输电导线舞动的分析及防治毕业设计

1、摘 要风力对输电线路的危害很大，除了大风引起倒杆、杆塔倾斜、断线等造成架空电力线路停电事故外，还会因风在较低风速或中等风速情况下使导线和避雷线引起舞动，发生跳跃，造成碰线、混线闪络事故，严重时会因导线舞动造成断线、倒杆、断杆事故。为了保证线路的安全运行和稳定性，有必要对导线舞动现象进行分析，并制定相应的控制措施。适当调整导线弧垂，降低平均运行应力，加强线路维护，提高安装和检修质，提高思想认识，加强对架空线路的防振观念目前发现运行中的输电线路发生舞动的现象有增加的趋势，越来越多的防振锤松脱、滑动的缺陷被运行人员发现，如220kV增万甲线N42-N43档的导线就出现了的明显舞动现象，档内防振锤分别

2、出现了长距离的滑动，滑动距离达到2-10m。随着近年电力供求矛盾的加剧，本地区电网停电检修的时间越趋于紧张，部分缺陷消除的周期不可避免地延长。为了保证该线路的安全运行和线路的稳定性，有必要对导线舞动现象进行分析，并制定相应的控制措施。关键词：导线 舞动 危害 控制 目录摘要11绪论32 输电导线的物理机理及危害52.1导线的舞动定义52.2 影响舞动的因素82.3 增万甲线N42-N43档舞动原因93 防止导线因舞动导致的措施103.1加装护线条，加强导线的机械强度113.2加装防振锤113.3 使用新型防振锤113.4加装阻尼线123.5适当调整导线弧垂，降低平均运行应力123.6加强线路维

3、护，提高安装和检修质量123.7提高思想认识，加强对架空线路的防舞动观念133.8其他抗舞措施134 成效16全文总结17致谢辞18参考文献191 绪论随着经济的发展，人们对电力的需求急增，对供电的稳定性要求也越高。保证线路运行的安全，保证供电的可靠，是运行部门的重任。因此，要求运行、检修人员在运行过程中及时发现线路的缺陷，认真分析各种缺陷对线路的危害，根据缺陷的具体情况对线路进行检修。我国自20世纪50年代就已发现覆冰及无冰单导线上产生的舞动，但未着手进行研究与防护。直至20世纪70年代起我国开始建设500kV3、4分裂导线线路，舞动更为普遍并不断造成舞动混线短路事故，特别是自1987年19

4、94年湖北500kV3分裂导线中山口大跨越相继发生5次舞动，初次未加防护的舞动振幅高达10m左右，造成导线磨断和大量金具、护线条及导线损坏和磨损。1989年1990年500kV葛常株湘江及沅水大跨越相继发生振幅高达12m15m的舞动，其后才引起国内有关运行和科研部门的重视，并相继进行理论研究。 2008年1月10日至1月底，贵州、湖南、江西、浙江等地持续低温（-15），降水降雪丰富，风速一般在4m/s15m/s，造成上述省份的输电线路大范围严重覆冰，其中不少线路发生架空导线舞动，造成铁塔连接螺栓松脱、构件疲劳失效等现象，严重时引起倒塔，对春运及人民群众安度春节造成了很大的影响。 2009年11

5、月9日至2010年1月20日，受三次大范围大风降温降雨雪等恶劣天气过程的影响，河南、山东、湖南、江西、山西、浙江、辽宁、河北等地输电线路发生不同程度的导线覆冰舞动，涉及10kV500kV各电压等级的输配电线路，严重时造成线路跳闸，停运，变电站失压，电厂机组停运，涉及设备之多，危害影响之大为，历年罕见，电网迎峰度冬形势异常严峻。目前发现运行中的输电线路发生舞动的现象有增加的趋势，越来越多的防振锤松脱、滑动的缺陷被运行人员发现，如220kV增万甲线N42-N43档的导线就出现了的明显舞动现象，档内防振锤分别出现了长距离的滑动，滑动距离达到2-10m。随着近年电力供求矛盾的加剧，本地区电网停电检修的

6、时间越趋于紧张，部分缺陷消除的周期不可避免地延长。为了保证该线路的安全运行和线路的稳定性，有必要对导线舞动现象进行分析，并制定相应的控制措施。2 输电导线舞动机理及危害2.1 导线的舞动定义由于导线上的非回转对称的翼状覆冰和不同期脱冰而导致的避雷线的空气动力特性发生变化而引起的低频、高振幅的振动现象。舞动或驰振是指由水平方向的风对非对称截面线条所产生的升力而引起的一种低频（频率约在0.13Hz)、大振幅（振幅约为导线直径的5300倍，可达10）的自激振动。导线舞动通常发生于因导线覆冰而形成非圆截面的情况下，只有个别情况例外。所以舞动的形成取决于三方面的因素,即导线覆冰、风激励和线路结构与参数。

7、2.1.1 舞动的形成条件（1）气象条件：气温t=0-7，风速v515m/s（有时在-5或更低，如-10），冬季及早春。如87年2月1617日天津塘沽、湖北中山口大跨越等地的舞动均发生于此气象条件下。（2）地形条件：风口地段、开阔的平原。（3）风向：风向与线路轴向线的夹角为4590（3070）时易舞动。（4）气压条件：气压高，易舞动。 气压高，导线在大气中的比重降低，易推动导线上下运动；气压低，导地线在大气中的比重上升，不易推动导线上下运动。故西北地区不发生舞动（海拔高，气压低）；而中原一带，如邯郸地区，海拔低，气压高，在1968-1980年间，35kV、110 kV、220 kV等级有7条线

8、路舞动。2.1.2 舞动机理（1）Den. Hartog垂直舞动机理当覆冰导线的空气动力阻尼为负并大于导线的横向固有阻尼时，无耦合的垂直运动出现不稳定性，即舞动是由空气动力产生的负阻尼所引起的。（2）O. Nigol扭转舞动机理当覆冰导线的空气动力扭转阻尼为负，并大于导线的扭转固有阻尼时，扭转运动成为自激产生振动，当扭转运动频率接近垂直或水平谐振频率之一时，从而产生大幅度的舞动，即舞动是由扭转自激产生的。（3）惯性耦合舞动机理当横向振动频率和扭转振动频率接近时，横向运动通过偏心惯性诱发扭转运动,当位于升力曲线的负斜率区域时，横向运动和扭转运动通过耦合相互加强，形成大幅度的舞动，即舞动是由惯性耦

9、合失稳引起的。 2.1.3 舞动特征及特点导线结构型式是影响导线舞动的因素之一，在相同的环境、气象条件下，分裂导线要比单导线容易产生舞动，并且大截面的导线要比常规截面的导线易于产生舞动。这主要是因为多分裂、大截面导线扭转刚度大，易于形成不均匀覆冰。此外，舞动是自激振动，其产生与导线固有频率有关。随着我国电力建设的发展，已呈现出一种多分裂，大截面的发展趋势，因此对舞动的研究与治理已经刻不容缓。调查分析认为，近年来冬季输电线路覆冰舞动是典型的线路覆冰舞动，其发生条件、舞动表现形式及造成的后果都与以往的舞动情况基本一致。与以往相比，近期的舞动也出现一些新的特点：（1）范围大、频率高、涉及各电压等级通

10、过近几年调查分析，输电线路舞动发生范围相当广，遍及河南、湖北、山东、山西、辽宁等多个省份，涉及各个电压等级的输配电线路，且频率相当高。以山东为例，本次舞动不仅10kV500kV线路都观测到了舞动发生，而且区域内的通讯线路和电铁接触网也发生了舞动，造成胶济铁路停运155min。（2）范围在扩大以往发生的舞动主要集中在传统的易舞区和易舞段，如湖北、河南、辽宁等地区。但近几年发生舞动的省份如湖南、云南、浙江、贵州等，在历史上极少有舞动记录。舞动已不仅仅局限在有限的范围内，而是遍及到我国大部分地区和省份，应引起足够的重视。（3）电网灾害应急机制的建立在发生大面积舞动后，面对电网危机情况，我们国家的有关

11、单位和人员及时启动应急预案，主要领导亲自指挥抢修，各单位人员各负其责，开展故障特巡，及时组织抢修，恢复线路运行，避免的大范围电网事故的发生。（4）舞动的特征、振幅、频率、波长和持续时间特征：在垂直面及水平面内舞动，其轨迹近似于椭圆。振幅A：可达0.33m，Amax可达1215m；频率：f0.10.75Hz（20120周/min）波长：半波长l/21040m，最大可达150400m（档距越大，波长越大，有时整档只有一个或24个半波）持续时间：几小时或几昼夜。如：87年2.1921日，荆州、武汉两地110 kV、220 kV500 kV（姚双、双凤、葛风线）共6条线路舞动持续有3天。（5）舞动的特

12、点1）与电压关系不大。各种电压等级的线路上均发生过。2）引起跳闸的次数多：3）与覆冰厚度没有显著的相关性：b100mm至很小的冰厚均有发生。4）与地形、档距、导线直径及导线张力之间有一定的关系：一般，平原比山区易舞动、大档距比小档距易舞动、大直径的导线比小直径导线易舞动、导线张力低（28kg/mm2）易舞动。但也有特殊情况，如有些线路上各参数相同的两相邻导线一档舞动而另一档不舞动；一档中，一相舞动而另两相不舞动。根据现有资料，自1957年至1992年初，我国共发生了44次导线舞动，波及到线路161条，致伤导线66根，引起线路跳闸119次以上。发生舞动最多的是沈阳、鞍山、丹东、锦州一带，自195

13、71990年的33年中有18年发生舞动，共计25次，波及线路86条次。其次是湖北省的荆州、武汉、宜昌、荆门地区，近7年共发生舞动2次，波及线路37条次。 2.1.4 舞动的危害（1）使杆塔产生很大有动载荷危及杆塔。舞动严重时,塔身摇晃、耐张塔横担顺线摆动、扭曲变形、近塔身处联结螺栓松动、损坏、脱落等。（2）线路跳闸和停电。 舞动可使导线相间距离缩短或碰撞而产生闪络烧伤导线,并引起跳闸。（3）损伤导、地线： 舞动导线在悬垂线夹出口处以及防振装置、间隔棒握紧端头处位移、磨损、断股甚至断线。混线导、地线碰撞、闪络烧伤或磨损及导线断股等。（4）金具及部件受损： 间隔棒握线夹头部松动或折断,造成间隔棒掉

14、落；大量护线条损伤,危及导线；悬垂线夹船体移动,联结螺栓松动、损坏、脱落、防振金具钢线疲劳、锤头掉落等。 架空电力线路，架设在空中其导线可视为是一个长圆柱体，根据空气动力学原理，当空气在空中遇到圆柱体(如导线)时，在柱体的后面形成涡流，如果涡流在柱体上部和下部交替着形成，此种状态就能继续存在下去。当涡流在导线(柱体)下部形成时，柱体上部气流速度较柱体下部为大，这时，风对柱体的压力就有一个垂直向上的分量，当这量大到一定程度时，就能使柱体向上移动。当涡流在柱体的上部形成时，同理柱体受到一个垂直向下的冲击，使导线向下移动。当风向与线路垂直，且交替地产生向上或向下的作用力，如果这一作用力的频率相等或接

15、近时就造成导线的振荡，这种振荡称为舞动，导线的舞动是产生在垂直面内。 2.2 影响舞动的因素使导线产生稳定舞动的原动力是有规律的周期性的冲击作用，也就是说涡流的形成是周期性的，而这种周期性的涡流只有当均匀的气流（风速在0.48m/s）碰到导线时才能发生，因而可以说使导线发生稳定性的舞动的先决条件是均匀气流。均匀气流形成与很多因素有关。 （1）风速及导线距地面高度、（2）电压等级、（3）风向与线路见的夹角、（4）地理条件、（5）张力的大小2.3 增万甲线N42-N43档舞动原因220kV增万甲线N42-N43跨东江支流，两座铁塔是直线塔，呼称高分别为40 和45 m，档距为457m，铁塔附近都是

16、水田。从上面的分析可以看出，220kV增万甲线N42N43档2端的铁塔较高，使导线悬挂高度处于一个较高的水平面，极容易受到风力的影响而形成均匀气流。由于该档垂直跨越较阔的江面，而江面非常容易形成顺着江面纵向的均匀风，并作用于横跨江面的输电线路。加上220kV增万甲线N42-N43处于平坦、开阔的水田区，地理环境有利于风对导线形成均匀气流。由于220kV增万甲线采用的防舞动设备是FD防振锤，且安装时采用全线等距安装的方法，对风的响应频率较为单一，只能对某一频率起到较好的防振作用。当FD型防振锤因其他频率风速发生滑动后，线路的防振设备形同虚设。此时，风引起的高空振动能量，除以导线振动的形式释放外，

17、再没有别的途径，振动就出现了。因此，220kV增万甲线N42-N43档振动的主要原因是由于防振设备设计存在的缺陷和所处地形造成的。 3 防止导线因舞动导致的措施舞动的形成主要取决于三个方面的因素，即覆冰及其截面形状；风速及其风向；导线系统的自身参数。与此相应的防舞动措施三个方面着手：从气象条件考虑，避开易于形成覆冰的区域与线路走向；从机械与电气的角度，提高线路系统的抵抗舞动的能力；从改变与调整导线系统的参数出发，采取各种防舞动装置与措施。即遵循“避舞”、“抗舞”、“抑舞”的原则。 避舞措施在规划、勘测、设计阶段就要充分考虑防舞要求，预先排除舞动发生的外因，灵活机动地采取避舞措施可收到事半功倍的

18、防舞效果。具体作法如下： （1）认真调查气象资料：包括历年来冬季和初春的气温、主导风向、风速、相对湿度、冻雨、雨淞或雨夹雪等情况,（2）合理划分舞动区：结合线路经过地区现有的各电压等级输电线路舞动的频发度及微地形条件,合理划分舞动区。 参考前苏联导线舞动区域图绘制原则,可将舞动区划分为:强舞动区:舞动周期每10有2次或以上;轻舞动区:舞动周期每10最多1次;少舞动区:舞动周期每10不会有1次。（3）合理选择路径和走向 ）应力求避开或少穿越冻雨或雨淞区。 ）应尽量避免横跨垭口、风口及通过江河湖泊、水库等易覆冰地带。 ）在上述2条无法避免时,尽量使跨越段走向与冬季或初春季节主导风向夹角小于45,二

19、者越接近平行对防舞越有利。 ）翻越山岭时,应避免大档距、大高差,沿山岭通过时,宜沿导线覆冰时背风坡走线。 ）应尽量避免使线路转角点建立在突出开阔的山脊或分水岭上,转角度数不宜过大。 （4）在易覆冰区采取必要的防冰措施 ） 安装防冰环 宜昌供电局采用该装置后,效果不错,而且防冰环价廉,不会增加线路的造价,国外(如日本)采用该装置使用效果都很好,值得推荐。 ） 安装低居里合金套管或缠绕低居里合金线 中山口大跨越输电线路上使用武高所研制的合金线后证实有融冰效果,但价格太昂贵。我们南方地区一不采用这种措施。3.1加装护线条，加强导线的机械强度当导线发生舞动时，就可防止导线在悬垂线夹出口处发生剧烈的波折

20、也即增加了导线的强度。运行经验证实，采用护线条，不仅能很好的保护导线，而且能减少导线的振动。经检查增万甲线N42、N43导线的出口处暂未受到损伤，没有在导线加装护线条。3.2 加装防振锤当导线发生振动时，线夹随导线一同上、下振动，由于重锤的惰性，使钢绞线两端不断上下弯曲，使钢线股间及分子间都产生磨擦，从而消耗振动能量。钢绞线弯曲得越激烈，所消耗的能量愈大，使风传给导线的振动能量被消耗提不能产生大幅度的振动，而且风传给导线的能量也随振幅下。防振锤消耗的能量也随振幅下降，最终在能量平衡条件下，以很低的振幅振动。考虑到防震锤能较好吸收导线因振动所产生的能量，在导线上加装了防震锤。3.3 使用新型防振

21、锤将旧式防振锤更换成两个锤头不同大小的新型防振锤，由于此种防震锤的锤头大小的不同，能吸收不同频率的导线舞动。能更好的起到防震的作用。因当时没有这种防震锤，没有采用这种方法。3.4加装阻尼线国内处的运行经验证明，阻尼线有较好的防振效果，它在高频率的情况下，比防振锤有更好的防振性能。因当时没有阻尼线，也没有采用此种方法。3.5适当调整导线弧垂，降低平均运行应力因导线振动的振幅和波长直接与导线张力有关，它是影响导线振动的关键因素。当年平均运行应力增大时，导线振幅也相应增大，容易使导线疲劳而断股，所以可适当放松一点弧垂，降低导线运行张力，尽量减少导线振动的机率。 3.6加强线路维护，提高安装和检修质量

22、杆塔组立完毕和导线架设完毕以后,都要按照有关规程，组立完毕和导线架设完毕以后对杆塔和金具的所有连接和紧固螺丝进行一次紧固检查。对地处平坦开阔区的线路,除杆塔的下部应采用防盗螺栓外,杆塔的中上部也应尽量使用防松螺栓或将螺母外螺纹打铆,以防螺母松动。因,输电线路发生振动时,为从导线振动的原理来看导线的振动力是向上或向下垂直导线方向的。而这个振动力的分量势必要从导线的悬挂点(挂线横担)沿塔身向上或向下的传送,在振动力的传送过程里实际上也是一个力的衰减过程,这样就不难理解为什么号铁塔的斜材松动、脱落的位置和铁塔折断位置均在塔身的中上部。3.7提高思想认识，加强对架空线路的防舞动观念为防止在特定的气象及

23、地理条件下特高压线路产生强烈舞动对线路安全稳定运行造成的危害,根据特高压线路与较低电压等级的输电线路相比具有的特点,即分裂数多、导线截面大、对地距离大、档距大、电压等级高等,分析了特高压线路防舞机理,提出特高压线路的防舞设计应以稳定性机理为基本理论依据;研究了应用于特高压输电线路的防舞措施,开发了基于稳定性机理的线夹回转式间隔棒双摆防舞器RCSDPAD,以及改变冰形、减轻风激励的线夹回转式间隔棒RCS两种新型防舞装置;建立了基于新型防舞器的防舞设计方法。研究表明,对一般舞动地区,可使用RCS进行防舞设计;对强舞动地区,应采用RCSDPAD与RCS组合的方法。从设计、施工、运行、检修中采取了不同

24、防舞动措施，大大提高了架空电力线路的安全性和可靠性。3.8其他抗舞措施由于舞动带来的主要威胁是线路的机械损坏与电气故障，因此在设计线路时考虑必要的抗舞措施，以减少舞动造成的危害。此法会增加线路的投资,但与导线舞动造成的直接和间接经济损失相比还是值得的。抗舞措施主要从以下方面着手：（1）在塔头上合理布置导线预先估计导线舞动的运动范围及所产生张力变动值范围，采用舞动椭圆法，事先扩大间隙圆，合理确定导线在塔头上布置设计即使发生舞动也不致引起短路跳闸事故。（2）在强舞动区合理选择导线和金具）宜采用机械强度较高的钢心铝合金导线或能防舞动的导线,如2导线。）大跨越线路宜采用多滚轮、长船托、两道剪切的抗舞悬

25、垂线夹,或采用串接起来的多点固定抗振、抗舞性能较好的固定线夹。）普通档距的线路可采用双联双线夹以增加线夹出口处导线抗弯强度。目前常用的抑舞措施和防舞装置防舞动的措施可以分为如下几类：（1）通过改变导线特性来起到抑制舞动的作用，多数防舞器属于此类，包括失谐摆、抑制扭振型防舞器、双摆防舞器、整体式偏心重锤等；（2）通过提高导线系统的处阻尼来抑制舞动。如由加拿大爱德华兹（A.T.Edwards）设计的终端阻尼器；（3）通过提高风动阻力来达到抑制舞动的目的，如由理查德逊（A.S.Richardson）研制的空气动力阻尼器；（4）通过扰乱沿档气流来达到抑制舞动的目的，如扰流防舞器；（5）通过各种防覆冰措

26、施来达到抑制舞动的目的。如采用低居里点合金材料、使用防雪导线、及大电流融冰等；（6）提高导线的运行张力和缩短档距也可收到不一定的抑制舞动的效果。双摆防舞器及整体式偏心重锤双摆防舞器及整体式偏心重锤是北京电力研究所在湖北超高压局的协作下研制开发的新型防舞装置。双摆防舞器的防舞机理：可提高导线系统的动力稳定性。其在1992年12月湖北中山口大跨越发生的较大舞动中，表现了较明显的防舞效果。并在其它线路上也得到了推广应用。整体式偏心重锤的研制始于1990年，1991年用于华北500kV房津线，1992年用于直流500kV葛上线京山段。1993年在北京电力建设研究所的舞动试验线路上对整体式偏心重锤的防舞

27、效果进行了验证试验，试验结果表明其具有良好的防舞效果。其是借鉴日本的分散式偏心重锤设计运行经验的基础上，结合我国的具体情况研制开发的一种新型的防舞装置。具有提高动力稳定性、提供扭转反馈控制、扰乱沿档气流颁布等综合防舞功能，从原理上可抑制各种类型的舞动。 （2）集中防振锤 在舞动可能出现的半波或波腹处加装重物，利用重力的惯性抑制导线的升力。 如在档内2/9、1/2、7/9或1/4、1/2、1/3处每根导线上集中安装防振锤（数量由起舞的门槛值确定。此法在湖北姚双线中山口大跨越档使用：A只有0.5m，而其它未装防舞器的导线上的振幅为A7m，装失诣摆和双摆稳定防舞器的导线上的振幅A56m。 （3）扰流

28、防舞器利用某种特制的扰流线缠绕在导线上，使得导线与扰流线的合成体的各个截面上形状都彼此不同，即使在覆冰后也依然如此。这样，各个截面上的空气动力（升力、阻力与扭矩）就会互不相同，相互干扰与抵消，达到抑制舞动的目的。 在以上各类防舞装置中,除气流干扰线适宜于220及以下电压等级的线路外，其它的均可在500线路上安装使用。但在进行防舞设计时，必须根据该地区已有线路发生舞动类型选择防舞装置，这样才能收到良好效果。 失谐摆、双摆防舞器、集中防振锤在国内都有运行实绩,尤其值得推广。根据现有500输电线路防舞经验，这些装置的防舞总重量除按公式计算外,其值选取还可按导线自重的5%10%作参考。防舞装置宜采用集

29、中和分散相互结合的布置方式，布置位置在2/9、1/2、7/9档距处可有效地抑制13个半波的舞动，压重装置还可以布置在1/4、1/2、3/4或1/6、1/2、5/6档距处以有效地减小前三阶舞动振幅，并且可适当分散布置防舞装置，避免集中荷重于一点以造成导线局部应力过大。 我们根据220kV增万甲线N42N43档现场运行情况和本单位现有的材料做出相应的措施。 4 成效2011年7月，为防止舞动损伤导线，根据导线舞动机理和影响舞动的因素对220kV增万甲线N42N43档导线舞动进行了处理。首先，对220kV增万甲线N42、N43进行一次登杆检查，仔细检查导线的挂点处是否已经有损伤，确认无损伤后，根据本地区气象特点对和220kV增万甲线的实际情况对导线响应频率进行了计算，调整了防震锤的安装距离。其次，在N42大、小号侧的上、下导线上各加装了两个骨头