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|轉(zhuǎn)至：輸配電線路

1、導(dǎo)線覆冰形成的成因

嚴冬或初春季節(jié)，當氣溫下降至-5-0℃，風(fēng)速為3-15m/s如遇大霧或毛毛雨，首先在導(dǎo)地線上形成雨凇；如氣溫升高，例如天氣轉(zhuǎn)晴，雨凇則開始融化；如天氣繼續(xù)轉(zhuǎn)晴，則覆冰過程終止；如天氣驟然變冷，氣溫下降，出現(xiàn)雨雪天氣，凍雨和雪則在粘結(jié)強度很高的雨凇冰面上迅速增長，形成密度大于0.6 g/cm3的較厚的冰層；這種過程將導(dǎo)致導(dǎo)地線表面形成雨凇—混合凇—霧凇的復(fù)合冰層。如在這種過程中，天氣變化，出現(xiàn)多次晴-冷天氣，則融化加強了冰的密度，如此往復(fù)發(fā)展將形成霧凇和雨凇交替重疊的混合凍結(jié)物，即混合凇。

▲圖  雨凇

..................................................

▲圖  混合淞

除開雨凇、混合凇外導(dǎo)、地線上還可能存在霧凇或霜凇等覆冰情況。導(dǎo)線覆冰首先在迎風(fēng)面上生長，如風(fēng)向不發(fā)生急劇變化，迎風(fēng)面面上覆冰厚度就會繼續(xù)增加。當迎風(fēng)面覆冰達到一定厚度，其重量足以使導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)時，導(dǎo)線發(fā)生扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象；導(dǎo)線再扭轉(zhuǎn)時，覆冰就會繼續(xù)成長變大，終于在導(dǎo)線上形成圓形或橢圓形的覆冰。通常較細導(dǎo)線的覆冰呈圓形，而較粗導(dǎo)線的覆冰則多呈橢圓形。

2、覆冰冰害類型

隨著全球氣候的變化，極端天氣頻發(fā)，架空輸電線路覆冰造成的危害越來越嚴重，常會引起過荷載、冰閃、舞動、脫冰跳躍等現(xiàn)象，導(dǎo)致線路跳閘、斷線、倒塔和通信中斷等事故，覆冰已成為威脅電網(wǎng)安全運行的重要因素。本次主要介紹舞動冰害，其他冰害如果有需要小編再收集資料整理分享介紹。

3、覆冰舞動及對線路的危害

覆冰舞動是不均勻覆冰導(dǎo)線在風(fēng)的作用下產(chǎn)生的一種低頻率(約0.1～3Hz)、大振幅(可達10m以上)的自激振動，在振動表現(xiàn)形態(tài)上表現(xiàn)為在一個檔距內(nèi)只有一個或少數(shù)幾個半波。

架空輸電線路在運行過程中會因自然條件的作用而發(fā)生多種災(zāi)害事故，舞動就是其中危害較為嚴重的一種。舞動產(chǎn)生的危害是多方面的，線路舞動的危害主要有機械損傷和電氣故障兩類。

機械損傷包括：螺栓松動、脫落，金具、絕緣子、跳線損壞，導(dǎo)線斷股、斷線，塔材、基礎(chǔ)受損等。

電氣故障主要包括：相間跳閘、閃絡(luò)，導(dǎo)線燒蝕、斷線，相地短路以及混線跳閘等。

4、形成覆冰舞動的主要原因

我國相當大的區(qū)域范圍內(nèi)存在導(dǎo)線舞動的可能性，由于舞動存在巨大的破壞性，因此對易舞動的區(qū)域防治一定要引起重視，防患于未然。

舞動產(chǎn)生的危害是多方面的，形成舞動的因素非常復(fù)雜，通常認為，架空輸電線路舞動必須具備的三個必要條件，即“不均勻覆冰”，“風(fēng)的激勵”以及“線路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)”。

“不均勻覆冰”是架空輸電線路發(fā)生舞動的必要條件之一。

導(dǎo)線未覆冰而發(fā)生舞動的情況較為罕見（如下圖因鳥起飛造成的舞動，原理與覆冰舞動一樣），通常情況下舞動均是在導(dǎo)線覆冰情況下發(fā)生的，經(jīng)典舞動理論認為導(dǎo)線覆冰是輸電線路發(fā)生舞動的必要條件之一。覆冰多發(fā)生在風(fēng)作用下的雨凇、霜淞及濕雪堆積于導(dǎo)線的氣候條件下。雨凇地帶的導(dǎo)線易發(fā)生舞動,不同的覆冰形式對于舞動有不同的影響。

▲圖  非覆冰造成的舞動

在氣溫低（-8～-11℃）、雨量較少的情況下，由于細小水滴與導(dǎo)線表面一觸即凝，易形成典型的新月形覆冰；而當氣溫較高、雨量較大時，水滴到達導(dǎo)線表面時達不到一觸即凝，此時，如果風(fēng)速較低，易形成典型的扇形覆冰，若風(fēng)速較高，在水滴未凝結(jié)之前被風(fēng)排擠而易形成近似D形的覆冰，且導(dǎo)線覆冰下垂部分將繼續(xù)生長成冰凌，這幾種冰形都極易發(fā)生舞動。

“風(fēng)的激勵”是架空輸電線路發(fā)生舞動的另一必要條件之一。

風(fēng)激勵是導(dǎo)線舞動的直接原因，一段線路舞動的大小與狀態(tài)，主要決定于風(fēng)向?qū)?dǎo)線軸線的夾角。當夾角為90°時，對舞動的影響最大，反之，當夾角為零，即風(fēng)向平行于導(dǎo)線軸線時，引起舞動的可能性最?。涣硪环矫?，導(dǎo)線舞動多產(chǎn)生于平原開闊地帶；同時不同的風(fēng)速會決定不同的覆冰形式，進而影響空氣動力狀態(tài)。而且風(fēng)的方向與線路走向的夾角不同也會產(chǎn)生不同的運動狀態(tài)。根據(jù)目前的統(tǒng)計資料，當風(fēng)速4~25m/s，夾角大于45°時，導(dǎo)線易舞動。在我國范圍內(nèi)，發(fā)生舞動的集中在溫度在0 ℃~-6 ℃，風(fēng)速5m/s～10m/s之間，約占所有舞動情況中的50%，而在30m/s以上的風(fēng)速下幾乎沒有舞動記錄。

“線路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)”也是形成舞動的重要因素之一。

線路參數(shù)是舞動發(fā)生的內(nèi)在因素。大截面、多分裂導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)剛度大，容易產(chǎn)生偏心覆冰，因此大截面導(dǎo)線比常規(guī)截面的導(dǎo)線容易產(chǎn)生舞動；分裂導(dǎo)線比單導(dǎo)線容易產(chǎn)生舞動。導(dǎo)線表面越粗糙，越易結(jié)冰，導(dǎo)線覆冰就越嚴重，發(fā)生舞動的可能性就越大。導(dǎo)線張力越大，弧垂就越小，發(fā)生舞動和相間碰線的可能性就越小，但張力過大，可能會導(dǎo)致導(dǎo)線微風(fēng)振動增強。檔距越大，導(dǎo)線吸收的能量就越大，舞動的幅度就越大，應(yīng)在易舞區(qū)盡量減小檔距。

5、覆冰舞動防治措施

從上知道覆冰舞動主要需要“不均勻覆冰”，“風(fēng)的激勵”以及“線路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)”三個誘因，因此，從減少舞動誘因的角度入手減少舞動的誘因。

針對“不均勻覆冰”可采?。?/span>

（1）運用融冰、防冰措施，消除導(dǎo)線的覆冰；

（2）采取措施改變覆冰的形狀，或設(shè)法使得導(dǎo)線覆冰均勻，降低覆冰的偏心程度；

（3）選擇合理的線路走向，避開雨凇地帶。

針對“風(fēng)的激勵”可采?。?/span>

（1）選擇合理的線路走向，避開風(fēng)口地帶，使得冬季風(fēng)向與線路的夾角盡可能??；

（2）加裝防舞裝置，擾亂氣流的激勵，或改變攻角，從而提高舞動發(fā)生的冰、風(fēng)閾值。如加裝擾流防舞器、阻尼器等。其相應(yīng)的介紹可以參考《架空輸電線路常用防舞動裝置及其特點》一文，安裝方法參考《防舞裝置選擇原則及安裝方案設(shè)計要求》一文，不再重復(fù)闡述。

針對“線路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)”可采?。?/span>

改變導(dǎo)線特性抑制舞動，多數(shù)防舞器均屬此類。如雙擺防舞器、失諧擺、偏心重錘、阻尼器等。其相應(yīng)的介紹可以參考《架空輸電線路常用防舞動裝置及其特點》一文，安裝方法參考《防舞裝置選擇原則及安裝方案設(shè)計要求》一文，不再重復(fù)闡述。

除以方法外還可以采取增大相間及相對地見的電氣間隙，提高金具、絕緣子、導(dǎo)線及桿塔的機械強度等方法來防舞。下面介紹電氣間隙的方式解決防舞懸掛問題。

6、防舞的電氣間隙

舞動給架空輸電線路帶來主要危害是電氣故障和機械強度的損壞。如果較輕微的舞動，一般不會帶來電氣故障和機械強度的潛在危險，一般可以不考慮進行處理，多大的舞動會對架空輸電線路造成電氣故障和機械強度的潛在危險呢？這就需要對導(dǎo)、地線舞動的軌跡及強度進行對舞動的電氣間隙及舞動在導(dǎo)、地線上引起的附加張力進行校核驗算。下面小編先介紹舞動引起的電氣間隙計算。

當導(dǎo)線間或?qū)Ь€與地線間的電氣間隙滿足舞動不閃絡(luò)、不跳閘時，就可以解決舞動引起的舞動危害，那導(dǎo)線間或?qū)Ь€與地線間的電氣間隙多大滿足呢。根據(jù)國內(nèi)外大量的觀測資料可知，導(dǎo)線舞動的軌跡在垂直導(dǎo)線軸線的截面內(nèi)呈橢圓形，橢圓的長軸與垂線間的夾角一般在5～10°左右，橢圓長軸與短軸的長度比一般在2:1~5:1 的范圍內(nèi)，長軸的最大長度可達1倍弧垂或更長。當導(dǎo)線舞動幅度較大時，導(dǎo)線間或?qū)Ь€對地線間可能產(chǎn)生碰線閃弧和短路跳閘。為減少舞動的影響，除采用防舞措施控制舞動幅值之外，可以通過估算出導(dǎo)線舞動的振幅值，然后根據(jù)振幅值采取合理的導(dǎo)線布置方式和塔頭設(shè)計，提高電氣強度，使其在線路舞動時不致產(chǎn)生短路和電弧燒傷。

根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)資料，導(dǎo)線的舞動軌跡用約有風(fēng)偏的豎橢圓來表示，如下圖所示。

▲圖  導(dǎo)線舞動軌跡

從上圖，通過非線性分析，可知導(dǎo)線舞動軌跡的橢圓長軸（振幅值）可以通過下列經(jīng)驗公式計算估算。

式中：

Y -- 舞動軌跡的橢圓長軸（振幅值）,

X -- 舞動軌跡的橢圓短軸,

U_w -- 風(fēng)速，

η -- 舞動的氣象系數(shù)，弱舞動區(qū) η=0.05，中等舞動區(qū) η=0.10 ，強舞動區(qū) η=0.15，特強舞動區(qū) η=0.20

β -- 風(fēng)向與導(dǎo)線軸線（導(dǎo)線走向）的夾角。

p -- 舞動的頻率，一般可以采用下列公式進行近似計算：

l -- 檔距,

T -- 導(dǎo)線張力，

m -- 導(dǎo)線單位長度的質(zhì)量，

n -- 半波數(shù)，既舞動的階次。檔距l＜200m時，n = 1 或 2 ；200m ＜ 檔距l＜600m時，n = 2 或 3 ； 檔距l ＞600m時，n = 3 或 4 。

α -- 舞動的最小振幅，

θ -- 舞動軌跡橢圓的風(fēng)偏角，

ψ -- 導(dǎo)、地線風(fēng)偏角，導(dǎo)線一般ψ=10°，地線ψ=15°。

通過大量的實際舞動的觀測表明，當檔內(nèi)出現(xiàn)一個半波（既舞動的階次）的舞動時，舞動振幅出現(xiàn)在檔距中點處，其導(dǎo)線舞動前在承受覆冰及風(fēng)荷載的弧垂接近，如下圖所示。

▲圖  一階舞動時檔距中點舞動軌跡示意圖

圖中：

a -- 舞動軌跡的橢圓長軸；

b -- 舞動軌跡的橢圓短軸；

Φ -- 導(dǎo)線風(fēng)偏角

θ -- 軌跡與垂直風(fēng)險的傾角，

f_c -- 覆冰舞動導(dǎo)線弧垂。

當檔內(nèi)出現(xiàn)在一階舞動時，舞動最大幅度可按下列的方法進行計算：

a₀   = f_c

a₁   = a₀ / 4

a₂   = 0.3 a₀

_b   = 0.4 a₀

θ   = Φ /2

舞動更多的表現(xiàn)為二階，既一個檔內(nèi)出現(xiàn)兩個半波，此時舞動最大幅度可按下列的方法進行計算：

a   = W_x f_c =0.3 (m)

_{b = 0.4 a}

式中：

W_x -- 舞動系數(shù)，0.8 ≤ W_x ≤ 1..4 

導(dǎo)線舞動的運動軌跡為橢圓形，要保證舞動過程中導(dǎo)線間、導(dǎo)線對地線閃絡(luò)及電弧燒傷。為保證導(dǎo)線間、導(dǎo)線對地線間的安全距離，塔頭尺寸是關(guān)鍵。

根據(jù)國內(nèi)外觀測記錄，導(dǎo)線舞動的全振幅可達幾米到十幾米，對于一般線路檔距來講，舞動振幅a(橢圓軌跡的長軸)與弧垂的比例大概是20%，也可能達到40%，最大可達到100%，既a=（0.2~1.0） f_c 。對于強舞動區(qū)，對一般檔距，最大a值可取12m，對大跨越檔距可取20m。一般情況下，假定導(dǎo)線舞動時地線不舞動，此時地線僅產(chǎn)生與導(dǎo)線相靠近的風(fēng)偏角 φ_g   （如下圖所示），導(dǎo)線舞動軌跡的橢圓長軸 a 與垂直間的夾角φ可取 5°~10°，導(dǎo)線弧垂 f_c 的風(fēng)偏角 φ_c 取  10°~15°（可以根據(jù)φ=tg^-1(r₄/r₁)），地線弧垂 f_g 的風(fēng)偏角 φ_g  根據(jù) 其保護角的正負和舞動導(dǎo)線可能發(fā)生的接近情況來確定，最小取 0°，最大可比導(dǎo)線風(fēng)偏角大5°。導(dǎo)線沿長軸向下舞動的最大振幅可取為 a₁   =(0.2~0.25) a ，向上的最大振幅可取為 a₂   =(0.8~0.75) a _，舞動軌跡的橢圓短軸b≈0.4a。然后根據(jù)以上預(yù)測的舞動振幅情況，選擇合適的塔頭尺寸的塔型。

▲圖 導(dǎo)線舞動時的電氣間隙

根據(jù)國內(nèi)外設(shè)計實踐和設(shè)計經(jīng)驗，對于覆冰舞動情況，相對地間隙按照工頻電壓間隙取值，相對相間隙按照工頻電壓相對地間隙的倍取值，能夠保證線路安全運行。由于覆冰形狀、尺寸、風(fēng)速的差異，通常導(dǎo)線和地線不會同時舞動，導(dǎo)線和導(dǎo)線采取相同的舞動參數(shù)，因此，可以按照導(dǎo)線舞動地線不動的情況驗算相對地距離，按照下導(dǎo)線舞動上導(dǎo)線不動的情況驗算相對相距離。通常采用作圖法測出導(dǎo)地線或?qū)Ь€間的距離。

7、防舞的機械強度

提高線路的桿塔、導(dǎo)線、金具、絕緣子等的機械強度，在線路舞動時不致于機械強度不足而發(fā)生輸電線路事故危害。

在易舞動地區(qū)適當提高桿塔的設(shè)計強度，以提高其抵抗舞動發(fā)生的動荷載的能力。由于舞動會造成桿塔螺栓松脫，因此除開安裝防盜螺栓部分外的桿塔還應(yīng)安裝加裝螺栓防松帽進行防松，提高塔身的抗舞能力。

線路舞動時將產(chǎn)生巨大的動態(tài)荷載，根據(jù)研究表明導(dǎo)線舞動產(chǎn)生的最大張力（T_max）一般約為靜態(tài)張力（T₀）的2倍，既T_max≈2 T₀  。因此在發(fā)生舞動強度相對較大時，金具及絕緣子的安全系數(shù)可能不能滿足機械強度的要求，所以易舞區(qū)線路的金具及絕緣子的設(shè)計安全系數(shù)適當提高至3.0 ~4.0，以確保金具及絕緣子能抵抗強度相對較大 時的舞動的影響。 

通過以上我們了解舞動的成因，就可以通過合理選擇路徑，融冰、安裝防舞裝置、提高舞動的電氣間隙，提高桿塔、金具及絕緣子的機械強度等方法來避免覆冰舞動帶來對線路的的覆冰危害。