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1、导线覆冰形成的成因

严冬或初春季节，当气温下降至-5-0℃，风速为3-15m/s如遇大雾或毛毛雨，首先在导地线上形成雨凇；如气温升高，例如天气转晴，雨凇则开始融化；如天气继续转晴，则覆冰过程终止；如天气骤然变冷，气温下降，出现雨雪天气，冻雨和雪则在粘结强度很高的雨凇冰面上迅速增长，形成密度大于0.6 g/cm³的较厚的冰层；这种过程将导致导地线表面形成雨凇—混合凇—雾凇的复合冰层。如在这种过程中，天气变化，出现多次晴-冷天气，则融化加强了冰的密度，如此往复发展将形成雾凇和雨凇交替重叠的混合冻结物，即混合凇。

▲图  雨凇

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▲图  混合淞

除开雨凇、混合凇外导、地线上还可能存在雾凇或霜凇等覆冰情况。导线覆冰首先在迎风面上生长，如风向不发生急剧变化，迎风面面上覆冰厚度就会继续增加。当迎风面覆冰达到一定厚度，其重量足以使导线扭转时，导线发生扭转现象；导线再扭转时，覆冰就会继续成长变大，终于在导线上形成圆形或椭圆形的覆冰。通常较细导线的覆冰呈圆形，而较粗导线的覆冰则多呈椭圆形。

2、覆冰冰害类型

随着全球气候的变化，极端天气频发，架空输电线路覆冰造成的危害越来越严重，常会引起过荷载、冰闪、舞动、脱冰跳跃等现象，导致线路跳闸、断线、倒塔和通信中断等事故，覆冰已成为威胁电网安全运行的重要因素。本次主要介绍舞动冰害，其他冰害如果有需要小编再收集资料整理分享介绍。

3、覆冰舞动及对线路的危害

覆冰舞动是不均匀覆冰导线在风的作用下产生的一种低频率(约0.1～3Hz)、大振幅(可达10m以上)的自激振动，在振动表现形态上表现为在一个档距内只有一个或少数几个半波。

架空输电线路在运行过程中会因自然条件的作用而发生多种灾害事故，舞动就是其中危害较为严重的一种。舞动产生的危害是多方面的，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。

4、形成覆冰舞动的主要原因

我国相当大的区域范围内存在导线舞动的可能性，由于舞动存在巨大的破坏性，因此对易舞动的区域防治一定要引起重视，防患于未然。

舞动产生的危害是多方面的，形成舞动的因素非常复杂，通常认为，架空输电线路舞动必须具备的三个必要条件，即“不均匀覆冰”，“风的激励”以及“线路的结构和参数”。

“不均匀覆冰”是架空输电线路发生舞动的必要条件之一。

导线未覆冰而发生舞动的情况较为罕见（如下图因鸟起飞造成的舞动，原理与覆冰舞动一样），通常情况下舞动均是在导线覆冰情况下发生的，经典舞动理论认为导线覆冰是输电线路发生舞动的必要条件之一。覆冰多发生在风作用下的雨凇、霜淞及湿雪堆积于导线的气候条件下。雨凇地带的导线易发生舞动,不同的覆冰形式对于舞动有不同的影响。

▲图  非覆冰造成的舞动

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。

“风的激励”是架空输电线路发生舞动的另一必要条件之一。

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；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，进而影响空气动力状态。而且风的方向与线路走向的夹角不同也会产生不同的运动状态。根据目前的统计资料，当风速4~25m/s，夹角大于45°时，导线易舞动。在我国范围内，发生舞动的集中在温度在0 ℃~-6 ℃，风速5m/s～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。

“线路的结构和参数”也是形成舞动的重要因素之一。

线路参数是舞动发生的内在因素。大截面、多分裂导线扭转刚度大，容易产生偏心覆冰，因此大截面导线比常规截面的导线容易产生舞动；分裂导线比单导线容易产生舞动。导线表面越粗糙，越易结冰，导线覆冰就越严重，发生舞动的可能性就越大。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。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。

5、覆冰舞动防治措施

从上知道覆冰舞动主要需要“不均匀覆冰”，“风的激励”以及“线路的结构和参数”三个诱因，因此，从减少舞动诱因的角度入手减少舞动的诱因。

针对“不均匀覆冰”可采取：

（1）运用融冰、防冰措施，消除导线的覆冰；

（2）采取措施改变覆冰的形状，或设法使得导线覆冰均匀，降低覆冰的偏心程度；

（3）选择合理的线路走向，避开雨凇地带。

针对“风的激励”可采取：

（1）选择合理的线路走向，避开风口地带，使得冬季风向与线路的夹角尽可能小；

（2）加装防舞装置，扰乱气流的激励，或改变攻角，从而提高舞动发生的冰、风阈值。如加装扰流防舞器、阻尼器等。其相应的介绍可以参考《架空输电线路常用防舞动装置及其特点》一文，安装方法参考《防舞装置选择原则及安装方案设计要求》一文，不再重复阐述。

针对“线路的结构和参数”可采取：

改变导线特性抑制舞动，多数防舞器均属此类。如双摆防舞器、失谐摆、偏心重锤、阻尼器等。其相应的介绍可以参考《架空输电线路常用防舞动装置及其特点》一文，安装方法参考《防舞装置选择原则及安装方案设计要求》一文，不再重复阐述。

除以方法外还可以采取增大相间及相对地见的电气间隙，提高金具、绝缘子、导线及杆塔的机械强度等方法来防舞。下面介绍电气间隙的方式解决防舞悬挂问题。

6、防舞的电气间隙

舞动给架空输电线路带来主要危害是电气故障和机械强度的损坏。如果较轻微的舞动，一般不会带来电气故障和机械强度的潜在危险，一般可以不考虑进行处理，多大的舞动会对架空输电线路造成电气故障和机械强度的潜在危险呢？这就需要对导、地线舞动的轨迹及强度进行对舞动的电气间隙及舞动在导、地线上引起的附加张力进行校核验算。下面小编先介绍舞动引起的电气间隙计算。

当导线间或导线与地线间的电气间隙满足舞动不闪络、不跳闸时，就可以解决舞动引起的舞动危害，那导线间或导线与地线间的电气间隙多大满足呢。根据国内外大量的观测资料可知，导线舞动的轨迹在垂直导线轴线的截面内呈椭圆形，椭圆的长轴与垂线间的夹角一般在5～10°左右，椭圆长轴与短轴的长度比一般在2:1~5:1 的范围内，长轴的最大长度可达1倍弧垂或更长。当导线舞动幅度较大时，导线间或导线对地线间可能产生碰线闪弧和短路跳闸。为减少舞动的影响，除采用防舞措施控制舞动幅值之外，可以通过估算出导线舞动的振幅值，然后根据振幅值采取合理的导线布置方式和塔头设计，提高电气强度，使其在线路舞动时不致产生短路和电弧烧伤。

根据国内外有关资料，导线的舞动轨迹用约有风偏的竖椭圆来表示，如下图所示。

▲图  导线舞动轨迹

从上图，通过非线性分析，可知导线舞动轨迹的椭圆长轴（振幅值）可以通过下列经验公式计算估算。

式中：

Y -- 舞动轨迹的椭圆长轴（振幅值）,

X -- 舞动轨迹的椭圆短轴,

U_w -- 风速，

η -- 舞动的气象系数，弱舞动区 η=0.05，中等舞动区 η=0.10 ，强舞动区 η=0.15，特强舞动区 η=0.20

β -- 风向与导线轴线（导线走向）的夹角。

p -- 舞动的频率，一般可以采用下列公式进行近似计算：

l -- 档距,

T -- 导线张力，

m -- 导线单位长度的质量，

n -- 半波数，既舞动的阶次。档距l＜200m时，n = 1 或 2 ；200m ＜ 档距l＜600m时，n = 2 或 3 ； 档距l ＞600m时，n = 3 或 4 。

α -- 舞动的最小振幅，

θ -- 舞动轨迹椭圆的风偏角，

ψ -- 导、地线风偏角，导线一般ψ=10°，地线ψ=15°。

通过大量的实际舞动的观测表明，当档内出现一个半波（既舞动的阶次）的舞动时，舞动振幅出现在档距中点处，其导线舞动前在承受覆冰及风荷载的弧垂接近，如下图所示。

▲图  一阶舞动时档距中点舞动轨迹示意图

图中：

a -- 舞动轨迹的椭圆长轴；

b -- 舞动轨迹的椭圆短轴；

Φ -- 导线风偏角

θ -- 轨迹与垂直风险的倾角，

f_c -- 覆冰舞动导线弧垂。

当档内出现在一阶舞动时，舞动最大幅度可按下列的方法进行计算：

a₀   = f_c

a₁   = a₀ / 4

a₂   = 0.3 a₀

_b   = 0.4 a₀

θ   = Φ /2

舞动更多的表现为二阶，既一个档内出现两个半波，此时舞动最大幅度可按下列的方法进行计算：

a   = W_x f_c =0.3 (m)

_{b = 0.4 a}

式中：

W_x -- 舞动系数，0.8 ≤ W_x ≤ 1..4 

导线舞动的运动轨迹为椭圆形，要保证舞动过程中导线间、导线对地线闪络及电弧烧伤。为保证导线间、导线对地线间的安全距离，塔头尺寸是关键。

根据国内外观测记录，导线舞动的全振幅可达几米到十几米，对于一般线路档距来讲，舞动振幅a(椭圆轨迹的长轴)与弧垂的比例大概是20%，也可能达到40%，最大可达到100%，既a=（0.2~1.0） f_c 。对于强舞动区，对一般档距，最大a值可取12m，对大跨越档距可取20m。一般情况下，假定导线舞动时地线不舞动，此时地线仅产生与导线相靠近的风偏角 φ_g   （如下图所示），导线舞动轨迹的椭圆长轴 a 与垂直间的夹角φ可取 5°~10°，导线弧垂 f_c 的风偏角 φ_c 取  10°~15°（可以根据φ=tg^-1(r₄/r₁)），地线弧垂 f_g 的风偏角 φ_g  根据 其保护角的正负和舞动导线可能发生的接近情况来确定，最小取 0°，最大可比导线风偏角大5°。导线沿长轴向下舞动的最大振幅可取为 a₁   =(0.2~0.25) a ，向上的最大振幅可取为 a₂   =(0.8~0.75) a _，舞动轨迹的椭圆短轴b≈0.4a。然后根据以上预测的舞动振幅情况，选择合适的塔头尺寸的塔型。

▲图 导线舞动时的电气间隙

根据国内外设计实践和设计经验，对于覆冰舞动情况，相对地间隙按照工频电压间隙取值，相对相间隙按照工频电压相对地间隙的倍取值，能够保证线路安全运行。由于覆冰形状、尺寸、风速的差异，通常导线和地线不会同时舞动，导线和导线采取相同的舞动参数，因此，可以按照导线舞动地线不动的情况验算相对地距离，按照下导线舞动上导线不动的情况验算相对相距离。通常采用作图法测出导地线或导线间的距离。

7、防舞的机械强度

提高线路的杆塔、导线、金具、绝缘子等的机械强度，在线路舞动时不致于机械强度不足而发生输电线路事故危害。

在易舞动地区适当提高杆塔的设计强度，以提高其抵抗舞动发生的动荷载的能力。由于舞动会造成杆塔螺栓松脱，因此除开安装防盗螺栓部分外的杆塔还应安装加装螺栓防松帽进行防松，提高塔身的抗舞能力。

线路舞动时将产生巨大的动态荷载，根据研究表明导线舞动产生的最大张力（T_max）一般约为静态张力（T₀）的2倍，既T_max≈2 T₀  。因此在发生舞动强度相对较大时，金具及绝缘子的安全系数可能不能满足机械强度的要求，所以易舞区线路的金具及绝缘子的设计安全系数适当提高至3.0 ~4.0，以确保金具及绝缘子能抵抗强度相对较大 时的舞动的影响。 

通过以上我们了解舞动的成因，就可以通过合理选择路径，融冰、安装防舞装置、提高舞动的电气间隙，提高杆塔、金具及绝缘子的机械强度等方法来避免覆冰舞动带来对线路的的覆冰危害。