严永忠-辽宁铁法能源有限责任公司.doc

铁法矿区66kV线路覆冰舞动分析及防舞措施 供电部 严永忠 摘 要：从铁法矿区66kV供电线路覆冰舞动形成机理入手，结合线路结构、地理环境以及气象条件等因素，对避舞、抗舞、抑舞三项防舞动措施进行对比分析，研究适合铁法矿区供电线路的防舞动技术，解决了66kV供电线路覆冰舞动难题。 关键词 66kV线路 舞动分析 防舞措施 覆冰舞动是供电线路导线覆冰后，在风作用下产生的一种低频率、大振幅的自激振动现象。根据2000年以来的统计资料显示，辽宁是我国输电线路覆冰舞动多发地区之一，位列全国第三位，舞动发生率占全国的14.8%。 近十几年来，铁法矿区先后发生三起66kV供电线路覆冰舞动事故，造成生产中断，所以，必须采取科学有效的技术手段杜绝覆冰舞动的发生。 1 导线覆冰舞动的概念及形态 1.1 覆冰舞动的概念 当导线结冰以后，导线截面变成非圆形截面，在风荷载的作用下，除了受到顺风向阻力作用外，还受到横风向的升力作用，当阻力和升力满足某种特定条件后，覆冰导线会发生一种低频率、大振幅的振动现象，犹如舞龙一般上下翻飞，形成舞动。它是一种非线性振动中的自激振动。频率范围在0.1～3Hz之间，66kV线路振幅最大可达3m以上。 1.2 导线舞动包括三种形态 垂直与水平两个方向的横向振动；档距两端固定点之间导线的摆动；导线绕其自身轴线或分裂导线绕其分裂圆的中心线的扭振；在上述的三种形态中，主要以自激振动的横向振动和强迫振动的扭转振动较多，它们之间还存在惯性耦合与空气动力耦合关系，是线路覆冰舞动的重要诱发因素。 2 导线覆冰舞动的影响因素 影响输电线路导线覆冰舞动的因素很多，且各因素之间又相互影响，使得舞致力的激发与扩展情况复杂多变。但一般归纳为地理因素、气象条件、线路自身因素等几个方面。其中，地理因素主要指输电线路所在地的地形与地势；气象条件因素主要指导线的覆冰雪情况和风力大小与方向等；线路自身因素主要是指线路走向，输电线路系统的结构和参数等。 2.1 线路走向的影响 导线舞动的大小与状态，主要决定于风向对导线轴线的夹角。当夹角为90°时，诱发舞动的可能性最大；反之，当夹角为0°时，即风向平行于导线轴线时，则引起舞动的可能性最小。 一般导线舞动是在覆冰后，辽北地区多发生在初冬、初春季节。多以北风、南风为主，所以，当线路东西走向时，风向与导线轴线的夹角在45°～90°之间时，极易产生舞动。 2.2 地形与地势的影响 地形与地势对舞动的影响主要表现在其对风速和风的流态影响。原因在于，在同等气象条件下，与山区丘陵地区相比，平原开阔地区风速更大，更易形成稳态风，这将更加利于舞动的形成。 2.3 冰风参数的影响 覆冰雪与风是导线舞动主要的外激励源。它们在一定的气象条件下产生，且彼此影响。当大气层中存在大量微小的过冷水滴而没有足够的凝结核时，在下降过程中，遇到输电导线时就有可能附着在导线表面，形成覆冰。当风速较小时，在导线的迎风面形成覆冰；当风速度较大时，在导线的背风面形成覆冰。导线覆冰后的形状又会影响空气动力的状态。覆冰、空气动力状态和其他气象因素具有很大的随机性，在舞动研究与计算时，通常是根据统计资料来进行的。 2.4 线路结构与参数的影响 如果把气象条件和地形、地势条件看作是引起导线舞动的外因，那么线路本身的结构和参数，就是引起舞动的内因。 （1）导线类型的影响。许多国内外观测资料表明，在同样的地理与气象条件下，分裂导线要比单导线容易发生舞动。其扭转刚度大大高于相同截面的单导线，在偏心覆冰后很难绕其自身轴线扭转，偏心覆冰状况得不到缓解。而对单导线的中心线而言，导线的覆冰一般总是偏心且朝向迎风面，这个偏心质量会引起导线绕其自身轴线产生扭转，从而改变导线的迎风面。这样不断覆冰，不断扭转的结果，使得覆冰截面的形状趋于圆形，以致削弱了作用在导线上的空气动力荷载，对舞动有一定的抑制作用。 （2）导线直径的影响。大截面的导线比小截面导线易于产生舞动。这是因为同种材料的导线截面越小，扭转刚度越小，偏心覆冰后易发生扭转，不至于使冰雪附着在同一方向。而大截面的导线的覆冰层更多的堆积在同一方向，是导线迎风面与背风面的冰层厚度差增大，覆冰截面的偏心度比小截面导线的大，更利于产生输电线路舞动。 导线覆冰舞动的力学分析 3.1 受力分析 取任意输电线路导线段L为研究对象，进行受力分析（图1）。导线及覆冰重力G，重力方向始终垂直向下，具有正激励作用。导线张力T的方向沿切线方向，它随微元段受力情况的变化而变化，张力T与导线弛度有关。公有重力作用时，导线所承受的张力T为静态张力；导线受重力、覆冰、风力等力的作用时，导线所承受的张力T是一动态张力。风荷载P，风力以风压的形式将大部分的能量作用在导线上；当风吹动导线时，由于