导线舞动的防治措施

1、CBXC-00-A0209三峡蔡白线专题报告之九三峡蔡家冲一白鹤500kV高压直流输电线路工程导线舞动的防治措施中南电力设计院2004年7月次序舞动发生年月日舞动发生地 区舞动线路电压等级、 线路名称及条数舞动时的气候状况眺闸次数伤线 （根）断线（根）301987年11月辽宁辽阳66kV线路1条（不明）311987 年 11月16日湖北武汉HOkV青关线1条雨雪，覆薄冰2321987 年 11月25日辽宁沈阳66kV线路共7条小雨转雪，气温-5-7 C, 风速23级，导线覆冰 10mm331988 年 12月24日湖南常德500kV葛岗云线1条有冰冻341988 年 12 月2526日湖北荆州

2、500kV姚双、双凤（中 山口大跨越）葛双线（变 电所出线）共3条小雨转雨淞，气温0-3 ,塔上风速10m/s, 导线覆冰15mm21351988 年 12月28日29湖北荆州500kV姚双、双凤（中 山口大跨越）共2条气温0地面风速 45m/s , 塔上风速 9m/s,导线原有覆冰（约 15mm）未融化361989年1月1113日湖南常德500kV葛岗云线1条冻雨转雹雪，气温-1-2 ,风速9.412.8m/s, 导线覆冰约5mm371989年2月28日湖北荆州500kV姚双、双凤（中 山大跨越）共2条小雨，地面气温4, 塔上高空风速llm/s381989年3月1日湖北荆州500kV姚双、双

3、凤（中 山口大跨越）共2条小雨，地面气温4, 塔上高空风速Hm/s391989年冬湖北荆州220kV周潜线1条雨雪401990年1月2930日湖北荆州35kV线路共3条四 省 共 计条 线 路小雨转雪，气温 -1.3-6.6 ,风速 412m/s ,导线覆冰 425mm2521湖北鄂州110、220kV 线路各1条湖北中山口500kV姚双、双 凤线路共2条湖南常德500kV葛岗云线1条冻雨，下雹雪，气温 4-2 , 风速 1.96.8m/s,导线覆冰约 57mm。次序舞动发生年月日舞动发生地 区舞动线路电压等级、 线路名称及条数舞动时的气候状况眺闸次数伤线 （根）断线（根）安徽芜湖、 淮南22

4、0kV线路1条, 500kV线路2条， 直流500kV线路1条冻雨转大雪，风速7.79.4m/s,导线覆冰辽宁沈阳66kV辽阳线411990年冬湖北荆州、 宜昌220kV 葛荆线、UOkV 热周II回线，共2条雨雪421991年2月27日湖北荆州UOkV胡荆线1条气温14.9 ,风速4.8m/s431991 年 12 月2426日湖北荆州220kV双家线， 500kV姚双、双凤 （中山口大跨越）， 500kV葛南线沙 洋大跨越共6线路 -冻雨到雨淞,气温-6-3 ,风速612m/s,导 线覆冰1525mm安徽淮南500kV线路共2条雨夹雪，雨淞，气温 0-1.2,风速4级， 导线覆冰10mm4

5、41992年3月24日湖北荆州500kV姚双、双凤（中 山口大跨越）共2条冻雨夹雪，气温03, 风速816m/s,导线覆 冰 10mm452001年元月23-25 日湖北潜江500kV葛凤线雨淞夹雪，气温4703 ,风速 5-15.6m/s,导 线覆冰4-12mm,风向 角60-80度。462003 年 2-3 月湖北荆州5ookv龙斗I n回、斗 双线、斗白线共4条雨淞夹雪，气温03, 风速816m/s,导线覆 冰 10mm31总计1957年5月2003年3 月七省市共发 生舞动46 次涉及 10、35、44、66、 110、220、500kV 线路 166条次1222906导线舞动对线路平

6、安运行所造成的危害十分重大，诸如线路频 繁跳闸与停电、导线的磨损、烧伤与断线，金具及有关部件的损坏 等等，都会造成重大的经济损失与社会影响。所以世界各国都投入 了大量的人力、物力，进行了大量的试验和研究，也取得一些行只 有效的，可供借鉴的经验。2、引起舞动的原因分析形成舞动的因素非常复杂，而各种因素又相互影响，经过国内 外对导线舞动的研究，引起导线舞动的因素主要有以下四个方面： 即：线路路走向，地形与地势，当地气象条件以及线路结构。(1)、线路走向的影响一般来说，各种截面模型的空气动力学试验都是按照风向垂直 于模型的轴线方向来进行的。事实上，如果风向与物体的轴线之间 有一个夹角，那么，真正起激

7、振作用的将主要是风激励力的垂直分 量，而平行于物体轴线的分量通常是不会起到激励作用的。基于此, 一段线路舞动的大小与状态，也主要决定于风向对导线轴线的夹角。 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，那么引起舞动的可能性最小。风向固然是一个随机的参数，但导线的舞动是由于冰和风的联 合作用产生的。也就是说，我们这里所说的风向是指使导线覆冰时 的风向，这样，在一般情况下，这个风向就可大致确定。通常，冬 季，尤其在冰雪天，以北风居多，如该线路位于两山夹峙的河谷地 区，风向可能随山势有所偏移。根据常年的风向与风速的记载，是 不难确定舞动研究所需要的风向与风速数据的

8、。例如，中山口大跨越由西向东跨越汉江，基本上是东西走向， 冬季北风与导线轴线的夹角为75。85。，所以，形成了有利于舞动激 发与扩展的地理条件。据前苏联的文献报道，绝大多数的导线舞动发生在风向与线路 夹角为45。90。的情况下。我国的导线舞动的统计资料也说明，在发 生舞动的线路中，风向与线路夹角为45。90。的约占94.6%,其中, 夹角在60。90。的又居多数，约占其中的60%以上。据文献报道，有一项舞动观测实例非常能说明这个问题。有一 条线路处于舞动区，其中，线路轴线与风向垂直的一连数十档都发 生了舞动，而与之相连而走向转角（不再垂直于风向）的线档却没有 发生舞动。在这里，其他的气象条件与

9、线路条件都完全相同，线路 的走向不同起了决定性的作用。、地形与地势的影响根据国内外的统计资料，导线舞动多数产生于平原开阔地区， 这是不难理解的。因为，与山区或丘陵地区相比，平原与开阔地区 无论从风速还是空气的流态来说，都更加有利于舞动的形成。平均风速沿高度的变化规律，称为风速梯度。由于地表的摩擦, 愈接近地面，风速相对较低，只有离地300500m处，才可以认为 风速不再受地表的影响。此外，愈接近地面的空气层，受地势和地面建筑物的影响，流 态愈不稳定。尽管这种流态的空气对导线的作用会带来更多的复杂 影响，但粗略的分析可以看出，不规那么的气流对导线的空气动力载 荷，将会有一定程度的相互抵消，而不及

10、同一方向的气流所造成的 空气动力载荷相互叠加大。所以，线塔愈高，不仅风速愈大，其激 励状态也愈严重。、冰风参数的影响对导线舞动来说，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因素密切相关，而且，它们彼此又 相互影响。例如，在同样的雨淞条件下，风速的大小将会影响成冰 的形状，进而影响空气动力状态。显然，这些问题具有很大的随机 性，在舞动研究与计算时，通常是根据统计资料来进行的。（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了。这些因素 包括：导线的类型（分裂导线或单导线）、张力、弧垂

11、、档距以及导 线的特性与参数等等。根据文献的记载和有关分析研究资料，上述 因素对导线舞动的影响，可以大致归纳如下。导线类型的影响据报道，法国有一条225kV的双回线路，改造成单回400kV线 路，该线路原采用单导线，并已使用15年，未曾观测到舞动现象， 但当采用原来同样的导线，完全按照相同的弧垂架设，并架设在原 来的杆塔上，当然也就具有与原来相同的地理与气象条件，所不同 的只是把原来的单导线换成了双分裂导线，结果，出现了舞动。这 说明在同样的条件下，分裂导线比单导线容易产生舞动。湖北的观测资料也证实了这一点。湖北中山口有两条500kV线 路（姚双和双凤线）跨越汉江，为3分裂导线，在198719

12、90年期间， 曾发生过5次舞动。而就在上游相距仅200m处有一条与之平行跨 江的220kV双家线，为单导线，却从未发生过舞动。此外，许多国内外的观测资料也都说明，在同样的地理与气象 条件下，分裂导线要比单导线容易产生舞动。究竟为什么会出现这种情况，还需要从分裂导线和单导线的有 关参数和舞动特性的差异来进行详细地研究。但二者在覆冰形状上 的差异，肯定是其中的重要原因之一。对导线的中心线而言，导线 的覆冰一般总是偏心而朝向迎风面的，这个偏心质量将会引起导线 绕自身轴线产生扭转，从而改变导线的迎风面。这样不断覆冰、不 断扭转的结果，使得覆冰导线的截面形状趋于圆形，以致削弱了作 用在导线上的空气动力载

13、荷，对舞动有一定的抑制作用。而对于分 裂导线，一般都是每隔几十米就有一个间隔棒，将各子导线连在一 起。在每一个次档距内的子导线，其两端被间隔棒固定，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，所以，作用在分裂导线上的空气动力载 荷自然就会比单导线大得多了。基于上述分析，有人主张撤除间隔棒，以恢复子导线的自扭转 特性，例如原西德的Preag（普尼格）、荷兰的Plem（普尼姆）、比利时 的Unrg（恩格）都曾对发生舞动的线路进行过撤除间隔棒的试验，也 确实起到了良好的防舞效果。但这种方法作为防舞措施有其局限性, 一方面从线路的平安可靠性而言，间隔

14、棒有时是不可缺少的；另一 方面，这种方法的防舞能力很有限，在比较严酷的气象条件下，往 往会没有明显的效果。我国东北辽魏线曾采用过这种方法，但在严 重的雨淞下仍然发生了舞动。导线直径的影响观测资料说明，大截面的导线比小截面的导线易于产生舞动。 这与它们自身的扭转刚度有很大的关系。大截面导线的扭转刚度大, 在偏心覆冰后难以产生自身扭转，使得覆冰层更多的堆积在同一方 向，使导线迎风面与背风面的冰层厚度差增大，覆冰导线截面的偏 心度比起小截面导线要严重得多，因此产生舞动的可能性比小截面 导线大。据我国天津1987年2月发生的一次舞动的记载，迎风面的 冰层厚度比背风面大4-5倍，且导线愈粗，冰层愈厚，舞

15、动愈严重， 舞幅愈大。从表2-2的数据也大致可以看出这种趋势。表2-2导线截面与舞动的关系注：看此表的数据时还应考虑到，现在运行的小截面导线的总条数（即统计基数）要比大截面导线 大得多。导线截面积 （mm2）35507095120150185240300330400与440500我国舞动线路 （条次）81562420161529前苏联舞动线 路 （条次）4137312028512020278327三、导线受力分析当流体从结构物的外外表流过时，它将作用于结构物一个激励、 激励的大小和性质与结构物的断面形状、流体的性质、流动方赂与 流速等因素有关。这个激励将激发结构产生不同性质的振动。同时, 结构

16、物的振动不会反过来影响流体的运动及其激励力，从而形成流 体与结构物之间间的耦合振动。通常遇到的由外流（流体从结构物的外外表流过）诱发的结构物 振动包括卡门涡振动颤振和驰振三类。这三者有着不同的形成条件 与振动形态。1、卡门涡振动由于流体绕流过结构物的外表，在结构物的后方形成漩涡。当 漩涡从结构物的两侧交替脱落时，便作用于结构物一个交变的周期 激励力，引起结构物的周期性振动。这种振动称为卡门涡（或称漩涡 脱落）振动。输电导线的微风振动即属此类。导线的微风振动是一种受迫振动，引发振动的风速在0.510m/s 范围内，其振幅的峰-峰值一般不大于导线直径的23倍，频率范围 约为3120Hz,持续时间较

17、长，一般为数小时，有时可达数天。微 风振动的主要危害是造成导线的疲劳断股、金具和杆塔构件的疲劳 破坏和磨损。防治微风振动的方法已经比较成熟，其中，应用最为 广泛的是防振锤。防振锤是一个用钢绞线作为弹性元件，悬挂几个 重锤而形成的振动系统，实质上是一个动力减振器，挂在导线上以 吸取其微风振动的能量。防振锤在导线上的悬挂位置，应中选在最 靠近线夹的振动波的波腹处，靠近线夹是因为该处的疲劳应力最大, 因为该处的吸能效果最好。2、失速颤振这是经常发生于飞机机翼上的一种自激振动。它是由于气流高 速流过翼面时，机翼的扭振与横向振动相互耦合而产生的。在失速 颤振中，空气动力已经大到可以与结构振动的恢复力相比

18、较，因此, 它所激发的结构振动的频率不是结构的固有频率，而有明显的差异。 这种频率飘移现象是失速颤振的特点，也是它与驰振的主要区别。3、驰振驰振是由于流体以较高速度流过非圆断面的结构物外表所引起 的一种自激振动。但是，由于流体的流速比失速颤振低得多，因而 空气动力与结构振动的恢复力要弱得多，因而结构物振动的频率与 结构物的固有频率接近，很少发生频率偏移。空气相对流速的范围和导线系统的结构；特点决定了在输电导 线中，主要存在卡门涡振动和驰振两种振动。前者发生于低风速、 无冰雪（即导线呈圆截面）的条件下，称为微风振动。后者发生于较 高风速、覆冰雪（导线呈非圆断面）的条件下，称为驰振，俗称舞动 （D

19、ancing）o这是两种性质全然不同的振动，其治理的方法也完全不 同。驰振(Galloping)是非圆截面构件在风激励下产生的一种自激振 动，而导线舞动(Dancing)那么是对输电导线驰振的特指，是驰振的一 个特例。我们不能把其他结构物(如桥梁、塔架等)的驰振也称为舞 动。导线的舞动是导线覆冰形成非圆截面后所产生的一种低频、大 振幅的自激振动。其振动频率通常在0.13Hz,振幅约为导线直径 的5300倍。导线舞动以及其他结构物的驰振的能量是非常巨大的, 远非涡致振动可比。驰振曾使一些建筑物甚至大桥毁于一旦，导线 的舞动也曾引起输电导线破断、金具破坏、线塔损伤等重大事故。 在我国大电网远距离输

20、电线路中对导线舞的研究和防治显得尤为重 要。I、导线的舞动机理研究输电导线的舞动，是建立在导线有覆冰及风激励条件下的。1、舞动的激发共有三种不同的模式(1)邓哈托舞动横向激发横式这种舞动主要是大风给导线的横向力作用产生，其舞动的激发 过程是一种无需扭转振动参与的无扭舞动模型。因此采用任何旨在 改变系统扭转长期特性的措施(如安装失谐摆)，对这种舞动将不会 产生防舞效果。(2)尼戈尔舞动扭振激发模式在这种情况下，主要是由于分裂导线在大风和覆冰形成风翼的 作用下，子导线不能自由扭转，从而受到扭转力矩的作用后，产生 的扭转振动失稳形成的自激扭振。这时安装失谐摆对这种舞动将会 产生防舞效果。(3)惯性激

21、发舞动模式在这种激发模式时，其横向(y向)振动与扭转振动可能都是稳定 的。只是由于偏心惯性作用引起攻角变化，从而使相应的升力对横 向振动形成正反应，加剧了横向振动，并逐渐积累能量，最后形成 大幅度舞动。这种类型的舞动只会发生在偏心质量位于背风面的场合。对于 输电导线而言，这个偏心质量就是覆冰。覆冰试验说明，覆冰要覆 在背风面，只有在雨量和风速都很大，而气温又不是太低的情况下 才可能形成。当然，如果在迎风面覆冰之后，风向突然改变，使覆 冰处于背风面的情况，也可能形成惯性激发的条件。2.导线舞动实质上是一种低频大振幅振动，这种振动包括三 种形成：(1)横向振动：包括垂直与水平两个方向的振动；(2)

22、档间弧垂导线绕两端固定点的摆动；(3)导线绕其自身轴线(分裂导线那么为其分裂圆的中心线)的扭 转振动。在上述振动中，以横向与扭转振动为主，它们之间在存在惯性 耦合与空气动力耦合关系，而且，常常是由于这种耦合而诱发舞动。3.对于输电导线舞动模式问题，可以得出如下几点结论：(1) 一个具体的线路究竟会出现哪一种舞动模式，决定于该系 统的系统参数与冰、风条件。由于这些条件中含有许多随机因素， 如冰、风、雨量、气温等，所以，同一条线路，今年可能出现这种 舞动模式，而明年那么可能出现另一种舞动模式。(2)邓哈托模式与尼戈尔模式只是在不同条件下形成的不同校核：编写：石吉汉 舞动模式而已，并非为某条线路所固

23、有。它们在不同的条件下出现: 当横向自激发条件首先到达，便出现邓哈托舞动；反之，如首先达 到了扭振自激条件，便会出现尼戈尔舞动。这里并不存在邓哈托与 尼戈尔在舞动机理上的对立。它们两者又都是统一的。(3)在采用防舞装置时必须考虑到，目前的各种防舞装置都不 是万能的和一劳永逸的。例如，失谐摆可以提高冰、风保护范围， 使得在这个范围内不会产生扭振自激舞动，但它并不能保证以增加 导线单位质量的方法来提高导线产生邓使托舞动的临界风速Ud,但 并不能防止在风速UUd时，因扭振激发条件到达而产生舞动，或 者由于惯性耦合而激发舞动。所以，在处理实际问题时，不仅应当 仔细观察与分析，以判定现场出现的舞动性质，

24、而且应当考虑和防 范几种舞动模式出现的可能性。五、防舞技术由于舞动对输电线路的平安运行构成重大的威胁，所以，防治 舞动具有十分重大的经济意义和社会意义。但是由于舞动的产生与 开展过程十分复杂，其中不仅涉及许多系统与外界作用参数，而且 还包含许多随机因素，因此，给研究工作带来一定困难。到目前为 止，舞动的防治工作，仍然是治标多于治本、经验多于理论，局部 的研究多于全面的研究。要能全面、准确地计算与模拟舞动状态并 设计出满意的防舞装置，还需要进行大量的基础性工作和跨学科的 研究。尽管如此，从目前已经认识到的舞动现象与机理分析出发，采 取现场观测与试验研究相结合，现场经验和理论研究相结合，采用 由定

25、性向定量逐步深化的方法，还是取得了显著的成就。已经摸索 到一些行之有效的防舞措施与计算方法，使这一领域的研究水平有 了明显的提高。目前，国内外所采用的防舞技术超前于舞动机理方面的研究， 因此，不少防舞措施还处于试验与摸索的阶段。有些防舞技术虽然 在某些工程得到应用，也有一定的效果，但在理论上还不能进行圆 满地阐述，也提不出准确合理地设计、计算方法，因而得不到广泛 地应用。现在将尽可能地列举国内外一些经过工程实践和试验研究 的防舞技术，以拓展我们防舞工作的思路，并推进这些技术的开展 与成熟。防舞措施虽然种类庞杂，但归根到底都是针对诱发舞动的因素 来进行的。鉴于输电导线舞动主要是由于三个方面的因素

26、所形成的，即覆 冰及其截面形状；风速及其方向；导线系统的自身参数。与此相应, 防舞的措施也将是根据这几个方面有针对性地进行。现行的防舞措 施，概括起来大约可分为三大类：其一，从气象条件考虑，避开易 于形成舞动的覆冰区域与线路走向；其二，从机械与电气的角度， 提高线路系统抵抗舞动的能力；其三，从改变与调整导线系统的参 数出发，采取各种防舞装置与措施，抑制舞动的发生。4、避开易于形成舞动的覆冰区域与线路走向一般来说；温度在0-5寸，风速在10m/s左右的雨淞地区， 是舞动的多发地区。根据国内外的有关资料，可以把舞动发生地区 分为四类，列于表5-1。我国曾经发生过强舞动的地区，有湖北荆门、荆州、东北

27、鞍山、 沈阳、安徽。从风向来看，根据观测，结冰季节的主导风向与导线轴线的夹角大于45。是舞动形成的条件之一，这个夹角愈小，作用在导线上 的垂直分力就愈小，不利于舞动的形成。表5-1舞动区域的级别与气象系数舞动区级别舞动气象系数n特强舞动区0.20强舞动区0.15中等舞动区0.10弱舞动区0.05针对上述因素，在线路设计时应当尽量避开这些因素的影响， 在技术经济指标允许的条件下，尽可能绕过强舞动地区，而在线路 走向上，应尽可能减小冬季风向与线路走向间的夹角。2、提高导线系统抵抗舞动的能力由于舞动给线路所带来的主要威胁是线路的机械损坏和电气故 障，如果虽有舞动发生，但却不会带来机械与电气故障，或者

28、不存 在潜在的危险，这种舞动（通常是较为轻微的舞动）常常是可以不予 治理的。但是，这必须建立在对舞动状况确实切把握和对线路机械 强度与电气性能的充分掌握上。从机械强度来说，就必须对舞动在 导线上所引起的附加张力进行验算。根据大量的观测资料可知，导线舞动的轨迹，在垂直于导线轴 线的截面内呈椭圆形。椭圆的长轴与铅垂方向的夹角一般在15左 右，而长轴与短轴的长度之比一般在2:15:1的范围内，长轴的最 大长度可达1倍弧垂或者更长些。当导线产生大幅度的舞动时，两 根运动着的导线就可能产生碰线闪弧，引起导线烧伤和短路跳闸。 这是导线舞动最经常产生的，也是后果较为严重的事故之一。这类 事故以线间距离较小的

29、低压线路发生较多。为了防止这类事故的产生，除了采用防舞措施控制舞动的幅值之外，也可以在塔头的结构 设计上，采取相应措施来防止导线与导线、导线与地线间的碰线。如果其他条件允许，导线最好采用水平布置方式，一般来说， 根据规范确定的导线的水平相间距离都会远大于导线舞动的水平方 向位移，可以保证不会产生导线间的碰线闪络。只要将地线与导线 的垂直和水平距离适当地加大，就可以具备抗舞动的能力了。美国、日本和前苏联都提出了一些校验舞动时塔头的平安距离 的计算方法，这里仅作一些简单的介绍。根据国内外有关资料，导线的舞动轨迹是略有风偏的竖椭圆。(5-1)舞动轨迹的椭圆长径的Y的估算公式Y= T UwCOS P

30、/f式中Y舞动轨迹的椭圆长径;Uw风速；f舞动频率；n舞动的气象系数，按表5-1选取，一般可取n=0.i5；B风向与导线走向（导线轴线）的夹角。舞动的观测与研究说明，舞动的频率一般与导线的某一阶固有 频率接近，故舞动频率可近似取为该阶固有频率fn,即式中n半波数，即振动的阶次;1档距；m导线的单位长度质量;T导线张力参考国外资料，其他参数取为X=Y/2a=Y/49 =5式中X舞动轨迹的椭圆短轴；a舞动的最小振幅；0舞动椭圆的风偏角。上述计算可用于确定导线之间的距离，也可也此确定导线中的 张力增量。这个张力增量常用高达数十千牛，因此在各相关部件的 设计中是不容忽视的。作为估算，可按式(5-3)计

31、算舞动所引起的张 力增量。当半波数为偶数时 TOC o 1-5 h z At=EAY n 71(5-3)161当半波数为奇数时 t二 EAY2n2兀2 _ EAmYg(5,4)161 Ton7r J上两式中E导线的综合弹性模量；n半波数；m导线的单位长度质量；1档距；g重力加速度；A导线的横截面积；To导线的初始张力；T导线的张力增量。采用专门的抗舞动金具，如抗舞动线夹可以在舞动发生的情况 下，保护导线不受损伤。这也是一种提高导线系统抵抗舞动的能力 的有效措施。3、采取防止舞动的措施采取各种防舞装置与措施，改变与调整导线系统的参数，到达 抑制舞动发生，或减轻舞动的强度，以保证线路的平安，也是防

32、治 舞动的重要方面。对于已建成的线路，那么更是唯一的方法，这类措 施主要是通过在线路上安装某种防舞装置来实现其抑制舞动的功 能。归纳起来，防止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自阻尼来抑制舞动，如由加拿大 A. T. Edwaldi(爱德华滋)设计的终端阻尼器；(3)通过提高风动阻力来到达抑制舞动的目的，如由 A. S. Richardson(理查德逊)研制的空气动力阻尼器；(4)通过扰乱沿档气流来到达抑制舞动的目的，如扰流防舞 器；(5)通过各种防覆

33、冰措施来到达抑制舞动的目的，如采用低居 里点合金材料，使用防雪导线以及大电流融冰等；(6)提高导线的运行张力和缩短档距也可收到一定的抑制舞 动的效果。六、防舞措施输电线导线舞动，从气象或路径走向方向避开舞动有困难时， 可能的对策是采用合理的线间距离和各种有效的防舞措施。1、合理的线间距离所谓合理的线间距离，有二重意义，一种意义是最小可能的线 间距离，如采用相间间隔棒作防舞措施，线间距离比现有的塔头尺 寸还可适当缩小，而不是增大。另一种意义是增大线间距离，在导 线发生舞动时，不发生或少发生导线碰线短路，这就要求导线之间、 导线和避雷线之间有足够的距离。2、失谐摆失谐摆是由加拿大学者尼戈尔首先提出

34、，与Harvard(哈瓦德)等 人共同研究和开展起来，并在工程实践中取得相当效果的一种有效 的防舞装置。它是基于扭振激发机理，而运用失谐摆来调整扭振固 有频率ft,使之与横向振动的高阶固有频率fvn别离，从而防止其耦 合而诱发舞动。对于失谐摆，目前存在着一些相互矛盾的现象和许 多亟待解决的问题：它在北美取得了很好的效果，得到了相当广泛 的成认，在我国湖南、河北等地也有成功的经验。但在某些场合却 又没能到达预期的效果，在某些国家甚至完全不采用；它有一套物 理概念十清楚确、形式较为完整的计算公式，但是，它的力学模型 又过于简单，许多因素无法包含，而且许多原始参数缺乏或难以取 定；在单导线上，它取得

35、了一定的防舞效果，在某些工程或区域已 取得了一些成功的经验。失谐摆是一个上端与导线固接的单摆，设计失谐摆的主要任务 就是要确定摆锤的质量M、摆长R和它在顺线方向的布置(Li),这 些参数都可以通过相应的计算来确定。(1)失谐摆的防舞机理导线在新月形覆冰后，可将均布于导线上的覆冰质量等效为集 中于档距中央点的等效质量，并可求得相应的等效扭矩。由覆冰产生的所谓覆冰刚度，是指导线覆冰之后，对导线系统 抗变形能力的影响。从一般意义来说，一个物体的刚度表现在它需 要在一定的外力作用下，才会产生变形。而一旦外力撤除，即会自 行恢复原始形态，这种刚度是正刚度。而覆冰对导线刚度的影响可 以归纳为：当覆冰位于导

36、线中心的正上方时，覆冰刚度为负；反之, 当覆冰位于导线中心的正下方时，覆冰刚度为正。因为当覆冰位于 导线中心的正上方时，在导线产生扭转变形的时候，覆冰的重心将 会下移，重力作功（而不是外力作功），而在促使导线变形的外力撤 除后，覆冰的重心没有自行恢复到原始位置的能力。所以，其覆冰 刚度为负值；而当偏心质量处于导线正下方（即导线截面上的最低位 置）时，将具有这种自行恢复到原始状态的能力，故为正刚度。对于 导线覆冰来说，多数情况下覆冰位于导线迎风侧的上方，与铅垂方 向的夹角不超过30。处，故接近于前者。而后者，即覆冰位于导线 正下方的情况，那么是很少有可能出现的，所以，把覆冰的刚度视为 负值。由覆

37、冰所形成的负刚度之绝对值，将随着覆冰厚度与质量的增 大而增大，它会降低导线系统的整体扭转刚度，从而导致导线系统 的扭振固有频率迅速下降。而与此同时，横向固有频率那么下降得比 较少。当冰、风效应到达一定时，覆冰导线的扭振固有频率下降到与 横向振动的第三阶固有频率相等，于是，出现扭转振动与三阶横向 振动的耦合，便可能激发扭转自激舞动。如果在导线的正下方固定一个质量为M,摆长为R的失谐摆， 由于其重心在导线的正下方，它所产生的附加刚度将为正值，会提 高导线的整体扭转刚度，从而局部抵销由覆冰引起的扭振固有频率 的下降，这样，就提高了产生舞动的冰、风门槛值，扩大了该导线 的平安使用范围，这就是失谐摆防舞

38、的基本原理。（2） 分裂导线失谐摆的结构设计一般来说，分裂导线的失谐摆应安装在间隔棒上，而不是安装 在某个子导线上。这是因为在分析分裂导线的失谐情况时，是把分 裂导线作为一个整体来考虑的。对于加装了失谐摆的间隔棒，在结构上应当进行相应地计算与 修正，在作这些修正时应当考虑如下问题：失谐摆单重确实定需要考虑失谐摆的载荷对间隔棒的夹爪 部位的强度、导线在该处的局部弯曲应变和弯曲疲劳应力。如果受 到强度的限制，可以将失谐摆分成几个，按一定间距并列安装，只 要总质量不变，将不会影响其防舞效果。失谐摆的摆长受到电晕条件的限制，所以，虽然增加摆长 可以提高防舞效果，或减小摆锤的质量，但要全面权衡。 失谐摆

39、沿档的布置实际上已在上述计算中予以考虑了，但 布置方案如何确定，仍然是进行上述计算的前提。在实际使用中， 采用了如下四种方案：a）集中布置于档距中央；b）集中布置于档距的2/9、1/2、7/9处，主要是为了综合控制 2阶与3阶的波峰；c）等间距5点集中布置，其效果与3点布置相差不多，而各 连接点的载荷却可以减小；d）根据档距大小，取3点或5点进行非等距不对称布置。理论分析与实际使用说明，将失谐摆集中布置于档距中央的布 置方案效果最差，因为对2阶舞动而言，档距中点正好是节点，该 处所布置的失谐摆无论多大，对2阶扭振和横向振动都不起作用， 仍然有产生谐振、诱发舞动的危险。效果最好的是第4种布置方案

40、，即非等距、不对称集中布置方 案，它不仅充分利用了失谐摆的防舞功能，而且，由失谐摆所分隔 形成的各子档距互不相等，对整个档距而言，也不对称，各自的固 有频率也各不相等，从而防止了舞动在邻档间的传播和影响。在间隔棒上安装摆锤个数，实践证明，单摆锤比多摆锤具有更 好的防舞效果。失谐摆的摆锤采用灰铸铁（如HT20-40）制造，摆臂采用钢板制造 （也可整体制造），并热镀锌，所有的紧固件也均经热镀锌处理。分裂导线的失谐摆通常安置在间隔棒上，而为了减轻自重，间 隔棒通常采用合金铝制造。对于安装失谐摆的间隔棒，应当校核其 腹板的强度。为了防止装有失谐摆的间隔棒损伤导线，或者引起连 接处的动应变超限，应采用阻

41、尼型间隔棒，并在夹紧处安装橡胶衬 垫。3压重防舞技术所谓压重防舞，就是在导线上配置一定的压重，以提高临界风速, 扩大平安运行范围。所谓节点分割原理，就是指如何在导线上合理、 有效地布置防舞器，以便有效地形成节点，并防止次档距的小幅度 舞动在邻档间传播与影响的布置原理。在导线上配置一定的压重之所以能收到防舞的效果，在理论上 有两种解释。其一，从邓哈托的舞支理论来看，配置压重就等于增 加了导线系统的振动质量，从而提高了临界风速值；其二，从尼戈 尔的理论来看，配置压重会使得导线系统的横向振动向振动固有频 率是小于扭振固有频率的。覆冰后，由于扭振固有频率下降的程度 远大于横向固有频率，故引起某阶谐振，

42、从而诱发舞动。显然，在 导线上配置压重，将使导线系统的横向囿有频率下降，有助于避开一、问题的提出二、舞动情况分析三、导线受力分析四、导线的舞动机理五、防舞技术六、防舞措施 与扭振的谐振，也等于提高了临界冰风值。因此，它和失谐摆起到 了相辅相成的作用。可以想象，如果这些压重在结构上做成失谐摆 的型式，并具有失谐功能，可能会受到二者兼收的双重效果。在一个档距中，在假设干点附加一定质量的重锤，如能形成假设干 个节点（即不发生振动的点），相邻两个节点之间就形成一个节距。这 样，就能把振动限制在各个节距之内了。然后，通过节点的合理布 置，使各节距的振动在以行波的形式传播时形成相互干扰、相互削 弱或抵销，

43、从而到达控制舞动的目的。在一个耐张段内，当导线舞动时，舞动会从一个档距向相邻档 距传播。同样，在同一个档距内，次档距内的振动也会向相邻次档 距传播。从邻档传来的舞动的频率，如果和本档的固有频率相近甚 至相同，便会引起谐振，激发强烈的次档距振荡。这是舞动治理中 常常遇到的问题，显然，为了防止这种谐振的产生，就必须使得相 邻次档距的固有频率互不相等，这就是节点布置的基本原那么。如前所述，按中点提升理论计算所得的防舞压重，是假定压重 施加于档距中点的。而在实际上，将如此大的质量集中于一点，不 仅为导线强度所不容，而且，即使中点确实成了节点，不再运动， 它也只是把原档距分成两个大小为原来的一半的节距，

44、这两个节距 仍然可以起舞。同时，由于节点在中点，两个节距相等，它们的固 有频率也相等。这样，当它们一旦舞动，彼此将通过节点而相互耦 合，推波助澜，形成强烈的高阶舞动。所以，把压重集中在档距中 点的做法是极为少见的，只有在档距非常小的情况下才会采用这种 布置。多点压重计算虽然考虑了压重在导线上的分布，在计算方法， 上较前者有所改进，但在计算之前，必须事先确定节点的位置、然 后才能计算各节点应当配置的压重大小。因此，节点位置的合理分布，是防舞装置设计中必须首先解决 的问题。压重点布置的原那么是： 压重布置点成为节点，在设定的冰、风门槛值时保证该。点 不会产生运动，这是需要一定的压重质量来保证的。究

45、竟需要多大 的压重，应依据导线参数计算确定。作为节点处压重的布置与安装必须考虑导线的局部强度和 微风振动的影响，防止夹爪处导线的损伤和动应变超限。节点分布遵循“相邻节距不相等，整体布置不对称的原那么” 以消除相邻节距的谐振。效地抑制了系统的舞动与次档距振荡*在湖北中山口防舞工程中，对各种防舞器的布置方案进行了一 系列的比照和研究，结果说明，将分散或对称布置的失谐摆、双摆 防舞器等改用“相邻节距不相等，整体布置不对称”的布置后，有 效的抑制了系统的舞动与次档距振荡。我们认为，把压重与失谐摆结合起来，是一个值得探索的途径, 应当开展这方面的研究与试验工作，推出具有我国特色的防舞装置。4双摆防舞器双

46、摆防舞器是北京电力建设研究所在湖北省超高压局的协作下 研制引：发的新型防舞装置，其防舞机理是通过提高导线系统的动 力稳定性来到达防舞的目的：北京电力建设研究所把舞动看作一种动力不稳定现象。这样就 可以用动力稳定性理论来分析处理各种类型的舞动，并把这一机理 称为动力稳定性舞动机理。原那么上，稳定性舞动机理可以包括现有 的各种舞动机理，换言之，现有白勺各种舞动机理可以看作稳定性 舞动机理的某种特例。基于稳定性舞动机理产生出稳定性防舞机理, 其指导思想是提高导线系统的动力稳定性，即通过采取适当措施把 原来不稳定的系统转化为稳定的系统，从而到达防舞的目的。根据稳定性防舞机理.研究开发了相应的防舞设计计

47、算方法。 现有的防舞计算方法一般只研究单导线，较少涉及分裂导线；而且 一般只考虑垂直型舞动或垂直扭转耦合型舞动，很少考虑水平运动 分量。鉴于舞动主要发生在分裂导线上，而且舞动的水平运动分量 也较为明显，因此在建立舞动计算模型时把重点放在分裂导线上。 根据舞动问题的特点，忽略各子导线的局部振动，而只考虑分裂导 线的整体运动，从而解决了分裂导线的数学表达问题。此外，在舞 动计算模型中同时考虑了垂直、水平、扭转三个分量，并考虑了三 者的互相耦合，从而可以模拟各种类型的舞动。为进行防舞设计计 算，需在计算模型中把防舞装置的影响反映在内。为此，在模型中 考虑了惯性型防舞装置，可以对任意形式的惯性型防舞装

48、置（包括 双摆防舞器）进行模拟。为了数学上的严谨和表述上的方便，采用 了线性动力稳定性理论作为分析的理论基础，并用代数稳定性判据 RouthHurwth（劳斯胡尔威茨）稳定性判据判别系统稳定与否的 标准。如果满足上述判据，那么系统是稳定的。因而不会发生舞动； 如果不满足上述判据，那么系统是不稳定的，有可能发生舞动。防舞设计计算方法如下：摆长选择在选择摆长时，既要考虑到防舞的需要，又要考虑到防电晕的 需要。从防舞的角度来看，原那么上应选用便所需防舞器总质量最轻 的所谓“最正确摆长”；从防电晕的角度来看，那么摆长不宜过长。对 于大跨越线路，摆长一般按电防晕要求来控制。摆角选择原那么上应取假设干摆角

49、进行比较，通过优选，选用防舞效果最正确 者。使用上，为布置的方便，双摆的两个摆锤宜位于两侧子导线的 正下方。质量选择双摆防舞器总质量取多少，原那么上应通过计算确定。一般来说, 质量越大，防舞效果越好。在具体实施时，双摆防舞器总质量不宜 小于导线质量的5%,以兼顾防舞器的压重防舞功能。双摆防舞器 锤头质量的选择主要取决于防微风振动的需要，应以微风振动不超 标为度来进行选择。防舞器数量根据所需防舞器总质量和锤头质量，即可确定所需防舞器数量。分布方式在上述理论计算时，为方便起见，假定防舞器是沿档均匀布置 的。在实际实施时，为提高防舞效果，应对防舞器作适当的集中布 置，即应遵循集中与分散相结合的布置原

50、那么，或称之为相对集中原 那么。具体而言，对一般大跨越，可采取宏观集中、微观分散的布置 方式，即在宏观上把全部防舞器均分为3份，分别布置在档长的2 /9, 1/2, 7/9处；为防止过重的集中质量影响导线的防微风振 动性能，在微观上，那么把各局部集中质量按适当间隔（如lorn）作分散 布置。对一些特大跨越，还可采取局部集中，局部分散的布置方式, 即除了按上述方式作宏观集中、微观分散的布置外，另取一局部防 舞器作沿档分散布置，以抵御高阶舞动。根据在中山口大跨越的防 舞经验，这两局部的比例大体可取6:4。防舞器本体设计应按所选定的摆长和锤重来进行双摆防舞器的本体设计。在此 前提下，为满足防电晕要求

51、，应在外形设计上采取适当措施，保证 有足够的圆角和光洁度。此外，设计中必须考虑安装要求，一般采 取在间隔棒上安装的方式。导线舞动的防治措施一、问题的提出输电线路的舞动是国际上普遍关心的科技难点，舞动曾给世界 各国的输电工程带来重大的损失和危害。在我国湖北、安徽、东北、华北以及河南、湖南等地先后发出 过舞动，舞动的线路涉及大跨越和一般线路，地域涉及到山区、平 原和丘陵。气象条件涉及到雨淞、雪淞区，冰雪从几毫米到几十毫 米。其涉及面之广，种类之复杂，几乎包括了世界各国所出现过的 各种情况。世界各国的学术界和工程界为此投入巨大的精力和资金，从舞 动现场考查，舞动机理防舞动措施及相关理论模型，现场试验

52、、计 算方法与计算仿真等方面进行了多方面的研究。在舞动治理方面，我国起步较晚，也取得了一些成效。三沪直 流输电线路，是国家重点工程，西起湖北宜昌，途经湖北、安徽、 江苏、浙江、东到上海。其中，湖北和安徽已有屡次发生导线舞动 的地带。本课题结合三沪直流输电线路所经地区输电线路的舞动和 治理情况，同时也参考国内外先进的舞动理论和治理方法，提出本 工程防治导线舞动的对策和方法。二、舞动情况分析1、我国舞动情况调查我国有关舞动的记载始于20世纪50年代。根据现有资料，自1957年至2003年初，我国共发生了 46次导 线舞动，涉及到的线路166条，致伤导线70根，引起线路跳闸122 次以上。发生舞动最

53、多的是沈阳、鞍山、丹东、锦州一带，自 19571990年的33年中有18年发生舞动，共计25次，涉及线路86 条次。其次是湖北省的荆州、武汉、宜昌、荆门地区，近17年共发 生舞动14次，涉及线路42条次。现将国内几次重大的舞动情况介绍如下： 1969年11月14 0,鞍钢某线路导线为LGJ-240型。上午 气温2.4。(2,小雨，下午气温降至-6t,雨转雪，导线覆冰。至17 时，气温约风速约Hm/s,线路开始舞动，舞幅达23m, 一直持续到次日凌晨4时左右。舞动停止时的气温为-6.82，风速为 10m/s,变化并不大，只是风向由北东向转为北西向。这次舞动波 及8条线路，先后跳闸11次。1985

54、年11月22日，鞍山、辽阳地区,导线为LGJ-120-400 型。夜降小雨，5时气温降至-3。，风速610m/s,雨转雪，发生 舞动。共涉及线路27条，引起跳闸57次，有的线路在24min内跳 闸5次而被迫退出运行。因弧闪烧伤导线24根。1987年2月16日，天津塘沽地区，凌晨小雨，气温降至-3.9 ,导线覆冰，迎风侧冰厚1025mm,背风侧冰厚35mm,冰型呈 椭圆断面，椭圆长轴接近水平，冰质接近透明，不易脱落。上午9 时许，导线陆续舞动，共涉及10500kV线路18条。通过实地观察发现一个共同的特点，即线路电压等级高、档距 大、导线粗，那么覆冰厚，冰层重量大，舞动愈益严重，相应地舞动 幅度

55、也愈大。1987年2月1921日，湖北省钟详县境内500kV姚双与 双风线中山口大跨越(由西向东跨越汉江)发生强烈舞动，其时，气 温为-1-3t，风速418m/s,风向西北偏北，基本上垂直导线走 向。有雨淞与冻雨，覆冰厚度约15mm。舞动时，跨越塔塔身摇晃, 横担顺线摆动，金具产生很大的撞击声。6相导线全部舞动，最大 舞幅峰一峰值达10m。舞动造成大量金具与护线条损坏，上相子导 线有3根受到严重磨损。1987年3月29至30日，沈阳、鞍山、辽阳地区共有12 条66220kV线路发生舞动。当时气温为-5-7。，风速4.46.7m/ s, 风向与线路成60夹角，覆冰厚度10mm,最大舞幅12.8m。舞动 引起各线闪络短路、跳闸9次以上，以致烧伤导线11根、地线1 根、断线1根。1988年12日2526日，湖北省中山口大跨越发生第二次 舞动，情况与第一次相近，舞动峰一峰值10m,持续舞动16h后，1 根子导线因严重磨损、断落江中，2根子导线重伤，金具与护线条 大量损坏。此次舞动事故发生后，原电力部、湖北省电力局开始组织舞动 研究，采取了一系列的防范措施。使舞动得到了有效地防治。1