架空输电导线覆冰防舞装置—

架空输电导线覆冰防舞装置——扰流防舞器

　　随着电力工业的迅速发展,使得架空输电线路的安全运行显得越来越重要。在风的作用下，架空输电线路存在着高频振动（即微风振动）、次档距振动及低频振动（即导线舞动）3种振动方式。
　　架空输电导线的舞动是在一定的自然环境下发生的，它是指由水平方向的风对非对称回转截面导线（覆冰所致）所产生升力变化而引起的一种低频（0.1～3 Hz）、大振幅（导线直径的5～300倍）自激振动。舞动的频率范围一般为0.1～1 Hz，振幅从几十厘米到十一、二米均有出现，由于舞动的持续时间较长，会造成导线及金具的疲劳破坏、磨损和导线断股，有时甚至造成输电线路停电跳闸及杆塔倾斜或倒塌等恶性事故，严重威胁架空输电线路的安全生产运行。
　　输电导线舞动是一个含有随机因素与非线性特征的复杂问题。当导线覆冰时，这种现象经常发生并引起严重的停电及损害。我国发现首例导线舞动现象是在1957年，其后多次发生导线舞动现象。如1987年2月19～21日，鄂西钟祥境内中山口大跨越导线发生了一次强烈的覆冰舞动，造成5条导线损伤，1988年该处再次舞动造成导线1伤1断。1992年10月3～4日，青海省龙羊峡至西宁的2回330 kV输电线路在日月山口地段发生了覆冰倒塔8基的重大事故。1993年11月19日，葛双Ⅱ回500 kV线路在距荆门市19 km处海拔500 m的山上出现了严重覆冰，造成7基杆塔倒塌、5根子导线被拉断的事故。1994年11月16日7时，葛双Ⅱ回再次在1993年事故地段发生覆冰倒杆塔事故。在国内外，对导线舞动机理及防舞措施的研究越来越受到有关部门的重视。
1 导线舞动的模式、产生条件及防舞方法
　　舞动的形成取决于覆冰、风激励和导线结构参数3方面的因素。覆冰状况由气温、降雨及降雪等条件决定，它具有随机性，且它与风速的组合也是随机的。由于导线覆冰各种条件的差异，所覆冰雪的形状各异，导线截面以及导线架设条件不同，再加上引起舞动的风速和风向也变化无穷，所以发生导线舞动现象的原因极为复杂，也就是说对导线舞动的研究较多的受随机因素的影响。另外，输电导线是一根或一组悬垂柔性体，其结构及振动时的状态表现出非线性，风激励产生的载荷与运动中的结构相互作用又导致动力非线性。受随机因素影响及此两类非线性问题使得对输电导线舞动问题的研究成为一个含随机因素与非线性特征，并涉及多个学科的一个综合性课题。
1.1 导线舞动的模式
　　导线舞动大致分3种模式:①横向(垂直方向)激发模式。这种理论认为导线元的升力对于攻角具有较大的负斜率，此时其所受的升力与振动方向相同,导线元在运动中吸收能量变为不稳定状态,在一定条件下,任何微小的风扰动都有可能引起大振幅的振动。②扭转激发模式。这种理论认为，当空气动力中的扭转阻尼为负并且大于导线的固有扭转阻尼时，若此时的扭转频率接近于垂直向的谐振舞动频率，则纯的扭转不稳定性可能诱发垂直向的舞动。③偏心惯性耦合激发模式。在雨量与风速都很大时,导线覆冰常覆在背风面,即偏心质量位于背风面，即使此时横向振动和扭转振动可能分别都是稳定的，但由于偏心惯性作用会引起攻角变化，从而使相应的升力对横向振动形成正反馈，加剧横向振动，并逐渐积聚能量，较后形成大幅度的舞动。
1.2 导线舞动产生的条件
　　从舞动机理分析可知，输电导线的舞动主要是由于导线覆冰后改变了导线的空气动力学特性或者使扭转频率与上下频率相重合，从而产生与上下运动同步的升力或者直接产生与垂直运动同步的升力。因此导线舞动必须满足3个条件：①导线上有覆冰；②满足一定的空气动力特性；③频率耦合。
1.3 防舞方法
　　防舞方法从以下4个方面进行考虑：①防止导线结冰或进行除冰处理，从根本上消除舞动的因素。②改变导线的空气动力特性，削弱与上下运动同步的升力，削弱产生自激扭转的扭矩。③改变导线的扭转特性或调整系统的固有结构参数，使导线在结冰后扭转频率与垂直运动的频率保持分离。④改变导线的机械特性，增大阻尼，使导线在运动过程中消耗掉一部分动能，从而不致于发展成为大振幅的舞动。
2 扰流防舞器组成与工作原理
　　覆冰导线舞动的根本起因是由于导线覆冰后形成了非圆断面从而使升力曲线具有负斜率的原故。如能消除覆冰，就能从根本上消除舞动。
　　导线覆冰有如下规律：①当气温较低（约-5～-13 ℃，后同），雨量较小时，一般形成新月覆冰；②当气温较低，雨量较大，风速一般时,一般形成扇形覆冰；③当气温较低，雨量较大,风速较大时，一般形成D形覆冰；④当气温较高（约-3～0 ℃），雨量较大,风速一般时，一般形成垂挂式覆冰。
　　扰流防舞器是一种由具有刚性、耐腐蚀性和热塑性的非金属或金属材料预绞成型的防舞装置。它由两端的夹紧部分及中间的扰流段部分组成，扰流线与导线的的直径比为078，见图1。2个夹紧部分的作用是将气流干扰线夹紧在导线上；2~3个完整节距螺旋段（即干扰部分）的作用是通过一定的螺旋绕在导线上以改变各处覆冰导线的断面，破坏或抵消引起舞动的空气动力升力和扭矩；1个支撑螺旋体段在安装干扰线时起支撑作用。
　　扰流防舞器的基本原理是在导线上缠绕由金属或塑料制成的螺旋线状物体以改变各处覆冰导线的断面，这样导线在覆冰后由于其各段断面相互不同,因此所引起的空气动力效应就会相互干扰与制约,从而破坏了起舞的条件。导线缠上扰流防舞器后,其升力系数明显减小,升力系数曲线变化也趋于平稳；其阻力系数明显增大，并约为一恒定值，阻力系数的增大能使导线在运动过程中消耗更多的能量，有利于抑制输电导线舞动的发生。
3 实际应用
　　在湖北中山口大跨越导线上将一批扰流防舞器安装在档距的2/9、1/2、7/93 处的试验方案对抑制导线舞动取得了很好的试验效果。1988年12月，该跨越段未经治理时，其姚双线舞动幅度的观测值为10 m，计算值为11.09 m。1990年1月，在该跨越段安装上扰流防舞器后则实际上已观测不到舞动，计算舞动幅值也仅为0.58 m。1993年11月，原已治理好的姚双线因覆冰厚度达38～48 mm（1990年为15～20 mm），超过了设防水平，所以产生了约3 m舞幅的舞动。即便如此，在安装了扰流防舞器的各点处振幅较小，形成节点，限制了低阶舞动和相应的大舞幅的出现。

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