导线舞动的防治措施

本文格式为Word版，下载可任意编辑——导线舞动的防治措施

导线页舞动的防治措施第1页共34页

三峡蔡白线CBXC-00-A0209

专题报告之九

三峡蔡家冲—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

2023年7月

编写：石吉汉

1

导线页舞动的防治措施第2页共34页

校

编编写：石吉汉

核：

写：石

汉

2吉

导线页舞动的防治措施第3页共34页

目录

一、问题的提出二、舞动状况分析三、导线受力分析四、导线的舞动机理五、防舞技术六、防舞措施编写：石吉汉

3

导线页舞动的防治措施第4页共34页

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，种类之繁杂，几乎包括了世界各国所出现过的各种状况。

世界各国的学术界和工程界为此投入巨大的精力和资金，从舞动现场考察，舞动机理防舞动措施及相关理论模型，现场试验、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、XX、浙江、东到上海。其中，湖北和安徽已有屡屡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状况，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。

编写：石吉汉

4

导线页舞动的防治措施第5页共34页

二、舞动状况分析

1、我国舞动状况调查

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2023年初，我国共发生了46次导线舞动，波及到的线路166条，致伤导线70根，引起线路跳闸122次以上。发生舞动最多的是沈阳、鞍山、丹东、锦州一带，自1957~1990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17年共发生舞动14次，波及线路42条次。

现将国内几次重大的舞动状况介绍如下：〃

(1)1969年11月14日，鞍钢某线路导线为LGJ-240型。上午气温2.4℃，小雨，下午气温降至-6℃，雨转雪，导线覆冰。至17时，气温约-1.5℃，风速约11m／s，线路开始舞动，舞幅达2~3m，一直持续到次日凌晨4时左右。舞动中止时的气温为-6.8℃，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。

(2)1985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6~10m／s，雨转雪，发生舞动。共波及线路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。

(3)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10~25mm，背风侧冰厚3~5mm，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

5

编写：石吉汉

导线页舞动的防治措施第6页共34页

时许，导线不断舞动，共波及10~500kV线路18条。

通过实地观测发现一个共同的特点，即线路电压等级高、档距大、导线粗，则覆冰厚，冰层重量大，舞动愈益严重，相应地舞动幅度也愈大。

(4)1987年2月19~21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)发生猛烈舞动，其时，气温为-1~-3℃，风速4~18m／s，风向西北偏北，基本上垂直导线走向。有雨凇与冻雨，覆冰厚度约15mm。舞动时，跨越塔塔身晃动，横担顺线摇摆，金具产生很大的撞击声。6相导线全部舞动，最大舞幅峰?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。

(5)1987年3月29至30日，沈阳、鞍山、辽阳地区共有12条66~220kV线路发生舞动。当时气温为-5~-7℃，风速4.4~6.7m／s，风向与线路成60°夹角，覆冰厚度10mm，最大舞幅1~2.8m。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。

(6)1988年12日25~26日，湖北省中山口大跨更加生其次次舞动，状况与第一次相近，舞动峰?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。

(7)1990年1月29~30日，出现一场广泛湖北、湖南及安徽等省的大范围的雨凇、雪凇天气，三省共有13条35~500kV线路发生舞动。在湖北中山口大跨越，经过较好治理的相线舞幅被压低至

编写：石吉汉

6

导线页舞动的防治措施第7页共34页

0.5m，而未经治理的相线舞幅依旧达到6~7m。

这次舞动的状况证明白，集中防振锤防舞效果显著，经过改进的抗舞线夹则起到了保塔保线的作用。

(8)1993年11月18~19日，中山口大跨越所在地区，出现特大冰、风，覆冰厚度达到其他年份的2.6倍，超过了设防线，致使原本已经被控制的舞动再度小规模产生，发生了峰?峰值为2.5m的小舞动。一旦风速减小，舞动即停。〃

其他有关我国近年来发生的舞动状况，可见表1-1。

编写：石吉汉

7

导线页舞动的防治措施第8页共34页

表1-1

次序舞动发生年月日我国近年来发生的舞动状况一览表

舞动发生舞动线路电压等级、地区线路名称及条数舞动时的气候状况大风，导线覆冰大风，导线覆冰雨转雪，气温0~3℃，辽宁丹东66kV丹窑线1条风速8~10m/s，导线覆≥3冰5mm辽宁沈阳44kV虎新线1条风雪大风、导线覆冰雨转雪，气温0~-5℃，6121眺闸伤线断线次数(根)（根)11957年5月辽宁锦州66kV锦西线1条21961年4月辽宁锦州66kV锦西线1条31962年4月2日1966年4月15日451967年11月辽宁锦州66kV锦西线1条61969年2月XX邯郸35kV马草线等4条71969年11月辽宁锦州66kV锦西线1条81969年11月14~15日1976年2月14日1977年10月29日1978年3月9日辽宁鞍钢44kV线路共8条风速8~10m/s，导线覆≥1薄冰雪大风，导线覆冰雨转雪，气温由+2.4℃急降至-6℃，风速10~12m/s，导线覆冰1191011辽宁沈阳44kV浑农线1条辽宁丹东66kV北大线1条辽宁沈阳66kV线路共5条风雪下雨，+5℃，大风5~6级，导线无覆冰风雪小雨转雪，气温由+5321978年12辽宁丹东、1266kV线路共2条月13日鞍钢110kV邯蕙线1条220kV马下线1条℃急降至-2℃，风速8~12m/s，导线覆冰约2mm小雪，0~-5℃，风速8~15m/s，导线覆薄冰大雪大雪，气温-5℃，风速3~4级小雪，气温0~-5℃，风速8~15m/s，导线覆冰22131979年2月XX邯郸14151979年4月13日1979年11月10日≥22辽宁沈阳66kV线路共2条吉林四平66kV线路共2条XX邯郸、110kV线路共2条邢台8

161980年2月编写：石吉汉

导线页舞动的防治措施第9页共34页次序1718192021222324舞动发生年月日1980年4月3日1982年1月4日1982年3月22日1983年11月20日1984年12月4日1985年4月28日1985年8月19~20日1985年10月3日舞动发生舞动线路电压等级、地区线路名称及条数眺闸伤线断线次数(根)（根)225132222舞动时的气候状况小雨，气温+8℃，风速8~10m/s，导线无覆冰黏雪雨加雪雨加黏雪小雨转雪，气温0~-3℃，风速4~5级小雨，气温+10℃，风速8~10m/s大雨，气温+20℃，风速12~18m/s风雪雨转雪，气渐0~-5℃，辽宁丹东66kV北大线1条辽宁沈阳66kV浑李线1条辽宁沈阳66kV线路共2条辽宁沈阳66kV线路共4条辽宁丹东66kV锦光线1条辽宁丹东66kV风大线1条辽宁丹东66kV风大线1条辽宁沈阳66kV线路共2条251985年11辽宁鞍钢、三个地区，66kV线路月22日1986年12月17日1987年2月16~17日辽阳湖北荆州共27条风速6~10m/s，导线覆≥57冰风速大于10m/s小雪转雾淞，气温0~-3.9℃，风速4~8m/s，导线覆冰5~25mm。风雪，气温-1~-3℃，风速4~18m/s，导线覆冰15mm风雪，气温-5~-7℃，风速约4.4~6.7m/s，导线≥9覆冰10mm雪后转晴，气温0~-3℃，风速6.3~12.7m/s，导线覆≥2冰5mm2426220kV荆双I、II回线，冻雨，气温低于0℃，500kV葛双线共3条包括10、35、110、500kV各线路共18条110kV热周、荆苏线、27天津塘沽281987年2月湖北荆州、220kV周潜线，500kV19~21日武汉姚双、双凤、葛凤等线路共6条66kV线路共5条，三个辽宁沈阳220kV线路共5条地区共66kV线路共4条鞍山220kV线路1条条线路辽阳辽首线9

5121291987年3月29~30日124编写：石吉汉

导线页舞动的防治措施第10页共34页次序舞动发生年月日舞动发生舞动线路电压等级、地区线路名称及条数眺闸伤线断线次数(根)（根)≥12舞动时的气候状况(不明)雨雪，覆薄冰小雨转雪，气温-5~-7℃，301987年11月辽宁辽阳66kV线路1条311987年11月16日1987年11月25日1988年12月24日1988年12月25~26日湖北武汉110kV青关线1条32辽宁沈阳66kV线路共7条风速2~3级，导线覆冰10mm33湖南常德500kV葛岗云线1条有冰冻500kV姚双、双凤(中小雨转雨淞，气温0~-3湖北荆州山口大跨越)葛双线(变℃，塔上风速10m/s，电所出线)共3条导线覆冰15mm气温0~1℃，地面风速2134351988年12月28日~29湖北荆州500kV姚双、双凤(中4~5m/s，塔上风速山口大跨越)共2条9m/s，导线原有覆冰(约15mm)未溶化冻雨转雹雪，气温-1~-2361989年1月11~13日1989年2月28日1989年3月1日湖南常德500kV葛岗云线1条℃，风速9.4~12.8m/s，导线覆冰约5mm37湖北荆州500kV姚双、双凤(中小雨，地面气温4℃，山大跨越)共2条塔上高空风速11m/s38湖北荆州500kV姚双、双凤(中小雨，地面气温4℃，山口大跨越)共2条塔上高空风速11m/s雨雪391989年冬湖北荆州220kV周潜线1条湖北荆州35kV线路共3条小雨转雪，气温110、220kV线路四-1.3~-6.6℃，风速湖北鄂州省各1条≥54~12m/s，导线覆冰共500kV姚双、双计4~25mm1990年1月湖北中山口40凤线路共2条29~30日冻雨，下雹雪，气温条500kV葛岗云线线-1~-2℃，风速湖南常德路1.9~6.8m/s，1条导线覆冰约155~7mm。≥1编写：石吉汉

10

导线页舞动的防治措施第11页共34页次序舞动发生年月日舞动发生舞动线路电压等级、地区线路名称及条数220kV线路1条，安徽芜湖、500kV线路2条，淮南直流500kV线路1条辽宁沈阳66kV辽阳线411990年冬421991年2月27日湖北荆州、220kV葛荆线、110kV宜昌热周II回线，共2条雨雪气温14.9℃，风速4.8m/s冻雨到雨淞，气温-6~-3℃，风速6~12m/s，导冻雨转大雪，风速7.7~9.4m/s，导线覆冰眺闸伤线断线次数(根)（根)舞动时的气候状况湖北荆州110kV胡荆线1条220kV双家线，500kV姚双、双凤湖北荆州(中山口大跨越)，431991年12月24~26日±500kV葛南线沙洋大跨越安徽淮南500kV线路共2条共6线覆冰15~25mm雨夹雪，雨淞，气温0~-1.2℃，风速4级，导线覆冰10mm冻雨夹雪，气温0~3℃，风速8~16m/s，导线覆冰10mm雨淞夹雪，气温-4.70~3℃，风速5-15.6m/s，导线覆冰4-12mm，风向角60-80度。雨淞夹雪，气温0~3℃，风速8~16m/s，导线覆冰10mm≥122≥90631线路441992年3月2~4日湖北荆州500kV姚双、双凤(中山口大跨越)共2条452023年元月23-25日湖北潜江500kV葛凤线462023年2-3月湖北荆州500kV龙斗ⅠⅡ回、斗双线、斗白线共4条总计1957年5月七省市共发波及10、35、44、66、~2023年3月生舞动46110、220、500kV线路次166条次

导线舞动对线路安全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

11

编写：石吉汉

导线页舞动的防治措施第12页共34页等等，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

形成舞动的因素十分繁杂，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。

⑴、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依照风向垂直于模型的轴线方向来进行的。事实上，假使风向与物体的轴线之间有一个夹角，那么，真正起激振作用的将主要是风鼓舞力的垂直分量，而平行于物体轴线的分量寻常是不会起到鼓舞作用的。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，则引起舞动的可能性最小。

风向纵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，在一般状况下，这个风向就可大致确定。寻常，冬季，特别在冰雪天，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。

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

编写：石吉汉

12

导线页舞动的防治措施第13页共34页夹角为45?~90?的状况下。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十分能说明这个问题。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，其他的气象条件与线路条件都完全一致，线路的走向不同起了决定性的作用。

⑵、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。由于，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300~500m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繁杂影响，但粗略的分析可以看出，不规则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，其鼓舞状态也愈严重。

⑶、冰风参数的影响

对导线舞动来说，冰风因素是主要的鼓舞源，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，在同样的雨凇条件下，风速的大小将会影响成冰

编写：石吉汉

13

导线页舞动的防治措施第14页共34页的形状，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，寻常是根据统计资料来进行的。

⑷、线路结构与参数的影响

假使把气象条件和地形、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、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。

①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，完全依照一致的弧垂架设，并架设在原来的杆塔上，当然也就具有与原来一致的地理与气象条件，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，分裂导线比单导线简单产生舞动。

湖北的观测资料也证明白这一点。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1987~1990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，大量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简单产生舞动。

毕竟为什么会出现这种状况，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区别，确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

编写：石吉汉

14

导线页舞动的防治措施第15页共34页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，以致减弱了作用在导线上的空气动力载荷，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，扭转刚度大大高于一致截面的单导线，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，有人主张拆除间隔棒，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拆除间隔棒的试验，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，一方面从线路的安全可靠性而言，间隔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，但在严重的雨凇下依旧发生了舞动。

②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。

编写：石吉汉

15

导线页舞动的防治措施第31页共34页后才能计算各节点应当配臵的压重大小。

因此，节点位臵的合理分布，是防舞装臵设计中必需首先解决的问题。

压重点布臵的原则是：

①压重布臵点成为节点，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。毕竟需要多大的压重，应依据导线参数计算确定。

②作为节点处压重的布臵与安装必需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。

③节点分布遵循“相邻节距不相等，整体布臵不对称的原则〞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，对各种防舞器的布臵方案进行了一系列的对比和研究，结果说明，将分散或对称布臵的失谐摆、双摆防舞器等改用“相邻节距不相等，整体布臵不对称〞的布臵后，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，是一个值得摸索的途径，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臵。

4双摆防舞器

双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：发的新型防舞装臵，其防舞机理是通过提高导线系统的动力稳定性来达到防舞的目的：

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。原则上，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

31

编写：石吉汉

导线页舞动的防治措施第32页共34页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，从而达到防舞的目的。

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，并考虑了三者的相互耦合，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臵的影响反映在内。为此，在模型中考虑了惯性型防舞装臵