彭永洪 马强 田兴瑞

摘 要：通过物体的流体将引起颤动、卡门涡和驰振三种振动。其中卡门涡、驰振是输电导线中两种常见的振动。其特性是由空气中对流的速度和导线的结构决定。驰振在输电导线中特称舞动。

关键词：输电线路导线；舞动

当流体流过物体的表面时会产生激励。则会导致物体振动。流体的速度、性质、流动方向、物体截面积形状等因素将影响激励的大小、性质。通过物体的流体将引起颤动、卡门涡和驰振三种振动。其中卡门涡、驰振是输电导线中两种常见的振动。其特性是由空气中对流的速度和导线的结构决定。驰振在输电导线中特称舞动。

1 舞动概念和形态

导线在风和覆冰的条件下、形成非圆截面的覆冰，进而形成大幅度和低频率的振荡，叫自激振动。通常在0.1～3HZ以内，振幅相当于对应导线直径的5～250倍左右。输电导线的覆冰横截面常为翼状形，在风和冰的激励作用下，会产生低阶大振幅的共振，若发生在架空高压输电线路上，则大跨越档距导线舞动的幅度有可能会达到数十米，正是因为覆冰导线振动起来像龙舞，所以称之为舞动。覆冰导线的舞动是一种频率低、振动幅度大，舞动形态不规则，一般表现为三种：（1）横向振动。（2）绕两端输电杆塔的固定点自由摆动，这个主要发生在大跨越档间的导线。（3）导线绕着覆冰输电线路的轴线的自我扭转振动。

2 覆冰导线舞动形成因素

覆冰输电导线舞动是流体耦合振动中较复杂的一种，影响导线舞动的因素很多，但常见的有以下三种：导线覆冰、风的激励和线路自身因素。

1）导线覆冰。输电导線的舞动常发生在2～50mm覆冰厚度的导线上，导线覆冰形成有三个必备条件：a.空气湿度在85%以上；b.温度在-5～0℃之间；c.风速大于1m/s。2）风的激励。稳定的风激励也是形成舞动的必要因素，在冬季，冷暖气流的交汇，较强的风力，是导线舞动更易形成。江河、湖泊和平地等类似开阔地放和山谷、风口地区是比较容易发生舞动的地带，这是由于以往在风洞实验研究中发现垂直线路的风分量越大，对覆冰导线的激励效果越好，导线升力也越大，更易使系统失稳，而产生舞动。3）线路结构与参数。除了以上两个外界因素，输电线路本身的结构也容易导致导线舞动的发生，包括：导线的类型、横截面积和档距。a.分裂导线一般比单导线更容易发生舞动。b.截面大的导线更容易舞动。c.线路档距越长其扭转刚度越大，在风激励下的扭转角要小，也易形成翼型覆冰，同样升力也大和扭矩也越大，就增大了覆冰导线发生舞动的可能。

3 覆冰导线舞动的机理

3.1 横向驰振机理

在冰和风激励下，圆截面的物体会激发频率为ωs的涡致振动，而非圆截面的结构物则会产生两种不同类型的振动：1）振动频率等于结构固有频率的驰振（流体流速较低时）；2）频率偏离结构固有频率的失速颤振（流体流速较高时）。

1）横向驰振稳定性。截面、参数一般都来源于结构物的风振，和真实覆冰导线的截面有差距。并且覆冰导线的风动参数还没有准确性，在上世纪八十年代末的湖北中山口大跨越导线舞动，有专家结合课题研究的需要，进行了部分椭圆覆冰断面和扇形的风动模拟试验，并得出了一部分风动参数。这个试验对有关研究工作有很重要的作用。另外，也有国外专家做了相关导线覆冰断面的试验，但由于覆冰的随机、复杂情况，这些参数对舞动的研究需要有很大差距。2）横向驰振响应。从驰振过程的反馈机制可以看出，驰振是一个能量的积聚过程。在驰振过程，由于风激励对导线产生能量，并且这个能量是不断变化的，并输入系统。在舞动的过程中能量不断增加，达到积累。这些除了一部分用于能量随时间的耗散，剩余的能量都将增大振动的幅度。3）激發模式-邓哈托舞动。该机理认为：覆冰的非圆截面被风吹向时，会有阻力和升力的合作作用于输电线路覆冰导线。当升力变化率负值小于阻力时，输电线路覆冰导线截面才是稳定的。

3.2 扭转驰振机理

扭振是这种类型的舞动一个关键因素，只要可以改变系统的扭振特性，即ωθ≠ωy，或者是扭振自激能够被抑制。这种舞动便可抑制，这就是尼戈尔模式。

3.3 惯性耦合激发机理

除了横向激发模式和扭转激发模式外，还存在第三种由于偏心惯性影响的惯性激发模式。由于在风激励下，惯性使攻角发生变化，木板向上运动，由相关的模型可知攻角θ会使升力F发生变化，由于升力与是同一个方向，将会增大对振动系统的干扰，并加剧横向振动，在这个过程中，不断积累能量，导致系统失稳而形成舞动。由于导线舞动情况的复杂，且由于环境中各个因素的不确定性，如风速、雨量、温度和不同的覆冰形状和厚度，使得舞动模式存在不确定性，同一地区不同时段或不同线路也可能出现不同模式的舞动。在上述的三种激发模式中，其中邓哈托模式和尼格尔模式的起舞条件不同，哪种模式的自激条件先达到，哪种舞动就先出现，上面的三种舞动激励是迄今为止最主要的研究成果。

4 小结

本章对物体振动的不同类型进行了说明，并阐述了导线舞动的基本概念，同时也对导线舞动形成的因素也做了重点分析。首先对物体振动的不同类型进行了说明，振动分为卡门涡、颤动和驰振三种，并对这三种振动的原理进行了分类说明；其次在由驰振的一种特殊形式引出了舞动的基本概念，也说明了导线舞动的三种形态及其主要的表现形式。再对舞动形成的主要因素做了详细的分类说明，主要由于输电线路由于雨雪天气的覆冰、风激励和输电线路自身的线路结构因素。最后对导线舞动的机理进行了重点分析。

参考文献：

[1] 甘凤林，李光辉.高压输电线路施工[M].北京.中国电力出版社.2008第一版.

[2] 孟遂民，孔伟.架空输电线路设计[D].北京.中国电力出版社.2007年第一版.

作者简介：彭永洪（1987-），研究方向：变电一次检修技术；马强（1981-），研究方向：变电二次检修技术；田兴瑞（1987-），研究方向：电气试验。