造成的损害也相当大。而且它会影响社会经济的稳定发展和人们的正常生活。下文会对国内外的输电线路导线舞动的现状以及如何应对做一些简单的陈述，以及提出针对导线舞动尚未解决的问题简述其研究方向。【关键词】导线舞动；自激振动；频繁跳闸；激励作用；防范措施自20世纪30年代至今，在美国，日本、加拿大等发达国家都已经投入了相当大的精力去研究关于导线舞动的原理，防范措施以及相关理论，也取得了相应的成果。1输电线路导线的形成因素输电线路导线舞动的形成因素可以分为几类：1.1导线覆冰形成的舞动输电线路导线舞动一般发生被冰雪覆盖的导线上。正常情况下，导线上形成覆冰一般是在空气湿度较大的情况下，而雨淞、冻雨或雨夹雪是最容易形成导线覆冰的。导线覆冰形成的温度往往是在零摄氏度以下。1.2风激励下形成的舞动若要形成输电线路的舞动，覆冰的因素也只是一方面，有时也有风的激励作用。形成导线的舞动，一般风速要达到4到20米每秒。此外在导线方向与风向呈四十五度角或者在大于四十五度角时最容易产生导线的舞动。因此在开阔的野外和山谷中的风口容易产生导线的舞动。1.3线路结构与参数的影响根据导线舞动发生的原理分析，通常情况下不合理的线路结构参数也会很容易的引起输电线路导线的舞动。根据相关的统计资料，分裂导线相较于单导线来说更容易引起导线的舞动。一般情况下，在500kV的超高压输电线路中，若要使用四分裂导线就会容易引起舞动。此外大截面导线也容易引起导线舞动。因为在大截面导线中扭转刚度比较大，导线的覆冰概率很大，也容易形成断面。2导线舞动形成的相关理论输电线路导线舞动的形成原理早在20世纪30年代就已经经过了大量科学家的实验研究和论证。也相应提出了DenHar2tog垂直舞动理论以及O.Nigol扭转舞动理论和其他相关理论等等。2.1DenHartog垂直舞动理论DenHartog垂直舞动理论的研究结论是当风激励以及覆冰而产生的非圆导线截面中会产生相应的阻力等外力，而只有当升力的曲线斜率的负值大于阻力的情况下，导线的截面才会发生动力不稳定的现象，才会形成导线的舞动。2.2ONigol扭转舞动理论ONigol扭转舞动理论的研究结论为，导线的舞动是由导线的自激扭转而形成的。在被冰覆盖的导线其空气动力的扭转阻尼为负数而且大于导线的本身的扭转阻尼时，导线的扭转运动成为了自激的振动，这种自激振动的频率是由覆冰导线的相关参数决定的。但ONigol扭转舞动理论是不能解决无覆冰舞动等现象的。2.3其它舞动理论输电线路的导线舞动除了DenHar2tog垂直舞动理论以及O.Nigol扭转舞动理论以外还包括以下两点：（1）低阻尼系统共振我国学者蔡廷湘早些年提出了低阻尼系统的共振舞动。这种低阻尼理论表明，在风激励的作用下，在整个架空输电线路的各组成单元中往往都会产生不同程度的振动。在特殊的气象条件情况下，输电导线的气动以及其结构的阻尼相应降低，会引起线路激烈的振动，最终导致输电线路形成舞动。但是该理论的局限性是仅仅能解释传统的舞动原理而不能解释其他舞动的现象。（2）动力稳定性北京电力建设研究所的相关研究人员根据国内外大量的输电线路导线舞动的事例进行了分析和研究，证实了只有导线的不稳定振动才会导致舞动之类这样振幅强烈的震动。故此，可以推理出导线的舞动是一种不稳定的动力。3防范导线的舞动的措施以及方法根据上文提到的关于导线舞动的相关信息，防止导线舞动的措施主要有三种，分别为为避、抗和抑舞这三种方法3.1避舞措施避舞措施的具体方法是在研究地形和地貌以及相关的天气信息后，来选择相应的线路的路径以及线路走向来有效的防范导线的舞动。根据导线的舞动极易发生在覆冰以及大风区域，来考虑选择能够避开这些线路路径的区域。除此之外，当选择输电导线的走向时，应该尽量的使其走向与大风季节的主风向平行。3.2抗舞措施抗舞措施的研究方向是尽量的不破坏导线舞动的前提下，着眼于提高输电线路的机械强度来避免和减少输电导线的舞动情况，有效地使相关输电设备在导线舞动的情况下也能安全有效的运行。3.3抑舞措施抑舞措施的着眼点是在导线舞动现象频繁的线路中安装防舞动装置，主要目的是用来破坏舞动形成的条件，减少舞动的幅度，尽量避免或消除导线舞动造成的危害，以保证线路的安全运行。在防范具体措施上，抑舞措施可以分为：（1）改变系统的空气动力其特性，根据流体力学的原理和论证，在改变输电线路的外形和空气流动下，来防范导线的舞动。（2）改变输电导线的结构以及特性，根据结构力学的机理，可以在改变导线的舞动系统的本身的扭转振动频率以及质量和密度的分布来达到抑制导线舞动的最终目的。（3）其它抑舞措施4输电线路导线舞动现状总结及未来发展方向近几年来在我国的东北地区、华北地区以及华中地区和西北等地区已经发生过相对较严重的输电线路导线舞动的现象，其所覆盖的范围以及强度和损失都及其严重，已经达到了历史罕见。我国是相交于美国、加拿大、日本等国家中线路舞动较严重的国家，在我国关于导线舞动的记载早在上世纪五十年代就已经有记载。根据现有的资料进行分析，从1957年到现在，我国所发生的输电线路导线舞动约为68次，使10KV、35KV以及110KV、220kv和500kV这些电压等级的线路都造成了不同程度的损害，也造成了巨大的经济损失。世界上大多数的发达国家，诸如美国、加拿大、日本等国家都已经投入了大量的资金和研究人员，着手对输电线路的舞动进行了大量的研究和试验，也都相应的取得了丰厚的研究成果以及大量的有效的防范输电线路导线舞动的方法，但是由于导线舞动的非线性，使得它已经成为了一个世界性的难题。参考文献：[1]郭应龙.输电导线舞动[M].武汉水利水电大学出版社，2008（4）.[2]刘连睿.我国高压架空线路舞动情况及分析[J].华北电力技术，2009（9）.[3]黄经亚.500kV输电线路中山口大跨越5次导线舞动的分析及探讨[J].电力技术，2010（4）.