架空输电线路舞动危害、影响因素及防舞意义

1.什么叫舞动

架空输电线路导线发生偏心覆冰后，在风的激励下产生的一种低频率、大振幅自激振动现象。通俗讲就是当风吹到因覆冰而变为非圆截面的导线上时，产生一定的空气动力，由此会诱发导线产生一种低频率（约0.1~3 Hz）、大振幅的自激振荡，由于其形态上下翻飞，形如龙舞，称舞动。

输电线路舞动的发生通常取决于三方面的要素：导线不均匀覆冰、风激励和线路结构参数。舞动产生的危害是多方面的，轻者会发生闪络、跳闸，重者发生金具及绝缘子损坏，导线断股、断线，杆塔螺栓松动、脱落，甚至倒塔，导致重大电网事故。易于发生舞动的局部敏感地段主要在风口、开阔地带、江河湖面等易于覆冰，且风激励较强的地区。为防止线路舞动，一般采取安装相间间隔棒、线夹回转式间隔棒、双摆防舞器、失谐摆、偏心重锤等防舞装置 。

2. 线路舞动的危害

线路舞动的危害主要有机械损伤和电气故障两类。机械损伤包括螺栓松动、脱落，金具、绝缘子、跳线损坏，导线断股、断线，塔材、基础受损等；电气故障主要包括相间跳闸、闪络，导线烧蚀、断线，相地短路以及混线跳闸等。

2.1 机械损伤

螺栓松动、脱落：输电线路舞动使耐张塔的主材接点和横担紧固螺栓松扣、磨损甚至剪断，严重影响铁塔受力。如1987年11月某地区的导线舞动造成500 kV某线l5基耐张塔螺栓脱落共411个，引流间隔棒损坏共7个；而17个耐张段中的218基直线塔只有15基螺栓脱落共66个。

图 螺栓松动、脱落

金具、绝缘子、跳线损坏：由于舞动的力学作用，使得已有内部绝缘损坏或机械损伤的绝缘子钢脚破裂，造成掉线停电。如1999年3月、11月导线大面积舞动中，500 kV某线582#塔中相、某线25#塔C相、某线180#塔B相的绝缘子钢脚球头断裂，导线掉落烧损，供电中断。

导线断股、断线：舞动产生的导线交变应力造成导线损伤或导线金具磨损，导线断线。如1987年2月某地区A线、B线同塔大跨越导线舞动持续70多小时，使塔上线夹中的销钉33个切断、13个严重移位，多处导线磨伤，1988年12月该处又发生持续30多小时的舞动，造成B线中相一根子导线断落。

塔材、基础受损：舞动增加了杆塔交变应力，便杆塔横担和塔身失稳或塔材松动，影响运行。如1999年11月某地区大面积导线舞动，加之钢管混凝土杆焊接中的隐性缺陷，使220kV某线82#、83#失稳倒塔。

图 杆塔倒塔

2.2 电气故障

相间跳闸、闪络：舞动会导致导线间隙减小，从而引起相间短路。如某地区1985年11月220 kV某线的相间放电跳闸，1987年3月220 kV某线的相间放电跳闸，1993年11月220kV某线的多次跳闸。66kV输电线路导线舞动的最大危害是相间短路跳闸，并且容易造成导线严重烧伤。如1985年1月某地区的导线舞动，某南北线严重时15 min内跳闸5次，某东西线1h内跳闸9次，两条线路的跳闸最小间隔仅1 min，跳闸原因均为相间短路。

导线烧蚀、断线：如1993年11月导线舞动造成某线断线，2009年4月导线舞动造成500kV某线48号塔小号侧A相（上左相）第5子导线间隔棒附近有放电痕迹，B相第4子导线间隔棒附近及第7子导线间隔棒附近也有放电痕迹。

相地跳闸：舞动也会导致导线和地线的间隙减小，从而引起相地短路。如2003年某地区500 kV某线输电线路发生两次强烈舞动，最大振幅超过7m，引起导线对地线放电，线路跳闸，同时造成金具严重磨损、断裂、脱落，导线断股、脱落，送电被迫中断。

混线跳闸：如1999年11月导线舞动使某地区一次变配出的66 kV线路（多为四回路或双回路同塔）大面积混线跳闸，最终造成某变电所66 kV母线全停的严重后果。

3. 舞动影响的因素

影响输电线路舞动的因素很多且其之间会相互影响，一般归纳为气象条件因素、地理因素、线路自身因素等方面。其中，气象条件因素主要指导线的覆冰情况和风的大小与方向等；地理因素主要指输电线路所在区域的地形与地势；线路自身因素主要是指线路走向、线路系统的结构和参数等。

3.1 冰风参数

覆冰与风是导线舞动的主要外激励源，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，水滴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、空气动力状态等因素具有很大的随机性。对于导线舞动来说，冰风因素是主要的激励源，具有关键的作用，它们的产生及其形态不仅与气象条件密切相关，而且彼此相互影响。例如，在同样的雨凇条件下，风速的大小将会影响导线覆冰的形状，进而影响导线的空气动力状态。显然，这些影响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考虑的。

3.1.1 导线覆冰的类型与条件

（a）雾凇

由山区低层云中的过冷水滴形成。水滴在温度极低、风速很小的情况下遇到导线，在第二批水滴尚未到达之前，第一批水滴几乎即刻成冰，冻结在导线上，由此形成雾凇。积冰呈白色，晶状结构，密度δ＜0.6 g/cm3，在导线上的附着力比较弱。由于雾凇覆冰层不厚，冰重不大，偏心情况也不严重，对导线一般不构成威胁。

（b）霜凇。

当温度在0℃上下、风速较大时，会形成霜凇。其水滴冻结比较弱，但在导线上的附着力却比较强。冰质透明，密度较高，在0.63~0.9 g/cm3之间变化。导线长期暴露在湿云中而气温又在冰点左右时易于形成霜凇，霜凇重量会逐渐增大，其重力会对导线与杆塔构成威胁。

（c）雨凇

雨凇多发生在低海拔地区的冻雨期，在温度接近0℃、风速较大时产生。冰质透明，在导线上的附着力极强，冰的密度也很高，在0.90~0.92gcm3之间。在雨凇地区，由于冻雨的持续时间较长，可能形成较厚而坚实且不易脱落的覆冰层，成为发生导线舞动的重大威胁。如湖北中山口是全国最严重的雨凇区之一，雨凇常持续数十小时至几昼夜，气温在0~-8℃之间，形成偏心覆冰的厚度一般为15~20mm，最严重的一次甚至达到38~48mm。

3.1.2 导线覆冰的必要气象条件

导线覆冰的必要气象条件是：1具有足可冻结的气温，即冰点以下的温度；2具有较高的湿度，即空气相对湿度一般在85%以上；3具有可使空气中的水滴运动的风速，即大于1m/s的风速。一般来说，水滴直径大，过冷却程度低，周围气温较高，以致水滴潜热散发较慢时，导线容易形成雨凇；反之，水滴直径小，过冷却程度高，周围气温低，以致水滴潜热能迅速散失掉时，导线容易形成雾凇。

导线覆冰最快时的风速为3~6m/s，如果风速小于3m/s，则导线覆冰速度与风速成正比；如果风速大于6m/s，则导线覆冰速度与风速成反比。在覆冰过程中，风对导线覆冰形状起着重要作用，它将大量的过冷却水滴源源不断地输向线路，水滴与导线相碰撞，被导线捕获而加速覆冰。当具备了形成覆冰的温度和湿度条件后，除了风速的大小对覆冰有影响外，风向也是决定导线覆冰轻重的重要参数之一：风向与导线平行，或当与导线之间的夹角小于45°或大于150°时，覆冰较轻；风向与线路垂直，或风与导线之间的夹角大于45°或小于150°时，覆冰较重。导线覆冰的轻重还取决于山脉走向、坡向与分水岭、风口、江湖水体等因素。东西走向山脉的迎风坡在冬季覆冰较背风坡严重；分水岭、风口处线路覆冰较其他地形严重；江湖水体对导线覆冰影响也十分明显，水汽充足时，导线覆冰严重，附近无水源时，导线覆冰较轻；一般海拔高程愈高，愈容易覆冰，覆冰也越厚，且多为雾凇，海拔高程较低处，多为雨凇或混合凇。

3.1.3 冰形状

不均匀覆冰是造成舞动的主要原因，因此，了解不同的覆冰形状对研究舞动很有必要。在气温低（-8~-11℃）、雨量较少的情况下，由于细小水滴与导线表面一触即凝，易形成典型的新月形覆冰；而当气温较高、雨量较大时，水滴到达导线表面时达不到一触即凝，此时，如果风速较低，易形成典型的扇形覆冰，若风速较高，在水滴未凝结之前被风排挤而易形成近似D形的覆冰，且导线覆冰下垂部分将继续生长成冰凌。这几种冰形都极易发生舞动。

3.1.4 风激励

风激励是导线舞动的直接原因。一段线路舞动的大小与状态主要决定于风向与导线轴线的夹角：当夹角为90°时，对舞动的影响最大；反之，当夹角为零，即风向平行于导线轴线时，引起舞动的可能性最小。另一方面，导线舞动多产生于平原开阔地带。同时，不同的风速会决定不同的覆冰形式，进而影响导线空气动力状态，而且风的方向与线路走向的夹角不同也会使其产生不同的运动状态。根据目前的统计资料，在我国范围内，发生舞动的风速集中在5~10m/s 之间，约占所有舞动情况中的50%，而在30m/