特高壓輸電線路防舞動研究摘要：根據特高壓交、直流輸電線路的結構參數及相應的冰風條件，分析對其進行防舞分析的必要性，研究基于失諧防據，提出主要抑制分裂導線橫向和扭轉的耦合振動和降低導線覆冰不均勻性的防舞原則。針對特高壓輸電線路的防舞設計，開發基于失諧防舞機理的失諧間隔棒、基于減輕導線覆冰不均勻性原則的線夾回轉式間隔棒和基于舞動穩定性機理的雙擺防舞器3種防舞裝置，并建立基于相應防舞器的防舞設計方法。

關鍵詞：舞動；特高壓；線夾回轉式間隔棒；失諧間隔棒；雙擺防舞器

架空輸電線路運行過程中會因自然條件的作用而發生多種災害事故，舞動就是其中危害較為嚴重的一種。架空輸電線路的舞動是一種空氣動力不穩定現象，是輸電線路導線不均勻覆冰后在風力作用下引起的一種低頻率（約為0.1-3Hz）、大振幅（約為導線直徑的20-300倍）的自激振動現象，屬于馳振范疇，在振動在形態上表現為在1個擋距內只有1個或少數幾個半波。舞動產生的危害是多方面的，輕者發生閃絡、跳閘，重者發生金具及絕緣子損壞，導線斷股、斷線，桿塔螺栓松動、脫落，甚至倒塔，導致重大電網事故。根據輸電線路經過的主要地區的氣象、地形等條件，及實際的運行觀測，我國是舞動災害最嚴重的國家之一，因此對于輸電線路的防舞動問題是非常重要的研究課題。

一、現有導線舞動激發機理分析

為防止舞動現象對輸電線路的正常運行造成的巨大危害，國內外許多學者在此方面開展了大量的研究工作，在起舞機理、舞動過程等方面取得了很多重要的成果。分析現有的輸電線路舞動激發機理，可得到如下的結論：1）輸電線路舞動的激發是一個復雜的流固耦合問題，并且受到許多參數的影響和制約，例如導線系統參數、冰、風、雨量、氣溫、氣壓等。因此，到目前為止仍然沒有得出一個統一、普適的激發機理，現有的激發機理都是基于某種簡化力學模型，重點考慮部分影響參數而得到的，故對于同一條線路，在不同條件下、不同時間段可能出現不同的舞動激發模式。

橫向振動激發機理是在只考慮導線垂直方向自由度的情況下得到的，Nigol扭轉激發機理是同時考慮導線垂直方向自由度和扭轉自由度情況下得到的。對于實際線路，當首先達到橫向振動激發條件時，將出現DenHartog舞動；而當首先達到扭轉振動激發條件時，將出現Nigol舞動。因此，兩者并不矛盾。而對于分裂導線而言，其扭轉特性和單導線相比有本質的不同，其同階扭轉頻率和橫向振動頻率更接近，從而更易激發Nigol形式舞動，因此，分裂導線往往比單導線更易發生舞動現象。

二、失諧間隔棒

1、分裂導線扭轉剛度

扭轉剛度是對分裂導線進行防舞設計的一個重要參數。單導線與分裂導線的扭轉剛度計算有著本質上的區別，前者是導線繞自身軸線扭轉時的剛度，而后者是繞分裂圓中心扭轉時，分裂導線整體所具有的剛度。單導線雖然不同于勻質圓棒結構，但實驗證明其扭轉變形是線性的；分裂導線的扭轉變形則呈非線性分布，而且非常特殊。單導線的扭轉剛度作為導線本身的一種固有屬性，只與導線所用材料、導線幾何特征、結構特征和使用情況有關，扭矩-扭角關系曲線基本呈線性。而對于分裂導線的扭轉剛度要復雜的多，其影響因素也比較多，通常表現為非線性特征。

失諧間隔棒的設計布置方法：根據失諧間隔棒的性能要求設計對應的雙分裂間隔棒，中間隔棒兩線夾可都采用普通固定式握持線夾，也可采用一端為固定式、一端為回轉式的型式。控制參數的選取主要是防止分裂導線次擋距振蕩、風壓和電磁吸引力及分裂導線翻轉自恢復等方面進行考慮。由此，建立以抑制次擋距振蕩和風壓與電磁吸引力為主要目標函數，同時考慮微風振動和舞動影響的次擋距的計算模型，運用非線性數學規劃的方法對間隔棒的布置方案進行優選，最終確定間隔棒的布置方案。

2、線夾回轉式間隔棒

“不均勻覆冰”是輸電導線產生舞動的另一個重要誘因，也是舞動發生的一個必要條件。分裂導線因為沿著整個擋距由間隔棒固定并分割成若干次擋距，這在很大程度上改變了導線的狀態，特別是對于傳統設計的固定式連接的間隔棒，使得子導線在這種間隔棒附近無法實現相應的轉動，同時由于這種連接，使得長度更短的次擋距段導線扭轉剛度增大，次擋距內部子導線實現扭轉需要更大的靜扭矩，導線很難產生繞自身軸線的轉動，這也是分裂導線較之單導線更易發生舞動的一個原因。

線夾回轉式間隔棒的設計和布置方法：線夾回轉式間隔棒安裝到多分裂輸電線路上替代普通間隔棒，既起到普通間隔棒的作用，還兼具線路預防舞動的作用。因此其設計首先應滿足普通間隔棒的機械和電氣性能要求，為此按照有關標準應對其進行相關試驗，特別是回轉式線夾應滿足相應標準要求。對特高壓輸電線路，風壓和電磁吸引力相對于次擋距振蕩對間隔棒安裝間距的影響要小得多，因此線夾回轉式間隔棒進行布置時，可將風壓和電磁吸引力不作為主要的優化目標函數，從而減小計算量。

雙擺防舞器

雙擺防舞器的防舞設計基于穩定性防舞機理，其基本思路是：線路舞動是由于失穩造成的，為使系統保持穩定，必須改變系統對舞動敏感的參數，例如增加系統扭轉剛度和轉動慣量等即可改變導線系統舞動的冰風閾值，可有效抑制舞動，為此需在系統中加入防舞裝置，并在計算模型中把防舞裝置和覆冰的影響反映在內。為了數學上的嚴謹和使用上的方便，采用了線性動力穩定性理論作為分析的理論基礎，運用代數穩定性判據穩定性判據）來判別系統是否穩定。

雙擺防舞器的設計和布置方案：基于穩定性機理的防舞設計所依據的技術條件主要包括2個方面：氣象條件、線路參數。氣象條件包括：覆冰厚度、風速范圍、氣溫等。線路參數包括：導線直徑、扭轉剛度、分裂數、運行張力、間隔棒安裝等。根據上述技術條件，應用穩定性防舞設計方法，將相應參數直接進行分析和優化計算，來確定雙擺防舞器的理論擺長、理論擺角、理論質量等設計參數，結合實際使用的間隔棒確定防舞器的實際臂長、實際擺角、實際質量，初步定型防舞器。對初步定型的防舞器根據舞動、微風振動、電暈等要求進行進一步參數優化，并經過試驗驗證最終完成防舞器的定型。雙擺防舞器采用間隔棒作為載體安裝在導線上，故防舞器與間隔棒之間的連接非常關鍵，應確保連接的可靠。

結束語

隨著我國國民經濟的快速發展，對電力的需求也持續增長，我國電力工業已進入大電網、大機組、高電壓、自動化的發展時期。建設特高壓電網，可適應我國國民經濟發展對電力工業的需求，促進電力產業技術升級，有利于更大范圍內的資源優化配置，實現大功率、長距離的電力輸送，對提高能源利用率具有重要意義。舞動產生的危害是多方面的，輕者發生閃絡、跳閘，重者發生金具及絕緣子損壞，導線斷股、斷線，桿塔螺栓松動、脫落，甚至倒塔，導致重大電網事故。根據輸電線路經過的主要地區的氣象、地形等條件，及實際的運行觀測，我國是舞動災害最嚴重的國家之一，本文簡述了現有導線舞動激發機理分析，探討了失諧間隔棒與線夾回轉式間隔棒、雙擺防舞器，為特高壓輸電線路防舞動提供參考依據。

參考文獻：

[1]金成生.線夾回轉式防舞動間隔棒在特高壓輸電線路中的應用研究[J].上海電力，2010（7）.

[2]任西春，朱寬軍，劉