1.什么叫舞动
架空输电线路导线发生偏心覆冰后，在风的激励下产生的一种低频率、大振幅自激振动现象。通俗讲就是当风吹到因覆冰而变为非圆截面的导线上时，产生一定的空气动力，由此会诱发导线产生一种低频率（约0.1——3Hz）、大振幅的自激振荡，由于其形态上下翻飞，形如龙舞，称舞动。
输电线路舞动的发生通常取决于三方面的要素：导线不均匀覆冰、风激励和线路结构参数。舞动产生的危害是多方面的，轻者会发生闪络、跳闸，重者发生金具及绝缘子损坏，导线断股、断线，杆塔螺栓松动、脱落，甚至倒塔，导致重大电网事故。易于发生舞动的局部敏感地段主要在风口、开阔地带、江河湖面等易于覆冰，且风激励较强的地区。为防止线路舞动，一般采取安装相间间隔棒、线夹回转式间隔棒、双摆防舞器、失谐摆、偏心重锤等防舞装置。2.线路舞动的危害线路舞动的危害主要有机械损伤和电气故障两类。机械损伤包括螺栓松动、脱落，金具、绝缘子、跳线损坏，导线断股、断线，塔材、基础受损等；电气故障主要包括相间跳闸、闪络，导线烧蚀、断线，相地短路以及混线跳闸等。2.1机械损伤螺栓松动、脱落：输电线路舞动使耐张塔的主材接点和横担紧固螺栓松扣、磨损甚至剪断，严重影响铁塔受力。如1987年11月某地区的导线舞动造成500kV某线l5基耐张塔螺栓脱落共411个，引流间隔棒损坏共7个；而17个耐张段中的218基直线塔只有15基螺栓脱落共66个。金具、绝缘子、跳线损坏：由于舞动的力学作用，使得已有内部绝缘损坏或机械损伤的绝缘子钢脚破裂，造成掉线停电。如1999年3月、11月导线大面积舞动中，500kV某线582#塔中相、某线25#塔C相、某线180#塔B相的绝缘子钢脚球头断裂，导线掉落烧损，供电中断。导线断股、断线：舞动产生的导线交变应力造成导线损伤或导线金具磨损，导线断线。如1987年2月某地区A线、B线同塔大跨越导线舞动持续70多小时，使塔上线夹中的销钉33个切断、13个严重移位，多处导线磨伤，1988年12月该处又发生持续30多小时的舞动，造成B线中相一根子导线断落。塔材、基础受损：舞动增加了杆塔交变应力，便杆塔横担和塔身失稳或塔材松动，影响运行。如1999年11月某地区大面积导线舞动，加之钢管混凝土杆焊接中的隐性缺陷，使220kV某线82#、83#失稳倒塔。2.2电气故障相间跳闸、闪络：舞动会导致导线间隙减小，从而引起相间短路。如某地区1985年11月220kV某线的相间放电跳闸，1987年3月220kV某线的相间放电跳闸，1993年11月220kV某线的多次跳闸。66kV输电线路导线舞动的最大危害是相间短路跳闸，并且容易造成导线严重烧伤。如1985年1月某地区的导线舞动，某南北线严重时15min内跳闸5次，某东西线1h内跳闸9次，两条线路的跳闸最小间隔仅1min，跳闸原因均为相间短路。导线烧蚀、断线：如1993年11月导线舞动造成某线断线，2009年4月导线舞动造成500kV某线48号塔小号侧A相（上左相）第5子导线间隔棒附近有放电痕迹，B相第4子导线间隔棒附近及第7子导线间隔棒附近也有放电痕迹。相地跳闸：舞动也会导致导线和地线的间隙减小，从而引起相地短路。如2003年某地区500kV某线输电线路发生两次强烈舞动，最大振幅超过7m，引起导线对地线放电，线路跳闸，同时造成金具严重磨损、断裂、脱落，导线断股、脱落，送电被迫中断。混线跳闸：如1999年11月导线舞动使某地区一次变配出的66kV线路（多为四回路或双回路同塔）大面积混线跳闸，最终造成某变电所66kV母线全停的严重后果。3.舞动影响的因素影响输电线路舞动的因素很多且其之间会相互影响，一般归纳为气象条件因素、地理因素、线路自身因素等方面。其中，气象条件因素主要指导线的覆冰情况和风的大小与方向等；地理因素主要指输电线路所在区域的地形与地势；线路自身因素主要是指线路走向、线路系统的结构和参数等。3.1冰风参数覆冰与风是导线舞动的主要外激励源，它们在一定的气象条件下产生，且彼此影响。当大气层中存在大量微小的过冷水滴而没有足够的凝结核时，水滴在下降过程中遇到输电导线时就有可能附着在导线表面，形成覆冰。当风速较小时，在导线的迎风面形成覆冰；当风速较大时，在导线的背风面形成覆冰。导线覆冰后的形状又会影响空气动力的状态。覆冰、空气动力状态等因素具有很大的随机性。对于导线舞动来说，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条件密切相关，而且彼此相互影响。例如，在同样的雨凇条件下，风速的大小将会影响导线覆冰的形状，进而影响导线的空气动力状态。显然，这些影响因素具有很大的随机性，在舞动研究与计算时，通常是根据统计资料来进行考虑的。3.1.1导线覆冰的类型与条件（a）雾凇由山区低层云中的过冷水滴形成。水滴在温度极低、风速很小的情况下遇到导线，在第二批水滴尚未到达之前，第一批水滴几乎即刻成冰，冻结在导线上，由此形成雾凇。积冰呈白色，晶状结构，密度δ＜0.6g/cm3，在导线上的附着力比较弱。由于雾凇覆冰层不厚，冰重不大，偏心情况也不严重，对导线一般不构成威胁。（b）霜凇。当温度在0℃上下、风速较大时，会形成霜凇。其水滴冻结比较弱，但在导线上的附着力却比较强。冰质透明，密度较高，在0.63——0.9g/cm3之间变化。导线长期暴露在湿云中而气温又在冰点左右时易于形成霜凇，霜凇重量会逐渐增大，其重力会对导线与杆塔构成威胁。（c）雨凇雨凇多发生在低海拔地区的冻雨期，在温度接近0℃、风速较大时产生。冰质透明，在导线上的附着力极强，冰的密度也很高，在0.90——0.92gcm3之间。在雨凇地区，由于冻雨的持续时间较长，可能形成较厚而坚实且不易脱落的覆冰层，成为发生导线舞动的重大威胁。如湖北中山口是全国最严重的雨凇区之一，雨凇常持续数十小时至几昼夜，气温在0——-8℃之间，形成偏心覆冰的厚度一般为15——20mm，最严重的一次甚至达到38——48mm。3.1.2导线覆冰的必要气象条件导线覆冰的必要气象条件是：1具有足可冻结的气温，即冰点以下的温度；2具有较高的湿度，即空气相对湿度一般在85%以上；3具有可使空气中的水滴运动的风速，即大于1m/s的风速。一般来说，水滴直径大，过冷却程度低，周围气温较高，以致水滴潜热散发较慢时，导线容易形成雨凇；反之，水滴直径小，过冷却程度高，周围气温低，以致水滴潜热能迅速散失掉时，导线容易形成雾凇。导线覆冰最快时的风速为3——6m/s，如果风速小于3m/s，则导线覆冰速度与风速成正比；如果风速大于6m/s，则导线覆冰速度与风速成反比。在覆冰过程中，风对导线覆冰形状起着重要作用，它将大量的过冷却水滴源源不断地输向线路，水滴与导线相碰撞，被导线捕获而加速覆冰。当具备了形成覆冰的温度和湿度条件后，除了风速的大小对覆冰有影响外，风向也是决定导线覆冰轻重的重要参数之一：风向与导线平行，或当与导线之间的夹角小于45°或大于150°时，覆冰较轻；风向与线路垂直，或风与导线之间的夹角大于45°或小于150°时，覆冰较重。导线覆冰的轻重还取决于山脉走向、坡向与分水岭、风口、江湖水体等因素。东西走向山脉的迎风坡在冬季覆冰较背风坡严重；分水岭、风口处线路覆冰较其他地形严重；江湖水体对导线覆冰影响也十分明显，水汽充足时，导线覆冰严重，附近无水源时，导线覆冰较轻；一般海拔高程愈高，愈容易覆冰，覆冰也越厚，且多为雾凇，海拔高程较低处，多为雨凇或混合凇。3.1.3冰形状不均匀覆冰是造成舞动的主要原因，因此，了解不同的覆冰形状对研究舞动很有必要。在气温低（-8——-11℃）、雨量较少的情况下，由于细小水滴与导线表面一触即凝，易形成典型的新月形覆冰；而当气温较高、雨量较大时，水滴到达导线表面时达不到一触即凝，此时，如果风速较低，易形成典型的扇形覆冰，若风速较高，在水滴未凝结之前被风排挤而易形成近似D形的覆冰，且导线覆冰下垂部分将继续生长成冰凌。这几种冰形都极易发生舞动。3.1.4风激励风激励是导线舞动的直接原因。一段线路舞动的大小与状态主要决定于风向与导线轴线的夹角：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，引起舞动的可能性最小。另一方面，导线舞动多产生于平原开阔地带。同时，不同的风速会决定不同的覆冰形式，进而影响导线空气动力状态，而且风的方向与线路走向的夹角不同也会使其产生不同的运动状态。根据目前的统计资料，在我国范围内，发生舞动的风速集中在5——10m/s之间，约占所有舞动情况中的50%，而在30m/s以上的风速下几乎没有舞动记录。3.2地形与地势地形与地势对舞动的影响主要表现在其对风速和风的流态影响。在同等气象条件下，与山区或丘陵地区相比，平原开阔地区风速更大，更易形成稳态风，这将更加利于舞动的形成。此外，空气层越接近地面，受地势和地面建筑物影响越明显，流态也越不稳定。这种流态不稳定的空气流对输电导线的影响更加复杂，但将会对导线的气动力荷载有一定程度的相互抵消，从而不及稳态气流对导线的空气动力荷载大。因此，平原开阔地区的塔线越高，导线上承受的空气动力愈大，更易于诱发输电线舞动。3.3线路走向一般来说，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轴线的方向来进行的。事实上，也只有在这种情况下，模型所承受的空气动力最大，所表现出的空气动力现象最为典型和突出。如果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，引起舞动的可能性最小。对结构物起作用的空气动力主要是风向垂直于结构物轴线方向的来流或非垂直来流的垂直分量。所以，垂直来流对结构物的空气动力最大，所表现出的空气动力现象最为典型和突出。因此，各种截面模型的空气动力学试验一般都是按照风向垂直于模型轴线的方向来进行的。一般导线舞动是在覆冰后，即发生在冬季。冬季以北风为主，所以，当线路东西走向时，风向与导线轴线的夹角在90°附近，极易产生舞动。3.4线路结构与参数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。3.4.1导线类型的影响许多国内外的观测资料都表明，在同样的地理与气象条件下，分裂导线要比单导线容易发生舞动。这是因为分裂导线每隔一定距离就有一个间隔棒将各子导线连在一起，其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。而对单导线的中心线而言，导线的覆冰一般总是偏心且朝向迎风面，这个偏心质量会引起导线绕其自身轴线产生扭转，从而改变导线的迎风面。这样不断覆冰、不断扭转的结果，使得覆冰截面的形状趋于圆形，以致削弱了作用在导线上的空气动力荷载，对舞动有一定的抑制作用。3.4.2导线直径的影响观测资料表明，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。3.4.3导线张力的影响导线张力越大，弧垂就越小，发生舞动和相间碰线的可能性就越小，但张力过大，可能会导致导线微风振动增强。3.4.4档距结构影响档距越大，导线吸收的能量就越大，舞动的幅度就越大，应在易舞区尽量减小档距。4.防舞动的意义中国是舞动发生最频繁的国家之一，舞动涉及到各个电压等级的输电线路。在我国存在一条北起黑龙江，南至湖南的漫长的传统舞动带，因为每年的冬季及初春季节（每年的11、12月份，和次年的1、2、3月份），我国西北方南下的干冷气流和东南方北上的暖湿气流在我国东北部、中部（偏沿海地区）相汇，这些地区极易形成冻雨或雨凇地带使导线覆冰，并且由于风力较强，这条带状区域内的输电线路在冬季由于特殊的气象因素满足了起舞的基本要素后而诱发舞动。其中辽宁省、湖北省、河南省是我国的传统强舞动区。近年来，随着电网建设的发展，以及受极端气象条件频发的影响，我国架空输电线路舞动事故发生的频率和强度都明显增加，尤其是2000年后，几乎每年都发生较严重的舞动事故，造成了严重的损失。2008年初河南、湖北、江西、湖南等省出现大规模舞动现象。2009年11月到2010年3月，河南、山西、湖南、江西、浙江、辽宁、河北、山东等省相继出现七次输电线路大面积覆冰舞动现象，造成多条不同电压等级线路发生机械和电气故障，给电网安全稳定运行带来巨大威胁，其中山西、浙江、湖南、河北、山东、陕西、安徽、江苏等省都是首次出现大规模的舞动现象综合分析我国输电线路舞动发生情况，具有以下特征：（1）舞动区域扩大。在地域分布上，舞动区域已不仅局限在有限的范围内，而是遍及到我国大部分地区。以往定义为传统易舞区的湖北、河南、辽宁等仍是舞动最为严重的地区，而湖南、河北、山东、浙江、江西、山西、陕西、安徽和江苏等省份，在历史上极少有舞动记录，近几年也相继发生了大范围的舞动现象。（2）舞动发生频率增加。在舞动发生频率上，呈现逐渐增加的趋势，例如2009-2010年短短一个冬季全国就发生了七次大范围的舞动现象，几乎是每一次大风降温、冰冻雨雪天气过程，都会有线路会发生舞动。舞动已不再是发生在个别地区、个别区段的小概率事件，当气象、覆冰、线路参数等条件满足时，各区域、各电压等级的输电线路都可能发生舞动，我们对舞动的规律还需要重新认识。（3）舞动持续时间长、舞动强度大。近几年的舞动观测表明，线路舞动持续时间变长、破坏强度增大，例如2008年某地区500kV某线发生强烈舞动，持续时间达60小时，使得该线路发生7基杆塔倒塔、多基杆塔螺栓松脱、金具损坏等严重事故；某地区某一、二回线发生舞动达70小时，使得某二回一基直线塔边相导线掉串。舞动极易造成线路跳闸，长时间的舞动还会导致结构件疲劳失效、螺栓松脱甚至倒塔的严重事故，例如2009-2010年冬季舞动共造成了600多条次的跳闸事故、130多条次机械故障。之所以舞动持续时间长是由于有利于舞动的天气条件（降水（雪）、气温、风速风向等）相对稳定引起的。
