架空线舞动可称得上是个老麻烦了,所谓“龙舞”,其实就是覆冰的导线在风里扭腰摆尾,产生低频大振幅的振动。风刮过不是圆的导线时,会周期性地产生空气动力,把导线托起来晃荡,这就叫舞动。要是它真开始跳,振幅能达到好几米,频率却只有0.1到3赫兹,肉眼看着挺吓人,破坏力也特别大。 到底啥时候容易发生舞动?主要得看三件事:导线覆冰是不是不均匀、风速风向是不是刚好匹配、线路的结构参数是不是“火上浇油”。这三样东西凑齐了,像风口、江边湖面或者开阔的山区这些地方就容易出问题。 舞动带来的危害挺大,一方面是机械损伤。比如1987年某条500千伏线路,有15个耐张塔的螺栓掉了411个;1999年两次大舞动里,有三个塔的绝缘子钢脚球头断了,导线掉下来还烧了。还有像1987年2月两条同塔跨越的线连着跳了70小时,销钉被切断了33个;1988年同地又跳了30小时,B线的子导线直接断落。更严重的是像1999年11月某地区,钢管混凝土杆因为焊接有隐性缺陷露出来了,导致82和83号塔直接倒了。 另一方面是电气故障。像1985年1月某南北线15分钟跳闸了5次,东西线一小时内跳闸9次,中间间隔连一分钟都不到。2009年4月500千伏某线48号塔A相的子导线间隔棒附近有放电痕迹;2003年最大振幅有7米高的导线对地线放电了;1999年11月66千伏同塔四回路混线跳闸了。 为啥有些地方更容易出现这种情况呢?先看冰风和气象参数。气温不高于零下8度、相对湿度在85%以上、风速3到6米每秒的时候最容易覆冰。风向跟导线夹角90度的时候最危险;要是夹角小于45度或者大于150度就好很多。雨凇密度大附着力强,是最容易引发严重舞动的原因;雾凇虽然轻一些,但不容易形成偏心覆冰。 再看地形地势。同样的天气条件下,平原、湖面、山谷风口这些地方风速更高更稳定,导线更容易持续抖动。海拔高了雾凇就会厚一些;低海拔地区雨凇多冰形更偏心,风险就更大了。 还有线路走向的问题。冬天北风多的时候,东西走向的线路跟风向垂直,夹角接近90度,空气动力作用最大。试验也证明了只有风向垂直于导线轴线时空气动力才典型。 最后是结构参数的问题。分裂导线越多扭转刚度越大偏心覆冰就不好缓解;大截面导线扭转刚度大冰形偏心度也更高;档距越大能量吸收越多舞动幅度就会指数级放大。 针对这些问题咱们得想想办法把它防住。现在工程上常用的装置有相间间隔棒限制振动、线夹回转式间隔棒消耗能量、双摆防舞器抢能量、失谐摆打乱节奏、偏心重锤改变气动力分布等几种。这些装置得根据地形、电压等级和气象区划来搭配使用才能做到“一地一策”。 现在的风险还在升级呢:过去大家觉得只有湖北、河南、辽宁高发现在湖南、河北、山东、浙江、江西、山西、陕西、安徽、江苏这些地方也连续出现大范围舞动了;2009到2010年一个冬天全国就发生了七次大范围舞动跳闸和机械故障加起来上千条次;2008年500千伏线路连续跳了60小时倒了7个塔;“十二五”和“十三五”规划的特高压线路刚好在这些高发区经过一旦发生舞动金具疲劳子导线磨损的风险就大大增加了直接威胁国家能源战略通道安全。 所以说舞动不是什么小概率天灾而是系统性风险完全可以通过气象区划加地形评估加结构校核加装置配置的闭环管理把它关起来让输电线路在冰雪大风里安稳运行给能源互联网保驾护航。