（湖北省电力勘测设计院有限公司430040）
摘要：舞动是输电线路导线因覆冰形成非圆截面，在水平方向风作用下诱发产生的一种低频、大振幅的自激振动。输电线路一旦发生舞动，将造成诸多危害；如果导致线路出现相间故障，将引发线路跳闸、停运，严重时将引发导线断股、金具损坏、塔材弯曲、基础开裂等机械损伤。鉴于此，本文主要分析输电线路覆冰舞动原因分析及预防措施。
关键词：输电线路；覆冰舞动；措施
1、舞动概念和形态
导线在风和覆冰的条件下、形成非圆截面的覆冰，进而形成大幅度和低频率的振荡，叫自激振动。通常在0.1~3HZ以内，振幅相当于对应导线直径的5~250倍左右。输电导线的覆冰横截面常为翼状形，在风和冰的激励作用下，会产生低阶大振幅的共振，若发生在架空高压输电线路上，则大跨越档距导线舞动的幅度有可能会达到数十米，正是因为覆冰导线振动起来像龙舞，所以称之为舞动。覆冰导线的舞动是一种频率低、振动幅度大，舞动形态不规则，一般表现为三种：（1）横向振动。（2）绕两端输电杆塔的固定点自由摆动，这个主要发生在大跨越档间的导线。（3）导线绕着覆冰输电线路的轴线的自我扭转振动。
2、线路覆冰舞动的机理
导线覆冰舞动灾害是输电领域的重要问题，迄今为止，已有多国专家学者围绕覆冰舞动的机理和模型展开了研究。目前，主流模型有：垂直舞动机理、扭转激发舞动机理和偏心惯性耦合失稳机理。
2.1、垂直舞动机理
垂直舞动模型忽略导线扭转运动，只考虑导线由风激励产生的升力L和阻力D，其值可表示为：
式中，P为单位长度导线的投影面积(不计覆冰厚度)；V为风速；ρ为空气密度；CL为升力系数，可正可负；CD为阻力系数，总为正值。当出现CL/θ+CD＜0(θ为攻角)时，导线将产生自激振荡。
2.2、扭转激发舞动机理
扭转激发舞动机理兼顾了垂直方向的空气动力作用和导线的扭转作用。当空气扭转阻尼是负值且大于导线扭转固有阻尼时，导线将开始自激扭振。一旦满足所示条件，则扭转频率与垂直振动频率重合，将引发线路舞动。
式中，αk和ωk分别为导线第k阶扭振腹点振幅和圆频率，V0为与线路走向垂直的水平风速，
θ0为初始攻角。
2.3、偏心惯性耦合失稳机理
除垂直振动和扭转振动外，覆冰导线还存在偏心惯性。它将引起攻角变化，使相应的升力对横向振动形成正反馈，加剧横向振动。此为偏心惯性耦合失稳机理，是最全面的模型，分别从垂直、水平和扭转振动3个自由度进行分析，在舞动的仿真模拟、舞动影响因素的定性分析方面具有广泛的应用。
3、输电线路覆冰舞动原因分析
2010年2月10~11日湖北省受强冷空气南下影响出现了雨雪天气过程，境内42条输电线路发生严重覆冰舞动事故。荆门、武汉和黄冈地区计算积冰厚度偏小，原因可能是该地区以雨夹雪天气为主，自动气象站降水数据并不能捕捉固态降水，观测数据会低估降雪带来的降水量，而且湿雪很容易黏附在电线上而不易反弹，降雪天气有利于形成电线积冰，同时雪花粘附在电线上会留有许多空隙，使得同样降水量下积冰厚度偏大，这3个原因共同导致计算值偏低。降雨、空气湿度、风速和覆冰是线路覆冰舞动必不可少的条件，初春和初冬气温变化大，湿度大，输电线路容易出现覆冰及舞动现象。
输电线路覆冰舞动的原因：雨水落到线路表面（或者是雪落到温度较高的导线表面融化成水）后，在重力作用下，雨水会堆积在导线下方形成水堆，在温度下降时，水堆会在导线下方的背风侧凝固成翼状覆冰，便导致了线路截面不对称，当线路受到风力作用时，导线上下受到的风力不同，从而产生了扭矩。导线受到扭矩作用向上运动，直到风力减小导致扭矩减小，不足以维持导线向上运动状态。在自身重力的作用下，导线开始下降，下降时导线重力势能转化为动能从而产生摆动。当风力增强时导线所受扭矩增大，向上运动，风力减小时又向下摆动。线路在阵风的影响下时起时落，当线路起落的频率等于导线的固有震动频率时，线路便会发生舞动现象。因此，线路覆冰舞动的两个基本条件：①导线有翼状覆冰；②导线受阵风作用且线路起落频率等于导线固有震动频率。
导线的大幅度震动会产生很大的能量，这对导线本身、线路杆塔、以及线路上的相关设备会造成一定程度的损坏，持续时间较长时会给输电线路的安全运行埋下巨大的安全隐患。导线不断震荡，其能量不断的在重力势能和动能之间转化，这会增大导线的负荷。当震动比较剧烈时，导线甚至会因受力过大而断裂；当线路覆冰舞动时，线路杆塔两侧所受张力一般也不平衡，杆塔间导线势能与动能的不断转化使杆塔上形成很大的横、纵向应力。当应力超过杆塔承受的范围时，导线会出现断落冲击杆塔，甚至造成杆塔的倾倒；在线路不断震荡时，也会使线路绝缘子等金具等到连续冲击而不断损耗，这个过程发生的可能相对缓慢，但也会对输电线路的安全运行产生很大的安全隐患，同样不能忽视。总之输电线路的覆冰舞动是一个严重的潜在隐患，会极大地降低线路运行的可靠性和安全性。
由于线路杆塔之间距离、杆塔高度、导线结构、所处环境、气候条件、电压等级以及风力大小的不同，输电线路覆冰舞动的危害程度也不一样。若220kV及以下输电线路舞动幅值大于3m时，则会造成线路碰闪跳闸，在220kV以上线路若发生舞动碰闪跳闸，则会产生更为严重的后果，这是线路设计维护需要解决的技术难题。
4、预防措施
4.1、提高线路设计强度。导线舞动会对导线绝缘子串及其连接金具产生较大的冲击力，极易造成绝缘子及金具的损坏。提高绝缘子、金具的安全系数，使用双联悬垂串、双线夹、优选预绞式线夹，均可提高绝缘子串的抗舞动性能。在耐张塔转角内外侧均安装跳线串，可抑制耐张串大幅摆动而牵连跳线的摆动，有利于减小跳线对耐张线夹的往复作用力，从而提高耐张线夹抗疲劳性能，减小跳线发生风偏放电的几率。根据耐张塔横担发生损坏的情况，横担加双帽可以在舞动情况下有效防止因螺栓松动导致的杆塔破坏现象(事故塔除挂线节点外其他部位的螺栓未加双帽)。
4.2、加装防舞装置。目前常用的防舞装置有相间间隔棒、线夹回转式间隔棒、双摆防舞器、失谐摆及偏心重锤等。此次舞动事故持续时间长、波及范围广，建议加装相间间隔棒，以减小导线舞动幅度，提高线路抗舞动能力。
4.3、提高铁塔可靠性。目前应对线路舞动的方式主要有主动防治和被动承受2种。针对被动承受方式，应该整体考虑线路设计的安全系数。目前线路设计相关部分的安全系数最薄弱的环节往往是铁塔；如果铁塔受损，金具、绝缘子及导线或地线也往往会落地，必然导致绝缘子和导地线受到不同程度的损坏。另外，因铁塔加工周期较长，铁塔受损将会制约抢修及恢复通电时间，而金具、导线及绝缘子因有备件不限制抢修时间。故从加快恢复通电、减少因停电造成的影响角度出发，在进行防舞动设计时，应尽可能提高铁塔的可靠性。
总之，输电线路覆冰条件下受风力作用容易引起舞动，造成倒杆（塔）、断线和短路等事故，给电力系统的安全稳定运行带来不便。由于地理位置及天气的原因，高寒地带输电线路覆冰舞动现象容易发生，虽然不能战胜雨雪等自然灾害，但是可以在输电线路设计时引入新技术，尽可能的减少输电线路的覆冰舞动现象，保证电力系统的安全稳定运行。电力部门的工作人员要不断的加强学习研究，探索导线舞动现象发生的机理，不断总结和改进，提高输电线路覆冰舞动治理能力和水平。
参考文献
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