導線舞動

導線沿圓周方向覆冰不均勻的架空導線在側向風力作用下產生的低頻、大幅度自激振動現象。導線舞動時，會在一檔導線內形成一個、兩個或三個波腹的駐波或行波，導線主要呈垂直運動，有時也呈橢圓運動，橢圓長軸在垂直方向或偏離垂直方向，有時還伴有導線扭轉。垂直振動的頻率約為0.1～1 Hz，振幅在幾十厘米到幾米之間。嚴重的導線舞動是在大檔距導線中產生一個波腹的振動，加上懸垂絕緣子串又沿線路方向搖擺，振幅可高達甚至略高於弧垂最大值(約10～12m)。

導線舞動的主要原因是導線上有不均勻的覆冰，它與導線無覆冰或均勻覆冰時的微風振動有著本質的不同(見架空線微風振動)。在高緯度地區的冬季，如美國北方、加拿大、日本、蘇聯、北歐諸國、中國及紐西蘭等地，當氣溫在0～-10℃或更低時，風速在2～25 m/s或更高時， 風向與線路走向夾角在45°～90°範圍內時， 覆冰不均勻的導線就可能產生舞動。

基本介紹

• 中文名：導線舞動
• 外文名： Galloping for Transmission Line
• 原因：導線的扭曲運行
• 力學分析：解析法和有限元法
• 防治措施：全面檢查、加裝間隔棒等
• 危害：電網停運、造成機械故障等

背景

隨著我國經濟的快速發展，對電能的需求量和對電能質量的要求也不斷提高，電力能源已經成為社會存在和發展的必需品。但是由於各種因素的影響，我國部分地區電網事故還依然存在，電網事故不僅影響大、速度快、後果嚴重，而且直接影響國家的生產建設和人民的生活秩序。

輸電線路導線舞動是長期以來影響本地區電網輸電線路度冬安全的重要因素，其可以造成輸電線路跳閘、鐵塔橫擔部分螺栓脫落以及鐵塔橫擔、跳線、絕緣子、金具受損，使得電網運行形勢極為嚴峻。

機制

在輸電線路中，當導線受到橫向速度風載荷作用時，就會產生一個向上下加速度運動，就會使導線受到一個空氣動力力矩的作用從而產生扭轉。當扭轉運動的頻率與其垂直運動的頻率同步時，就會產生導線舞動。由於目前對舞動的機理尚不完全明確，防止舞動的措施也還不夠完備，但是從舞動的重複性可知，輸電線的舞動顯現是由規律可循的。

並且由於架空輸電線路桿塔是一種大跨度高聳結構、導線剛度較柔、自振周期大，對風載荷的激勵十分敏感。在一些外在因素的作用下，輸電線路的舞動幅度大，因此容易引起相間閃絡，造成線路跳閘停電，而這種情況下的故障會給電網的安全運行帶來較大的危害。

原因

導線的扭曲運行是助長舞動的主要原因，在大振幅導線舞動的時候，就會形成同一周期的扭轉運動。對於導線本身吸收的能量，絕緣子、端部等金具所吸收的能量所占的比例就很小，舞動易於發生。導線的張力越大，導線本身吸收的能量就會越少，越有利於舞動的形成和發展。

力學分析

架空導線振動模態可分為面外和面內振動，面內振動模態又分為對稱和反對稱模態。與架空導線的初始構形類似，其動力特性的分析有解析法和有限元法兩種。

解析法

解析法是根據達朗貝爾原理建立懸索的自由振動方程進行求解的方法。架空導線的垂跨比一般小於 1/8，並且主要關心面內豎向振動和面外振動，可以忽略縱線向的振動。

有限元法

解析法計算動力特性只適用於兩端鉸接的單檔導線受到豎向均布荷載的情況，對於實際工程中多種荷載和複雜邊界條件下的多檔輸電線的動力特性問題，需要利用有限元方法進行計算。研究認為，在一定的風速和攻角條件下，就會發揮舞動。由於可見，架空導線是否舞動與覆冰導線截面的氣動力特性有關。

防治措施

輸電線路導線舞動的防治是一個複雜的系統工程，各種輸電線路導線舞動治理措施都只能在一定程度上抑制和削弱導線舞動，很難徹底消除。因此必須從規劃設計到運行維護，在避、抗、防等各個環節進行綜合治理，開展全過程舞動治理。

一是對舞動的線路設備進行全面檢查，分析評估舞動對線路設備造成的影響。對舞動幅度大、持續時間長的線路金具和絕緣子進行抽樣試驗，對疲勞受損元件結合停電進行更換。二是對線路舞動區段開展防舞動治理，同塔雙回線路至少一條線路採取防舞措施，重要聯絡線優先治理，其它未舞動區段結合地形、地貌、線路走向、桿塔結構等因素，開展舞動可能性分析，必要時進行治理，確保在發生大面積舞動的情況下，各電壓等級線路，尤其是核心骨幹網架、戰略性輸電通道、重要負荷供電線路等線路的安全穩定運行。三是對線路加裝線夾迴轉式間隔棒、相間間隔棒、雙擺防舞器等防舞裝置進行防舞技術改造。四是在舞動區安裝必要的舞動監測裝置，對輸電線路舞動進行實時監測。建設分散式小型氣象站，對氣象信息進行監視和預警。為調度和應急處置提供技術手段，為舞動治理提供數據支撐。

比如 2013 年，某某境內遭遇大風侵襲，瞬時最大風力達 7 級，當地電業局立即啟動惡劣天氣應急預案，迅速組織人員對各變電站設備及供電線路進行特殊巡視，認真檢查設備區母線及引流線有無鬆動、斷股現象及設備上有無大風颳起的雜物，對輸電線路易舞動區域和線下建築區域加強巡視力度，杜絕一切因大風引起危及設備、線路的安全隱患，確保電網在惡劣天氣下的安全運行。

總之，輸電線的導線舞蹈給安全可靠運行造成了極大的危害，我們需要積極加強力學分析，才能做到有針對性的治理，保證導線舞動治理工作的長期性和連貫性。

舞動事故

2009—2010年冬季,受7次大範圍大風降溫、雨雪冰凍等惡劣天氣影響，公司系統河南、山西、湖南、江西、浙江、東北、遼寧、河北、山東、陝西、湖北、安徽、江蘇等13個網省公司共634條66 kV及以上輸電線路發生舞動現象，造成337條66 kV及以上電壓等級線路發生閃絡跳閘619次。

線路舞動除引起電氣故障外，還同時造成螺栓鬆動、脫落，金具、絕緣子、跳線損壞，導線斷股、斷線，塔材、基礎受損等嚴重的機械損傷。

規律及特點

研究結果表明，線路舞動是由於導線發生偏心覆冰後，在風的激勵作用下產生的一種低頻(約0. 1～ 3 Hz)、大振幅(> 10 m)的自激振動現象。舞動的形成主要取決於3方面的因素，即覆冰、風的激勵(風速及風向)和線路結構參數。2009—2010年冬季發生的線路舞動屬於典型的覆冰舞動，其發生條件、舞動表現形式、造成後果等與以往舞動規律基本一致，但也具有一些新特性。

發生規律

從氣象條件看，2009年11月入冬以來的氣象特點較往年存在較大差異，主要表現為降水多、降溫幅度大、範圍廣、過程頻繁、持續時間長、極端降溫事件多等，每一次天氣過程中均有雨雪冰凍，並伴有大風降溫，極易誘發線路覆冰舞動。7次大面積線路舞動，基本都經歷了雨淞或雨夾雪天氣過程，並有明顯的導線覆冰，覆冰厚度約為4～ 25 mm。

從線路走向看，舞動線路的路徑區域以平坦開闊平原或丘陵為主，96%的舞動線路(區段)為東西走向。由於我國冬季的主導風向以北風或偏北風為主，發生舞動線路的走向與主導風向的夾角普遍> 45°。少數南北走向的舞動線路，舞動發生時的線路受微地形、微氣象影響，舞動發生時風向與線路走向夾角較大。

從線路結構看，不同結構的線路舞動發生情況不盡相同，其中500 kV和220 kV線路舞動情況較多，占舞動線路總數的60%。發生舞動的500 kV線路，其導線多為4分裂、6分裂型式，220 kV線路導線多為雙分裂型式；按桿塔結構型式分，架線較高的同塔雙/多回線路占舞動線路的61.5%，舞動發生區域內的緊湊型線路普遍發生了舞動。

線路舞動特點

與以往線路舞動事件相比，2009—2010年冬季線路舞動表現出一些新的特點：

1)舞動範圍擴大，頻度明顯增加：2009— 2010年冬季7次舞動過程波及14個網省公司，湖北、河南、遼寧等傳統的易舞區線路舞動仍較嚴重，而歷史上極少發生舞動的河北、山東、浙江、山西、陝西、安徽和江蘇等省份也相繼發生了大範圍的舞動現象，舞動區域範圍明顯擴大。冬季每一次大風降溫、冰凍雨雪天氣過程，都有線路舞動事件發生，僅河南就發生了3次大範圍的線路舞動，舞動發生頻度明顯增加。

2)舞動發生規模較大，涉及電壓範圍廣：據統計，2000— 2008年間公司系統500 kV、220 kV舞動線路總數分別為43條和54條；而2009— 2010年冬季的7次舞動中，500 kV、220 kV舞動線路為148和212條，遠超過前9年總和。同時，舞動線路範圍涉及10～ 500 kV各個電壓等級線路，部分通訊線路、電鐵接觸網也發生了舞動故障。

因此，舞動已不能簡單認為是個別地區、個別區段的小機率事件，當氣象、覆冰、線路結構參數等條件滿足舞動發生條件時，各區域、各電壓等級輸電線路均可能發生舞動，並導致線路事故的發生。

3)新型線路抗舞能力較弱：7次線路舞動過程中，同塔雙(多)回線路較之單回線路、緊湊型線路較485之普通線路更易受到舞動影響，在相同氣象、覆冰及地貌條件下，新型線路更易發生舞動，舞動發生後也更易發生跳閘故障，同時造成機械故障。在7次線路舞動過程中,同塔雙回線路舞動390條，占舞動線路總數的62%；單回線路舞動244條，占總數的38%。同塔雙回舞動線路中62%發生跳閘故障，單回舞動線路中39%發生跳閘故障；330 kV 4條舞動線路均為同塔雙回線路。

影響和危害

從以上舞動發生規律及特點的分析可知，輸電線路舞動是一種對電網安全運行危害較大的故障類型，對在運的電網及正在建設中的特高壓及“三華”同步電網的安全穩定運行影響巨大，必須認真開展相關研究,制定有效的防治方案和措施。

複雜結構舞動

目前投運及建設中輸電線路，大多採用6分裂、8分裂等多分裂導線結構，電網網架複雜，桿塔平均高度較高，並大量採用採用同塔雙回桿塔，我國能源分布特點又決定了主要輸電線路網架結構都是東西走向，線路距離較長，線路走廊氣候和地理條件調價複雜，並且線路主體部分與冬季主導風向夾角較大，這些都形成了易於引起舞動的主要因素。

大面積停運

線路舞動影響範圍大，持續時間長，相間故障多發，容易導致電網大面積停電事故。2010-01-20山東發生大面積舞動，自8時18分起至21時50分，13條500 kV線路跳閘36條次，41條220 kV線路跳閘86條次，電網結構遭受嚴重破壞，煙威電網僅通過嶗陽線併網。1月28日河北、山東、河南發生大面積舞動，華北與山東聯網的辛聊雙回線、黃濱雙回線先後故障，山東與華北兩次短時解列，陽城電廠送出的3回線路也先後因舞動導致永久故障，陽城電廠全停。

機械故障

舞動不僅引起短路跳閘，長時間舞動還會導致桿塔螺栓鬆動、強度降低，金具、絕緣子、跳線損壞；導線斷股、斷線，塔材、基礎受損甚至倒塔等大量機械損壞，搶修難度大。另外，舞動造成的桿塔螺栓鬆動、導線、金具、絕緣子隱性損傷等缺陷短時間內往往難以發現，對線路安全運行構成威脅。

治理方法

為提高電網抵禦自然災害的能力，科學合理地選擇防舞技術和措施，規範防舞方案設計，全面開展輸電線路防舞治理，保證嚴重自然災害條件下主網安全穩定運行和安全可靠供電。

治理範圍

1)已發生舞動的輸電線路相應舞動區段應開展防舞治理；其它未舞動區段應開展舞動可能性分析，結合地形、地貌、線路走向、桿塔結構等因素，必要時開展防舞治理。

2)與舞動線路處於同一區域的未舞動線路應開展舞動可能性分析，必要時開展防舞治理。同塔雙回線路應對其中一條線路採取防舞措施。

3)500 kV及以上電壓等級和220 kV重要輸電線路應結合氣象條件、地形、地貌、線路走向、線路參數、桿塔結構等因素開展舞動可能性分析，必要時開展防舞治理。

技術措施

在運輸電線路舞動治理的主要措施是加裝防舞裝置或進行防舞技術改造，其中防舞裝置主要包括：線夾迴轉式間隔棒、相間間隔棒、雙擺防舞器等，上述防舞裝置可組合套用。防舞技術改造包括：改善鐵塔螺栓的防松性能；適當提高桿塔關鍵部位和相關金具的強度；適當縮小檔距和耐張段長度，改變局部地區的線路走向，避開舞動地帶等。

選擇原則

1)500(330)kV及以上電壓等級輸電線路：①同塔雙(多)回輸電線路:優先採用線夾迴轉式間隔棒、相間間隔棒，其次是雙擺防舞器、失諧擺及偏心重錘等。不同迴路可採用不同的防舞裝置；②單回輸電線路：可採用線夾迴轉式間隔棒、雙擺防舞器、失諧擺等；③緊湊型輸電線路：優先採用相間間隔棒,其次是線夾迴轉式間隔棒；④特高壓輸電線路：優先採用線夾迴轉式間隔棒或線夾迴轉式間隔棒雙擺防舞器，其次是雙擺防舞器等。

2)220 kV及以下電壓等級輸電線路：①相導線垂直或三角排列時優先採用相間間隔棒，其次是線夾迴轉式間隔棒、雙擺防舞器等;②相導線水平排列時優先採用線夾迴轉式間隔棒，其次是雙擺防舞器、相間間隔棒、防舞鞭等。