一、项目建设的背景及意义

架空输电线路运行过程中会因自然条件的作用发生多种灾害事故,威胁线路的安全稳定运行,舞动是其中危害较为严重的一种。架空输电线路的舞动是一种空气动力不稳定现象,是输电线路导线不均匀覆冰后在风力作用下引起的一种低频率(0.1～3Hz) 、大振幅(导线直径的20～300 倍)的自激振动现象,在振动形态上表现为在一个档距内只有一个或少数几个半波。舞动产生多方面的危害,轻者发生闪络、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。

河南省是我国输电线路舞动多发省份，1998年至今已发生过9次较大范围的输电线路覆冰舞动。1998年12月1日，河南电网发生大范围线路导线舞动，导致22条次220kV线路跳闸，多条220kV线路单相接地及相间短路的事故，电网局部解裂，京广电铁短时停电，个别110kV 电压等级线路出现倒塔现象;2000年12月1日及2001年1月11日，河南电网7条220kV线路导线舞动，造成金具损坏、线路跳闸、大面积停电等恶性事故;2003年2月9日夜，河南电网发生大范围线路导线舞动，16条220kV输电线路跳闸36条次，110kV及以下线路跳闸213条次，豫南驻马店和信阳电网被迫与省网解列而孤网运行近2小时，直接损失负荷26.5 万千瓦。

因此，提高特高压输电系统的安全性和可靠度，减少冰雪给输电系统造成的损失，具有巨大的经济和社会价值。

二、项目的理论和实践依据

1、覆冰舞动形成及影响因素

导线舞动是一种复杂的流固耦合振动，其产生原因很多。总的来说，导线覆冰、风激励和线路结构与参数是产生舞动的主要因素。

①导线覆冰

据观测资料，舞动多发生在覆冰厚度为2~50mm的覆冰雪导线。而导线上要形成覆冰，必须同时具备以下三个条件：1)空气湿度较大，一般在85%以上;2)温度较低，一般为0~-5℃，温度过高或者过低都不利于导线覆冰;3)具有可使空气中水滴运动的风速，一般需大于1m/s。

覆冰导线的截面形状对舞动的形成和发展具有决定性影响。因为实际的气象条件和环境因素十分复杂，覆冰形式多种多样。一般，刚度小的导线，会形成近似圆形的覆冰形状;而刚度大的导线会形成扇形、翼形、D形等不对称覆冰形状。经试验证明，与对称截面相比，不对称截面的覆冰更易引起导线的气动力失稳，在风的激励下容易造成导线的低频大幅舞动。

②风激励

除覆冰外，导线要形成舞动，还必须有稳定的层流风作用于导线。而山谷风口或是四周无屏蔽物的开阔地带(如江河湖泊、平地等)都是易出现稳定层流风的地带，故而这些地带也是舞动多发区。研究表明，若导线覆冰不均匀，且出现风速为4~20m/s、主导风向与导线走向夹角超过45°的层流风时，导线易产生舞动，并且该夹角越接近90°，舞动出现的可能性也就越大。

③线路结构与参数

覆冰和风的激励可视为引起导线舞动的外因，而线路本身的结构和参数是引起导线舞动的内因。不合理的线路结构与参数更易引发线路舞动。这些线路结构与参数包括：导线的类型(分裂导线或单导线)、线路档距和导线的横截面积等。

1)导线类型的影响

覆冰时，导线首先会在迎风面上结冰，扭转刚度小的单导线会在偏心覆冰的作用下扭转，使导线重新在迎风面上结冰，最终使覆冰接近于圆形;而分裂导线由于间隔棒的约束使得每根子导线的扭转极其微小，因而导线覆冰易形成翼形断面这类不对称覆冰的，因此，分裂导线比单导线更易舞动。对于500kV及以上的超高压、特高压输电线路，广泛采用四分裂甚至六分裂导线，因而舞动发生的几率较大。统计资料表明，在我国大部分500kV输电线路中均发生过导线舞动，而由舞动引发的事故占事故总数的23.5%。

2)线路档距的影响

关于档距大小与舞动之间的关系，目前存在两种观点：一种认为，导线档距越短，导线的相对扭转刚度越大，迎风面覆冰时扭转角越小，覆冰截面的不对称性越大，在相同的风激励下，更易舞动;而另一种认为，短档距的扭振固有频率及横向固有频率较长档距时高，不易在低频带发生耦合谐振，因而可以通过缩短档距以防止舞动的产生。这两种观点相互对立，迄今还无定论。

3)导线横截面积的影响

由于大截面导线的相对扭转刚度强于小截面导线，在偏心覆冰作用下其扭转角较小，导线覆冰的不对称性较大，因而大截面导线比小截面导线更易舞动。

由以上分析可以看出，随着我国超高压、特高压电网的建设，多分裂、大截面导线被广泛使用，加之输电线路长，经过地区的地理环境、气候条件多样，因而覆冰导线舞动的可能性也大大增加。

2、防舞技术措施

导线的舞动是对输电线路安全运行的重大威胁，通过现场经验与理论研究相结合，由定性向定量逐步深化的办法，国内外研究者已经摸索出了一些防舞措施。这些防舞措施可归纳为避舞、抗舞和抑舞三种。

①避舞措施

避舞措施就是在输电线路设计时，通过对气象条件和地形、地貌的调查研究，选择适合线路路径、走向以避开舞动的一种措施。在选择线路路径时，应尽可能避开导线易覆冰且风大而平稳的气象区域，比如雨凇、湿雪频繁、冬季多风地区以及峡谷、宽阔江河、迎风山坡和山脊等微地形易舞动地区。此外，在选择线路走向时，应尽量使线路走向与冬季主导风向相平行。

②抗舞措施

抗舞措施是指通过提高线路的机械强度和电气强度来确保线路设备在舞动下不被破坏并能继续安全运行的一种措施。增强线路的电气强度是指在导线舞动时，保证足够的电气间隙以防止各相导线间以及相线、地线间发生短路。增强线路设备的机械强度是指提高杆塔、金具、导线等设备的抗舞动性能，使其在导线舞动时不被破坏。可采取的措施有：提高杆塔塔身、增强横担的刚度，安装抗舞悬垂线夹，给导线安装护线条等等。

③抑舞措施

抑舞措施是指在舞动严重的线路上，通过加装各种防舞装置，达到破坏舞动形成条件、抑制舞动幅度的目的，从而消除舞动可能带来的危害，保证输电线路的安全运行。

三类措施中，一般优先采用避舞、抗舞措施，在这两种措施无法实施或是实施后防舞效果不理想的情况下，才采用抑舞措施。但从实际应用资料可知，迄今还很少有适用于全球各种气象、地形地貌和线路结构的防舞技术和方法。

3碳纤维导线防舞设计

碳纤维属于新材料领域的高技术产品。碳纤维新材料技术与纳米技术、生物技术一起，被称为是推动21世纪人类技术革命的主导力量，是航天航空工业中制造火箭飞船等不可或缺的原材料，碳纤维的应用水平从一个侧面代表着一个国家、一个行业的材料技术发展水平。这是因为碳纤维及其复合材料具有一系列的优异性能，如高比强度、高比模量、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热、热膨胀系数小等，既具有碳素材料质轻的固有本性，又具有陶瓷材料的耐热耐蚀性，金属材料的高强度、导电和导热性，以及高分子材料的易加工性能。碳纤维及其复合材料既可作为结构材料承担载荷，又可作为功能材料发挥作用，是一种难得的一材多能和一材多用材料。

① 耐高温

覆冰造成导线表面光滑,风力只能作用在导线的表面上,不能进入导线的线股里层,使导线吸收风力能量的作用大为降低,导线的阻尼作用降低,如伴随大风极易产生振动。碳纤维导线能在150℃温度下长期运行，短时间可在200℃高温下运行，而常规钢芯交线的最高使用温度为80℃。因此，即使在温度极低的环境中，碳纤维导线表面的覆冰也极易融化。

② 抗拉强度大低弧垂

碳纤维复合线芯的抗拉强度可达到2399MPa，远高于一般钢丝的1240MPa，甚至比高强度钢丝(约为1410MPa)的抗拉强度还要大，而碳纤维导线的弧垂仅为钢芯铝绞线的1/2。由于碳纤维导线低弧垂、抗拉强度大的特性，能有效降低在风力的作用下导线上下舞动的幅度。碳纤维导线良好的机械强度能有效地抵抗电线舞动造成的危害, 使线路设备能在舞动下不被损坏并保持安全运行。

③ 成本低

由于碳纤维复合芯倍容导线加倍容量运行，而且抗拉强度高、驰度小等特点，可使杆、塔之间的跨距增大，高度降低，同样容量线路成本比普通导线低。而普通导线为了防舞动，需要增加防舞动装置，造价过高，不当的防舞方案对线路运行还会带来负面影响。

④ 消耗低、高环保

碳纤维复合芯倍容导线在同等外径和相同传输容量下，线损减少20%，能减少发电容量，节约能源成本。按每年电力输电线路100万吨铝用量计算，能节约铝材近50万吨。从保护环境、改善人们生态环境方面来说，具用划时代的意义。