01 概述

架空輸電線路常年受到風、冰、低溫等氣象條件的影響和電壓、電流的作用，除使架空線和杆塔産生垂直于線路方向的水平荷載外，還會引起架空輸電線路振動。

由風雪作用引起的振動，根據頻率和振幅的不同，架空線的振動大緻可分為高頻微幅的微風振動、中頻中幅的次檔距振動和低頻大振幅的舞動，另外還有導線脫冰引起的架空線的覆冰脫冰跳躍及受穩定的橫向風作用下的擺動。

由電磁力引起的振動，根據其電磁力來源分為短路振動及電暈振動。

02 微風振動

架空輸電線路檔距超過一定距離，當架空輸電線路的導線、地線（含OPGW光纜，下同）受到0.5～10m/s的較小均勻風垂向作用時，在導線、地線背風面形成穩定的渦流，由于周期性渦流升力分量的作用，當渦流的頻率與導線、地線的固有頻率相接近時使導線、地線發生微風振動。

▲圖 導線微風振動原理

微風振動頻率較高，一般在5～120Hz，振幅不大，峰——峰一般在導線、地線的直徑的3倍以下，持續時間較長，一般數小時，有時可能達幾天。故微風振動是架空導線、地線在微風作用下産生的高頻低幅的垂向振動。

振動影響因素

微風振動的因素有很多，主要有風速和風向、地形地物、導地線結構和材料、檔距大小和懸挂高度及導地線張力等。一般風較小時，風速不足引起導地線微風振動，風速較大時，其不均勻性增加，渦流穩定性受到破壞，一般引起微風振動的風速下限值取0.5m/s，上限值取5m/s，大跨越和高塔上限值取7～10m/s。另外風向與導地線的軸線夾角在45°～90°時容易發生振動，在30°～45°振動的穩定性很小，在30°以下時一般不發生振動。

振動特點

振動概率大

由于較小風速即可引起微風振動，如果不采取防振措施，大部分線路均有較長時間處于微風振動狀态。

振幅小、頻率高

一般微風振動幅值不超過10mm，頻率位于數HZ至100HZ之間，對于架空導線、地線而言，小振幅振動下會産生微動磨損，如果外界雨水腐蝕性較強，微動磨損後将導緻鋼芯的快速鏽蝕、機械強度下降。

受地形、檔距、架設高度、架設張力影響明顯

開闊地容易産生微風振動，檔距越大，越容易發生微風振動。對于高電壓等級線路，架設高度較高，此時導地線平面的氣流受地面地線影響較小，更容易出現微風振動；架設張力越大，振動對導地線損傷越嚴重。

導線振動波形為正弦波

導線振動波沿導線呈“駐波”分布，波形為正弦波，如圖1[_架空輸電線路防振問題探讨，李恒宇]。導地線沿線波腹位置振幅最大。

▲圖 導線微風振動波形

防振措施

微風振動會引起導線、地線疲勞斷線、金具磨損和杆塔部件破壞等，故需要考慮對架空輸電線路進行防振措施。

常用防振手段包括安裝防震錘、阻尼線，或者防震錘與阻尼線結合使用。高頻振動主要由阻尼線防振，低頻振動主要由防振錘防振。普通檔距導線由于檔距小和導線懸挂點較低，一般采用防振錘防振。振動時，導線帶動防振錘一起振動，導線的振動能量被防振錘吸收，從而起到對導線的保護作用。

大跨越由于振動時間長，要求将振幅限制在更低水平，振幅不超過普通檔位的50%，一般采用阻尼線與防震錘相結合的手段，此外部分風振條件特别惡劣，防震錘無法滿足要求的區域，需采用阻尼線加防震錘方式實現風振抑制。

03 次檔距振動

我國架空輸電線路一般采用單導線、雙分裂導線、三分裂導線、四分裂導線、六分裂導線及八分裂導線。一般220kV采用雙分裂，500kV為四分裂，西北電網750kV為六分裂，1000kV為八分裂。雙分裂及多分裂導線在風荷載作用下，其中一根或多根子導線不可避免地處在前方子導線形成的尾流中，由于尾流效應，使得下風的子導線更容易吸收風的輸入能量，從而發生的低頻大振幅振動，由于該振動的頻率很低，故一般稱為“振蕩”。另外，覆冰導線舞動過程中也可能伴随次檔距振動。

▲圖 次檔距振動示意圖

次檔距振動在線路中較少出現，通常在風速為5～15m/s的風力作用下，由于迎風導線産生的紊流，影響到背風導線而産生氣流的擾動，破壞了導線的平衡而形成振動。它的表現形式，常常是各子導線不同期的擺動，周期性地分開和聚攏，導線在空間的運動軌迹呈橢圓形。次檔距振動的振幅與次檔距長度、風速大小和分裂導線的結構形式有關，一般次檔距振動的頻率為1～5Hz，振幅介于舞動和微風振動之間，為導線直徑的4～20倍，一個次檔距中可出現一個或數個半波，介乎風振動和舞動之間。

振動影響因素

次檔距振動的因素有很多，主要有風速和風向、地形地物、分裂導線的數量和布置、分裂導線間距和導線直徑、導線質量、子導線排列對風向的傾角、間隔棒裝置的類型和位置等。

均勻穩定的風是引起分裂導線次檔櫃振蕩的基本因素。一般風速在 5～15m/s 速且風力方向與線路夾角在5°以上均勻穩定的風速區域會發生次檔距振動，如果風速不規則的大幅度變化時，則導線不會形成持續的振動，甚至不發生振動。影響風速均勻性的因素有風速的大小、導線的懸挂高度、檔距、風向和地貌等。在平原開闊地區，當風向和線路方向呈 45～90°夾角時，導線産生穩定振動；在30～45°時，振動的穩定性較小；夾角小于 20°時，基本上很少出現振動。

為減少次檔距振動，一般分裂導線的間距對直徑之比值取 10～20，一般在 15～18 之間時，沒有發生過嚴重的次檔距振蕩，如果小于 10，則可能産生嚴重的振蕩。

防振措施

檔距振動能使分裂導線互撞和鞭擊，因而損傷導線和間隔棒。一般采取增大分裂導線間的距離，縮短次檔距長度，采用不同的導線排列方式，以及柔性間隔棒等控制措施。

具體方法是：

（1）增大分裂導線間距，使其分裂導線間距與線徑之比在 15～18 之間；

（2）合理布置與選型間隔棒；

（3）改變分裂導線的傾角，傾角設計必須足夠大，以至使上述的偏差值不會将實際檔距中導線的傾角又改變為可發生振動的範圍内；

（4）減少尾流區中導線的數量，如雙分裂導線，可采用垂直布置，或成45°對角線布置，三分裂導線的三角形扭轉30°，四分裂導線采用菱形布置方式，且扭轉45°等；

（5）減小次檔距的長度。

04 舞動

當 5～15m/s 左右的風力作用在因覆冰而變為非圓截面的導線上時，由于風力作用角度的變化産生的脈動風力，破壞了導線的靜力平衡，由此會誘發導線産生一種低頻率（約0.1～3 Hz）、大振幅(可達10m以上)的自激振動，由于其形态上下翻飛，形如龍舞，故稱舞動，既 舞動 是架空輸電線路導線發生偏心覆冰後，在風的激勵下産生的一種低頻率、大振幅自激振動現象。

▲圖 理論舞動軌迹示意圖

一般認為，在一個檔距中，舞動的起始點發生在弧垂較低的部位，而不是在導線懸挂點較高的部分。因為弧垂最低點受到的垂直重力和水平分力最小，故最容易被特定的風力舉起，于是舞動振蕩現象便會向全檔距傳播。其特點是振動大、頻率低、持續時間長。在一個檔距中，往往會出現1～4個半的振動波。振動的持續時間可達數小時之久。在一個檔距中發生舞動時，常常波及到相鄰檔。導線某一點的振動軌迹通常呈橢圓形。 

舞動的主要原因

導線覆冰不均勻是導緻舞動現象的根本因素。通常發生在氣溫 0℃ 左右的平原或丘陵地區，而且粗的導線比細的導線，分裂導線比單導線，更容易引起舞動。

影響輸電線路舞動的因素很多且其之間會相互影響，一般歸納為氣象條件因素、地理因素、線路自身因素等方面。其中，氣象條件因素主要指導線的覆冰情況和風的大小與方向等；地理因素主要指輸電線路所在區域的地形與地勢；線路自身因素主要是指線路走向、線路系統的結構和參數等。

舞動産生的危害是多方面的，形成舞動的因素非常複雜，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”，“風的激勵”以及“線路的結構和參數”。

舞動的危害

架空輸電線路在運行過程中會因自然條件的作用而發生多種災害事故，舞動就是其中危害較為嚴重的一種。舞動産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，導線斷股、斷線，塔材、基礎受損等。

電氣故障主要包括：相間跳閘、閃絡，導線燒蝕、斷線，相地短路以及混線跳閘等。

防治措施

從上知道覆冰舞動主要需要“不均勻覆冰”，“風的激勵”以及“線路的結構和參數”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”可采取：

（1）運用融冰、防冰措施，消除導線的覆冰；

（2）采取措施改變覆冰的形狀，或設法使得導線覆冰均勻，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“風的激勵”可采取：

（1）選擇合理的線路走向，避開風口地帶，使得冬季風向與線路的夾角盡可能小；

（2）加裝防舞裝置，擾亂氣流的激勵，或改變攻角，從而提高舞動發生的冰、風阈值。如加裝擾流防舞器、阻尼器等。

針對“線路的結構和參數”可采取：

改變導線特性抑制舞動，多數防舞器均屬此類。如雙擺防舞器、失諧擺、偏心重錘、阻尼器等。

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、導線及杆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挂問題。

05 脫冰跳躍振動

覆冰脫冰跳躍是覆冰導線在氣溫升高，或自然風力作用，或人為振動敲擊之下會産生不均勻脫冰或不同期脫冰。脫冰時，稍借一點外力，導、地線的覆冰成片一起崩落，導、地線積蓄的彈性能瞬間釋放，使導、地線跳起，引起上下振動。

脫冰跳躍的危害

随着導線覆冰厚度增加，導線拉力明顯增大，導線弧垂明顯增加，當大段或整檔脫冰時，由于導線彈性儲能迅速轉變為導線的動能和勢能，引起導線向上跳躍，減小導線對地線的距離，引起導線對地線放電，造成線路跳閘。

相鄰檔導線不均勻覆冰或不同期脫冰會産生張力差，使導線、地線在線夾内滑動，嚴重時使導線外層鋁股在線夾出口處全部斷裂，鋼芯抽動，杆塔倒塌現象。不均勻覆冰産生的張力差是靜荷載，故線股斷口有縮頸現象，而不同期脫冰産生的張力差是動荷載，線股斷口無縮頸現象。脫冰會使導線跳躍，造成導線、地線翻上橫擔，放電燒傷，或導地線相互靠近短路，橫擔變形損壞等。

防治措施

（1）盡量使檔距均勻，避免出現大小檔和大檔距。

（2）增大上下層相鄰導線間、地線與相鄰導線間的最小水平偏移值。

（3）采用用抗冰能力強的杆塔。

（4）導地線适當放松，提高導地線的抗冰能力。

06 受風擺動型振動

架空輸電線路的導、地線受穩定橫向風荷作用後，産生風偏，風速變化，導線便以風偏角為中心在一定範圍内擺動。

風擺的危害

風擺時導線與杆塔、拉線、樹、竹、建築物等之間或其他相導線的空氣間隙小于大氣擊穿電壓而造成的跳閘故障。

防治措施

（1）加長橫擔以增大導線與杆塔、拉線及相間間距。

（2）升高杆塔或清理線路走廊等措施，保證導線與周圍建築物、構築物、邊坡、樹竹的安全距離。

07 電暈引起的振動

潮濕環境中，導線會産生電暈放電。随着電暈現象的激化，會将帶電的水微粒子射出，反作用力作用于導線上，會引起有規律的振動。

電暈引起的振動是一種由在導線底部形成的水滴引起的電暈所造成的運動水滴引起的，每一次電暈爆發産生一個向上的脈沖，激發起振蕩的同時，水滴也發生變形，因而使運動持續不斷。電暈誘發振動顯然是相當小的，而正常采用的防止導線舞動的措施看來足夠控制這一類的振蕩。在發生振動時，風往往是平靜的，出現水滴是發生電暈誘發振動的必要條件。

電暈振動的頻率低，振幅小，危害輕微，因此不是亟待解決的問題。

08 短路電流引起的振動

分裂導線在線路短路時，一相中各子導線流過同一方向的大電流，在電磁力作用下，同相的幾根子導線相斥；而切斷電流後，導線又在自重和拉力作用下作相反方向的運動，産生振動。

短路電流引起的振動僅發生在分裂導線的線路上、短路時短路電流産生的電磁吸引力，使同分裂的子導線間相互吸引、使每個次檔距内都會産生一個半波長的碰擊振動。

其後果是造成間隔棒和導線的碰擊損傷，防護措施是增加間隔棒的強度。

參考文獻 孟隧民 等《架空輸電線路設計》教材

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