(中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司,北京 100055)

0 引 言

中國(guó)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，線路分布廣泛，截至2020年，在運(yùn)在建特高壓線路已超過(guò)35 000 km，成為能源電力可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在現(xiàn)代能源供應(yīng)體系中發(fā)揮著重要的樞紐作用。

然而近年來(lái)受氣候異常變化影響，大范圍、長(zhǎng)時(shí)間舞動(dòng)導(dǎo)致的機(jī)械、電氣故障頻發(fā)。2007年冬季至今，國(guó)家電網(wǎng)有限公司500 kV及以上輸電線路多次故障停運(yùn)，其中舞動(dòng)是誘發(fā)線路故障停運(yùn)的首要原因。進(jìn)一步對(duì)近年來(lái)雨雪冰凍災(zāi)害分析顯示，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行影響較大的雨雪冰凍災(zāi)害天氣過(guò)程呈多發(fā)、頻發(fā)態(tài)勢(shì)，每年冬季都會(huì)遭遇1～2次，而且波及范圍向非傳統(tǒng)重覆冰和舞動(dòng)易發(fā)區(qū)演進(jìn)，其中典型案例是：2020年2月環(huán)渤海冰災(zāi)中，位于0級(jí)舞動(dòng)區(qū)的天津某液體天然氣供氣電源線路發(fā)生舞動(dòng)，造成長(zhǎng)時(shí)間停電且無(wú)法恢復(fù)；同年11月吉林冰災(zāi)中，0級(jí)舞動(dòng)區(qū)內(nèi)某66 kV供水電源線發(fā)生舞動(dòng)，造成供水泵站停電，由于供暖也需要水源，造成部分地區(qū)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法供暖、供氣。上述案例中，面對(duì)偶發(fā)性的長(zhǎng)時(shí)間舞動(dòng)，沒(méi)有任何可采取的措施和方法來(lái)有效阻止舞動(dòng)造成的長(zhǎng)時(shí)間故障停運(yùn)。

下面，首先詳細(xì)介紹現(xiàn)階段基于“避、抗、防、測(cè)”4個(gè)方面的舞動(dòng)應(yīng)對(duì)方法、技術(shù)特點(diǎn)、主要問(wèn)題和完善措施，從舞動(dòng)機(jī)理、設(shè)計(jì)方法、監(jiān)測(cè)預(yù)警和防治技術(shù)領(lǐng)域成果進(jìn)行總結(jié)，并引入非線性動(dòng)力防舞、人工智能、智能監(jiān)測(cè)等前言技術(shù)的應(yīng)用和探索，為全球氣候變暖形勢(shì)下電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)工作提供借鑒和參考。

1 誘發(fā)機(jī)理研究

舞動(dòng)誘發(fā)機(jī)理研究是目前應(yīng)對(duì)技術(shù)體系內(nèi)所有方法、裝置和標(biāo)準(zhǔn)等元素的關(guān)鍵核心。目前解釋覆冰舞動(dòng)的機(jī)理多為激發(fā)、失穩(wěn)機(jī)理，如Den Hartog機(jī)理、Nigol機(jī)理、慣性耦合機(jī)理、穩(wěn)定性機(jī)理以及非線性?xún)?nèi)共振失穩(wěn)機(jī)理等，可分別從不同角度來(lái)解釋舞動(dòng)發(fā)生、發(fā)展的影響機(jī)制。在這些機(jī)理基礎(chǔ)上建立的舞動(dòng)災(zāi)害應(yīng)對(duì)技術(shù)體系，主要以“避、抗、防、測(cè)”為基本理念和指導(dǎo)原則。因此，在輸電線路運(yùn)行階段發(fā)生的舞動(dòng)，只能等線路停運(yùn)后進(jìn)行技改來(lái)提升線路抵御舞動(dòng)災(zāi)害的能力。

然而，從近年來(lái)的發(fā)展成果來(lái)看，舞動(dòng)誘發(fā)機(jī)理研究已經(jīng)從以往的線性本質(zhì)向非線性本質(zhì)轉(zhuǎn)變。目前，針對(duì)覆冰多分裂導(dǎo)線-間隔棒-防舞器等耦合結(jié)構(gòu)要素的關(guān)系，還僅限于連續(xù)分布質(zhì)量、非線性剛度、線性模態(tài)、內(nèi)共振、靜態(tài)分岔和hopf分岔等基本非線性特征關(guān)系，對(duì)奇異性、多模態(tài)耦合、非線性模態(tài)以及非線性阻尼等特征的研究還較為匱乏。而且，最為關(guān)鍵的問(wèn)題是，近年來(lái)實(shí)用性的裝置更新迭代越來(lái)越慢。究其原因，是解析和數(shù)值等方法分析的結(jié)果對(duì)完善舞動(dòng)應(yīng)對(duì)技術(shù)體系的指導(dǎo)意義越來(lái)越小，而舞動(dòng)風(fēng)洞或真型線路現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)對(duì)氣象條件、線路結(jié)構(gòu)、特征測(cè)試技術(shù)以及結(jié)果分析的要求非常高，其經(jīng)濟(jì)成本也較高，導(dǎo)致理論和試驗(yàn)分析在一定程度上脫節(jié)，無(wú)法推動(dòng)新裝置的應(yīng)用和推廣。針對(duì)這一難題，在研發(fā)和推廣小型化監(jiān)測(cè)裝置的基礎(chǔ)上，有不少研究者提出較為恰當(dāng)?shù)奈鑴?dòng)特征監(jiān)測(cè)解決方案。

2 現(xiàn)有技術(shù)體系

2.1 避 舞

“避”主要是在線路規(guī)劃階段合理規(guī)劃線路走向和路徑，在綜合生態(tài)、環(huán)境條件、線路造價(jià)等分析的基礎(chǔ)上，盡可能避開(kāi)易舞區(qū)和微氣象、微地形區(qū)。該領(lǐng)域主要的研究工作集中在如何找出舞動(dòng)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，即繪制舞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)分布圖。傳統(tǒng)舞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)分布圖繪制方法有頻率法和舞動(dòng)系數(shù)法。舞動(dòng)系數(shù)法因?qū)嶋H操作困難，未得到推廣應(yīng)用。頻率法體現(xiàn)的結(jié)果雖然能夠在一定程度上反映舞動(dòng)發(fā)生的地區(qū)分布，但“守株待兔”式方法難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)無(wú)舞動(dòng)歷史區(qū)域內(nèi)線路的舞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

文獻(xiàn)[1]在頻率法、舞動(dòng)系數(shù)法基礎(chǔ)上，提出了基于氣象地理法的輸電線路舞動(dòng)分布圖繪制方法：在統(tǒng)計(jì)和分析該區(qū)域輸電線路歷年來(lái)發(fā)生導(dǎo)線覆冰舞動(dòng)情況的基礎(chǔ)上，通過(guò)總結(jié)氣象、地形特征規(guī)律，建立覆冰舞動(dòng)的氣象模型和地理模型；結(jié)合運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)提出舞動(dòng)區(qū)域的分區(qū)、分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，建立舞動(dòng)分布圖繪制方法標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)體系；以湖北省為例采用氣象地理法繪制了舞動(dòng)分布圖，并檢驗(yàn)其與實(shí)際舞動(dòng)情況的吻合程度，驗(yàn)證了該方法的合理性和正確性。

避舞方法在過(guò)去幾年中開(kāi)展了大量的應(yīng)用，部分重要線路通過(guò)規(guī)避易舞區(qū)等方法，取得了一定的避舞效果。多年應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)表明，該方法的有效性得到進(jìn)一步提升的前提，是通過(guò)歷史案例準(zhǔn)確總結(jié)、歸納并掌握各區(qū)域舞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)和演變的規(guī)律。然而，隨著電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，全球氣候的異常變化，0級(jí)、1級(jí)舞動(dòng)區(qū)內(nèi)出現(xiàn)的偶發(fā)性舞動(dòng)越來(lái)越多見(jiàn)，防舞能力提升的基礎(chǔ)和前提已經(jīng)基本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。除了縮短舞動(dòng)分布圖的修訂周期(目前是2～3年)，目前這一方向發(fā)展的前沿趨勢(shì)，是參考覆冰、風(fēng)區(qū)分布圖，考慮30年、50年和100年重現(xiàn)期，進(jìn)行架空線路路徑調(diào)整和優(yōu)化，從而進(jìn)一步提升輸電線路設(shè)計(jì)防舞能力，并為后續(xù)其他防舞設(shè)計(jì)提供更為精準(zhǔn)和差異化的依據(jù)。

2.2 抗 舞

覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)會(huì)使導(dǎo)線產(chǎn)生動(dòng)態(tài)交變應(yīng)力，降低導(dǎo)線的疲勞壽命，造成導(dǎo)線損傷甚至斷線；同時(shí)，舞動(dòng)會(huì)在絕緣子串、橫擔(dān)及輸電鐵塔上施加較大的動(dòng)力荷載，造成絕緣子串?dāng)[動(dòng)、橫擔(dān)扭曲變形、桿塔塔身?yè)u晃甚至倒塌?！翱埂本褪窃谠O(shè)計(jì)、運(yùn)維、改造階段，對(duì)經(jīng)過(guò)易舞區(qū)的線路采取提高線路機(jī)械強(qiáng)度、電氣安全裕度的方法，來(lái)提升導(dǎo)線、桿塔、金具、絕緣子等結(jié)構(gòu)抵抗舞動(dòng)破壞能量的能力。一般情況下，舞動(dòng)的破壞首先是閃絡(luò)跳閘，其次是低頻、大幅值振動(dòng)導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足或疲勞損壞。對(duì)于經(jīng)過(guò)易舞區(qū)的線路，如果適當(dāng)提高線路的機(jī)械強(qiáng)度或電氣強(qiáng)度，使得即使發(fā)生中等強(qiáng)度的舞動(dòng)，也不至于發(fā)生因線路電氣強(qiáng)度不足而閃絡(luò)跳閘，或發(fā)生因機(jī)械強(qiáng)度不足而損壞，避免對(duì)線路的運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。

抗舞的關(guān)鍵，在于充分認(rèn)識(shí)桿塔-導(dǎo)線-絕緣子-金具耦連體系中一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)的舞動(dòng)特征和失穩(wěn)演變過(guò)程。對(duì)此，文獻(xiàn)[1]采用梁?jiǎn)卧獙?duì)覆冰導(dǎo)線的舞動(dòng)進(jìn)行了非線性數(shù)值模擬，但導(dǎo)線的抗彎剛度小不適合采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬，且該文獻(xiàn)沒(méi)有考慮覆冰后由于偏心而產(chǎn)生的慣性作用。

除此之外，近年來(lái)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，舞動(dòng)交變載荷是桿塔螺栓松脫的重要原因。文獻(xiàn)[2]通過(guò)大量螺栓松動(dòng)試驗(yàn)，開(kāi)發(fā)了螺栓連接在受橫向激勵(lì)時(shí)的自松動(dòng)現(xiàn)象完整模型，從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模型分析結(jié)果中發(fā)現(xiàn)螺栓自松動(dòng)的主要原因是質(zhì)量塊和螺栓之間的相互影響，并預(yù)測(cè)了螺栓自松動(dòng)過(guò)程。文獻(xiàn)[3]通過(guò)試驗(yàn)和有限元模擬揭示了螺栓受橫向循環(huán)載荷作用的自松動(dòng)機(jī)理，認(rèn)為螺栓連接的自松動(dòng)過(guò)程分別由材料循環(huán)塑性變形和螺母回旋導(dǎo)致，自松動(dòng)現(xiàn)象的初始過(guò)程取決于材料的循環(huán)塑性變形。文獻(xiàn)[4-5]結(jié)合導(dǎo)線舞動(dòng)時(shí)輸電鐵塔橫擔(dān)損壞情況，分析了螺栓松脫、斷裂后橫擔(dān)承載力的變化規(guī)律，提出了采用雙帽螺栓等防松脫技術(shù)措施，經(jīng)過(guò)多年的共同努力，螺栓防松脫已成為每年入冬前各地設(shè)備管理部分防冰抗舞工作的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。

由于抗舞能力的提升意味著線路造價(jià)會(huì)成倍增加，同時(shí)受其他多種因素的制約，抗舞措施客觀推廣實(shí)施難度較大，且大都需要依賴(lài)主觀經(jīng)驗(yàn)，工程中發(fā)揮的實(shí)際效果相對(duì)較差。因此，應(yīng)重視螺栓防松對(duì)防舞能力的提升效果，尤其是利用雙螺母來(lái)提升桿塔防松能力。特別是針對(duì)重點(diǎn)防護(hù)線路區(qū)段，應(yīng)優(yōu)先選用雙螺母設(shè)計(jì)形式，從而提升低頻載荷下的防松能力。在檔距控制方面，張力和檔距因素對(duì)舞動(dòng)特性影響較大，縮小檔距可起到一定的防舞效果。此外，還可利用真型塔試驗(yàn)校驗(yàn)桿塔抗舞能力。

2.3 防 舞

“防”就是在線路設(shè)計(jì)或運(yùn)行階段對(duì)存在發(fā)生舞動(dòng)可能性的線路區(qū)段加裝防舞器，防患于未然。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的研究和探索，已有多種防舞技術(shù)應(yīng)用于輸電線路，中國(guó)在舞動(dòng)治理和防舞技術(shù)方面也積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，取得了良好的效果。相對(duì)于“避”和“抗”，“防”的造價(jià)是最低的，也容易實(shí)現(xiàn)。防舞技術(shù)可以在線路規(guī)劃設(shè)計(jì)階段實(shí)施，也可以在線路建成后運(yùn)行階段實(shí)施。后者一般都是在預(yù)判線路可能發(fā)生舞動(dòng)，或在線路已發(fā)生舞動(dòng)后開(kāi)展的工作，是操作簡(jiǎn)單、效果良好的舞動(dòng)防治技術(shù)?！胺馈蔽杓夹g(shù)主要是加裝防舞裝置。

目前，國(guó)內(nèi)外常用的防舞裝置有很多，按照其原理大都可以分為：以改變導(dǎo)線自身動(dòng)力學(xué)特性為目的，如阻尼間隔棒、失諧擺防舞器、壓重防舞器、線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒、終端阻尼器、整體式偏心重錘、雙擺防舞器和拉線防舞器(或稱(chēng)相地間隔棒)；以改變導(dǎo)線所受到的氣動(dòng)載荷為目的，包括空氣動(dòng)力阻尼器、擾流防舞器、氣動(dòng)阻尼片。

1)在改變導(dǎo)線自身動(dòng)力學(xué)特性的裝置方面，“線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒+雙擺防舞器”組合方案是目前在中國(guó)應(yīng)用最多、范圍最廣、電壓覆蓋最全的經(jīng)典防舞方案。文獻(xiàn)[6]對(duì)特高壓等級(jí)線路的防舞機(jī)理進(jìn)行了細(xì)致分析，提出了以穩(wěn)定性機(jī)理為基本理論的特高壓線路防舞設(shè)計(jì)理念；并在該機(jī)理基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了兩種新型防舞裝置，包括可以提高該類(lèi)型線路在受到冰風(fēng)激勵(lì)下穩(wěn)定性的線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒雙擺防舞器RCSDPAD，以及具有改變覆冰截面形狀、減輕激勵(lì)力的作用線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒RCS。2016年1月和2018年2月，湖北地區(qū)先后分別遭受了大范圍雨雪冰凍災(zāi)害的影響，災(zāi)后統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(見(jiàn)圖1)表明，135條110 kV及以上舞動(dòng)線路中，安裝雙擺防舞器的線路僅有6條，且均未出現(xiàn)本體受損[7]。

圖1 按照防舞裝置類(lèi)型對(duì)湖北舞動(dòng)線路統(tǒng)計(jì)(條數(shù)比例)

同時(shí)，相間間隔棒在中國(guó)線路中的應(yīng)用也相對(duì)較多。相間間隔棒具有保持導(dǎo)線間距，防止相對(duì)運(yùn)動(dòng)的效果。根據(jù)德國(guó)、加拿大以及中國(guó)加裝相間間隔棒的若干條輸電線路運(yùn)行狀態(tài)來(lái)看，其在防止舞動(dòng)引起的金具破壞，甚至斷線倒塔等事故方面有著很好的效果[8]。加裝于單相分裂導(dǎo)線上的間隔棒，也有明顯的防舞減振效果。但是實(shí)際的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，相間間隔棒也存在一定缺陷：首先，由于扭轉(zhuǎn)與其他方向劇烈振動(dòng)相耦合，產(chǎn)生的直接后果是要么導(dǎo)線被嚴(yán)重磨損，要么棒體因反復(fù)彎折被折斷；其次，相間間隔棒會(huì)在兩端導(dǎo)線同步舞動(dòng)時(shí)失去防舞效果；最后，舞動(dòng)期間覆冰棒體彎折對(duì)兩相導(dǎo)線電氣安全距離的影響機(jī)理尚不明確。

文獻(xiàn)[9]在充分調(diào)研國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，通過(guò)開(kāi)展拉線防舞裝置限位調(diào)節(jié)范圍研究、自動(dòng)式限位式裝置研制、半自動(dòng)式和被動(dòng)式限位裝置研制、限位式防治技術(shù)總體設(shè)計(jì)方案等工作，得出了限位式防舞裝置中調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)范圍，研制出了自動(dòng)式、半自動(dòng)式、被動(dòng)式等3種限位裝置，提出了限位式防治技術(shù)總體設(shè)計(jì)方案。所研制的自動(dòng)式、半自動(dòng)式、被動(dòng)式等3種限位裝置及配套金具無(wú)論是機(jī)械強(qiáng)度還是電氣性能指標(biāo)均滿(mǎn)足現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的要求，也滿(mǎn)足輸變電工程的使用要求，為工程設(shè)計(jì)和建設(shè)提供技術(shù)支撐。

動(dòng)力減振器技術(shù)也獲得了一定發(fā)展，文獻(xiàn)[10]在針對(duì)覆冰四分裂導(dǎo)線舞動(dòng)特征開(kāi)展詳細(xì)仿真基礎(chǔ)上，提出一種基于線性共振原理的分裂導(dǎo)線防舞器，并給出其參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，該防舞器具有質(zhì)量輕、制造簡(jiǎn)單、成本低、防風(fēng)雪等優(yōu)點(diǎn)。基于非線性能量槽(nonlinear energy sink，NES)和顆粒阻尼技術(shù)的零頻防舞器設(shè)計(jì)理念也于近期被提出[11]，并開(kāi)展了優(yōu)化設(shè)計(jì)、試制加工和相關(guān)測(cè)試，試驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果表明，零頻防舞器在阻尼特性和共振頻域?qū)挾鹊确矫妫憩F(xiàn)出了一定優(yōu)越性。

此外，從Den Hartog和Nigol兩種舞動(dòng)機(jī)理來(lái)看，輸電導(dǎo)線的阻尼特性是影響導(dǎo)線舞動(dòng)的關(guān)鍵因素，也是對(duì)多種防舞裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)的重要參數(shù)。文獻(xiàn)[12]通過(guò)對(duì)導(dǎo)線單自由度和多自由度耦合振動(dòng)的分析研究后得出，導(dǎo)線的阻尼越大，導(dǎo)線起舞臨界風(fēng)速就越大，越有利于防舞。終端阻尼器的設(shè)計(jì)就是基于此原理。此外，帶有阻尼特性的相間間隔棒[13-14]和線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒[15-16]，都是以增加線路阻尼特性進(jìn)行的針對(duì)性改進(jìn)產(chǎn)品。

2)在考慮空氣動(dòng)力學(xué)特性的防舞裝置方面，擾流防舞器就是基于此原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的產(chǎn)品之一，通過(guò)將其纏繞于輸電導(dǎo)線上使導(dǎo)線截面部分被改變，相鄰導(dǎo)線截面的不同會(huì)造成其所受氣動(dòng)力相互干擾和抵消，從而達(dá)到抑制舞動(dòng)的目的。該裝置已在湖北地區(qū)部分線路上有所應(yīng)用。

氣動(dòng)阻尼片是一種空氣動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定裝置，目前該裝置的實(shí)際防舞效果在低電壓等級(jí)線路上得到了良好的體現(xiàn)，文獻(xiàn)[17]用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法評(píng)估了擾流防舞器等防舞裝置對(duì)導(dǎo)線氣動(dòng)力系數(shù)的影響，通過(guò)數(shù)值仿真評(píng)估發(fā)現(xiàn)，該類(lèi)型防舞器對(duì)防止導(dǎo)線舞動(dòng)有明顯效果。懸掛式阻尼片可以有效抑制導(dǎo)線的Den Hartog舞動(dòng)，相比固定式其更為有效。

3)另外，當(dāng)受客觀因素限制，重要線路無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效避舞、抗舞、防舞時(shí)，差異化設(shè)計(jì)方法就成為了目前最實(shí)用、有效的舞動(dòng)應(yīng)對(duì)方法，同時(shí)差異化設(shè)計(jì)技術(shù)也是目前防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域較為熱門(mén)的研究方向，屬于傳統(tǒng)避舞、抗舞、防舞技術(shù)的組合優(yōu)化或提升應(yīng)用，難度主要側(cè)重于如何才能充分發(fā)揮二者的最大防舞效果。此外，針對(duì)防舞裝置的粘滯阻尼元素開(kāi)展研究，進(jìn)一步促進(jìn)導(dǎo)線舞動(dòng)能量向內(nèi)能形式轉(zhuǎn)化，降低舞動(dòng)誘發(fā)時(shí)的氣動(dòng)負(fù)阻尼，從而有效提升防舞效果。

2.4 測(cè) 舞

“測(cè)”主要分為舞動(dòng)特征監(jiān)測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)。前者是對(duì)導(dǎo)線舞動(dòng)時(shí)間、幅值、頻率、模態(tài)等特征的記錄；后者是基于歷史案例、舞動(dòng)機(jī)理和氣象預(yù)報(bào)，對(duì)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)線路舞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析、評(píng)估和判斷。二者雖時(shí)間屬性不同，技術(shù)手段上也存在顯著差異，但二者存在相輔相成關(guān)系，同樣不可或缺。

2.4.1 舞動(dòng)特征監(jiān)測(cè)

目前，舞動(dòng)特征監(jiān)測(cè)主要有視頻監(jiān)拍技術(shù)和傳感器技術(shù)。

1)基于視頻監(jiān)拍技術(shù)研發(fā)的舞動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，一般由視頻監(jiān)測(cè)單元、網(wǎng)絡(luò)傳輸單元以及后臺(tái)存儲(chǔ)展示單元組成[18]。該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于適用范圍廣，除了監(jiān)測(cè)舞動(dòng)還可對(duì)外力破壞、異物、鳥(niǎo)害和山火等災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測(cè)，適用性、經(jīng)濟(jì)性較好。所存在的弊端主要是對(duì)電池、網(wǎng)絡(luò)傳輸要求高，采集信息量有限，容易受到積雪、凍雨、大霧等惡劣氣候條件影響。為了克服這些不足，文獻(xiàn)[19]基于5G、自組網(wǎng)、人工智能以及邊緣計(jì)算等前沿技術(shù)，將測(cè)試設(shè)備小型化并可靠封裝，有效提升惡劣天氣的適應(yīng)能力；同時(shí)引入邊緣計(jì)算技術(shù)，優(yōu)化硬件邏輯構(gòu)建、特征識(shí)別算法和數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)，充分降低電源和通信網(wǎng)絡(luò)要求。

2)傳感器技術(shù)可分為基于慣性加速度和空間定位兩個(gè)技術(shù)方向。前者的研究中，文獻(xiàn)[20]設(shè)計(jì)了利用加速度傳感器測(cè)量輸電導(dǎo)線擺動(dòng)振幅和擺動(dòng)角度的方法來(lái)監(jiān)測(cè)輸電導(dǎo)線單點(diǎn)舞動(dòng)的方案，可實(shí)現(xiàn)在載體擺動(dòng)位移超過(guò)警戒值時(shí)系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警。文獻(xiàn)[21]采用傳感器與間隔棒一體化封裝方法，但未考慮導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)情況以及安裝位置對(duì)測(cè)量精度的影響?；贛EMS基礎(chǔ)芯片以及邊緣計(jì)算技術(shù)，文獻(xiàn)[22]研發(fā)了低功耗、集成式舞動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器，并在安徽、河南、湖北、內(nèi)蒙古等導(dǎo)線易舞省份開(kāi)展了大量應(yīng)用，初步構(gòu)建了國(guó)家電網(wǎng)有限公司重點(diǎn)線路舞動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是目前專(zhuān)業(yè)測(cè)量舞動(dòng)振幅、頻率等特征領(lǐng)域內(nèi)較為主流的測(cè)試技術(shù)。文獻(xiàn)[23]針對(duì)線路舞動(dòng)模態(tài)構(gòu)型，考慮實(shí)際傳感器布置數(shù)量有限的特征，提出了一種基于壓縮感知的架空線路舞動(dòng)波形重構(gòu)方法。

基于空間定位技術(shù)監(jiān)測(cè)線路舞動(dòng)技術(shù)研究和裝置研發(fā)方面，是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。文獻(xiàn)[24-27]先后基于北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)、電力北斗精準(zhǔn)服務(wù)網(wǎng)、北斗差分技術(shù)進(jìn)行輸電線路舞動(dòng)監(jiān)測(cè)的裝置，可實(shí)現(xiàn)舞動(dòng)軌跡和頻率的監(jiān)測(cè)。包括RFID等技術(shù)[28-29]也被探索應(yīng)用，但受體積、功耗、外觀和電暈等客觀因素限制，上述裝置依然存在成本較高、多個(gè)監(jiān)測(cè)單元同步采集與傳輸以及取能裝置可靠性不足等問(wèn)題。此外，文獻(xiàn)[30-33]分別研究了光纖信號(hào)解調(diào)方法，并應(yīng)用于導(dǎo)、地線和OPGW光纜舞動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，但在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用上難度較大。

客觀準(zhǔn)確的舞動(dòng)特征監(jiān)測(cè)，不僅可以驗(yàn)證舞動(dòng)評(píng)估手段是否合理，也可以驗(yàn)證防舞裝置的實(shí)際效果如何。因此，有必要針對(duì)現(xiàn)有舞動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置的不足，結(jié)合當(dāng)前智能芯片、邊緣計(jì)算、自組網(wǎng)、寬帶衛(wèi)星等技術(shù)的發(fā)展，深入開(kāi)展可靠的舞動(dòng)智能監(jiān)測(cè)技術(shù)和裝置研發(fā)。

此外，目前國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)場(chǎng)舞動(dòng)觀測(cè)所存在的缺陷包括：只能在數(shù)公里范圍的有限形式的線路檔進(jìn)行試驗(yàn)，無(wú)法對(duì)所有檔距、電壓等級(jí)、耐張段進(jìn)行充分模擬；同時(shí)受到當(dāng)?shù)鼐植繗夂驀?yán)格限制，無(wú)法對(duì)風(fēng)速、風(fēng)向等現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行調(diào)整。但是安裝了小型化舞動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置的線路段即可成為“試驗(yàn)線路”的一部分，安裝越多，觀測(cè)數(shù)據(jù)就越多，舞動(dòng)特征分析和評(píng)估也就更全面，可規(guī)避舞動(dòng)風(fēng)洞和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的缺陷和不足，降低試驗(yàn)成本，使實(shí)際運(yùn)行的線路狀態(tài)數(shù)據(jù)更具研究?jī)r(jià)值。

2.4.2 舞動(dòng)特征預(yù)測(cè)

嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，舞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)是從避舞技術(shù)中的舞動(dòng)分布圖繪制發(fā)展出的一個(gè)新方向。由于充分考慮了氣象預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，時(shí)間尺度更靈活，參考案例更豐富，尤其適用于已建成的龐大、復(fù)雜輸電網(wǎng)絡(luò)。從舞動(dòng)誘發(fā)所需的外在條件來(lái)說(shuō)，風(fēng)場(chǎng)環(huán)境和偏心覆冰預(yù)測(cè)是預(yù)測(cè)舞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵要素。前者包含風(fēng)力、風(fēng)向兩個(gè)氣象基本要素，可以從預(yù)報(bào)材料中直接得到；但后者的形成機(jī)理相對(duì)復(fù)雜，甚至舞動(dòng)預(yù)測(cè)所關(guān)注的并非覆冰的重量(目前大多數(shù)覆冰監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)擅長(zhǎng)的方向)，而是更為復(fù)雜的氣動(dòng)外形(如新月型、D型和扇形等)。目前覆冰預(yù)測(cè)方法和技術(shù)的準(zhǔn)確度還有待提升。所以，天氣系統(tǒng)本身的混沌特征，再迭加覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)誘發(fā)過(guò)程本身具有強(qiáng)非線性特征，輸電線路舞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)的難度和挑戰(zhàn)非常大。

按照預(yù)測(cè)精度和對(duì)象分類(lèi)，目前常用的舞動(dòng)預(yù)測(cè)方法主要分兩種：

1)僅考慮氣象地理?xiàng)l件，把具有大風(fēng)和覆冰條件的區(qū)域篩選出來(lái)，先進(jìn)行覆冰預(yù)測(cè)[34-39](目前主要關(guān)注覆冰厚度特征預(yù)測(cè)，而非氣動(dòng)外形、偏心特征，然而后者才是誘發(fā)舞動(dòng)的關(guān)鍵性條件)；再按照以往舞動(dòng)案例記錄的條件數(shù)據(jù)交叉匹配，確定各地風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的大小[40]。

2)利用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，對(duì)以往舞動(dòng)案例數(shù)據(jù)特征進(jìn)行全面分析和學(xué)習(xí)，建立舞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型[41-44]，將未來(lái)某線路所在地區(qū)天氣預(yù)報(bào)參數(shù)輸入該模型，就可以得出未來(lái)時(shí)間段該線路段舞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)大小。其中，文獻(xiàn)[45]利用支持向量機(jī)方法建立了16類(lèi)舞動(dòng)影響因素變量與4類(lèi)舞動(dòng)特征(是否舞動(dòng)、舞動(dòng)時(shí)長(zhǎng)、破壞程度、是否跳閘)的關(guān)聯(lián)模型，給出了各特征變量與舞動(dòng)的相關(guān)系數(shù)排序，提出了一種引入小樣本分析的基于機(jī)器算法的舞動(dòng)預(yù)測(cè)方法；提出了基于輸電線路舞動(dòng)的多分類(lèi)器集成學(xué)習(xí)決策機(jī)制，針對(duì)舞動(dòng)時(shí)長(zhǎng)和舞動(dòng)概率的連續(xù)值輸出問(wèn)題采用加權(quán)平均決策集成學(xué)習(xí)，針對(duì)破壞程度和是否跳閘的離散值輸出問(wèn)題采用加權(quán)投票決策方法集成學(xué)習(xí)。

由此可見(jiàn)，兩種預(yù)測(cè)方法都離不開(kāi)氣象預(yù)報(bào)，但第一種預(yù)測(cè)精度無(wú)法具體到桿塔段，單獨(dú)使用第二種方法則會(huì)出現(xiàn)“氣象數(shù)據(jù)精度越高，計(jì)算量越大”的問(wèn)題，無(wú)法做到實(shí)時(shí)快速研判。所以，目前主流方法是將二者結(jié)合使用，先確定風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，再?gòu)母唢L(fēng)險(xiǎn)區(qū)域集合中確定線路段風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。同時(shí)，得益于監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展和設(shè)備的推廣，目前馳振案例數(shù)據(jù)越來(lái)越多，樣本特征也越來(lái)越豐富，且表現(xiàn)出正反面數(shù)據(jù)量嚴(yán)重不均衡等特征。基于支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、隨機(jī)梯度森林等人工智能方法預(yù)測(cè)和判斷舞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)的技術(shù)，表現(xiàn)出過(guò)擬合等缺陷，基于人工智能技術(shù)的舞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)方法具有更深的研究潛力。

3 應(yīng)急舞動(dòng)抑制

由前述可知，目前電網(wǎng)舞動(dòng)應(yīng)對(duì)技術(shù)體系的短板在于，舞動(dòng)發(fā)生期間可以采取哪些應(yīng)急保護(hù)措施，哪些主動(dòng)干預(yù)手段可以縮短舞動(dòng)持續(xù)時(shí)間。現(xiàn)階段“可供選擇和參考的”主動(dòng)抑舞方法包括采取拉線(可改變線路結(jié)構(gòu)參數(shù))和針對(duì)覆冰舞動(dòng)導(dǎo)線開(kāi)展融冰、除冰(可消除偏心覆冰、降低氣動(dòng)載荷波動(dòng))。

3.1 融冰抑舞

現(xiàn)階段的融除冰技術(shù)，按照原理可分為熱融冰、化學(xué)融冰、機(jī)械除冰、激光除冰等[46-47]。目前適用于電網(wǎng)的機(jī)械除冰、激光除冰以及其他融除冰技術(shù)尚處于探索階段，一般適用于重覆冰時(shí)的融除冰，無(wú)法對(duì)舞動(dòng)中的覆冰導(dǎo)線開(kāi)展作業(yè)。針對(duì)融冰抑舞，可供參考的是熱融冰和化學(xué)融冰方法。

3.1.1 熱融冰方法

熱熔冰方法包括過(guò)電流融冰法、交流短路融冰法和直流融冰法[48-50]。其中，過(guò)電流融冰法通過(guò)提升線路電流的方式，升高線路溫度實(shí)現(xiàn)融冰。該方法可以在不影響線路正常運(yùn)行的情況下使用，然而交流潮流難以控制導(dǎo)致該方案落地具有較大困難。交流短路融冰法需短接兩相或三相導(dǎo)體，利用產(chǎn)生的短路電流產(chǎn)生熱量來(lái)提高導(dǎo)線溫度，融化線路覆冰。該方法在國(guó)內(nèi)外均已得到普遍使用，然而無(wú)法用于多分裂導(dǎo)線場(chǎng)景的缺陷阻礙了其進(jìn)一步推廣。

直流融冰技術(shù)借助整流電路將交流電源轉(zhuǎn)變?yōu)榭煽氐闹绷麟娏鳎M(jìn)而控制電流進(jìn)行精準(zhǔn)融冰[51-52]。該方法對(duì)于線路導(dǎo)體材質(zhì)、覆冰尺寸等因素具有較高的適應(yīng)性和可控性。而且研究表明：交流短路融冰法[50]在應(yīng)用于500 kV及以上交直流輸電線路覆冰的場(chǎng)景時(shí)面臨一系列難以克服的困難；而直流融冰裝置具有可變的電源容量，與交流短路融冰相比直流融冰更加具有優(yōu)勢(shì)。

多個(gè)省份針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間覆冰舞動(dòng)的主動(dòng)抑制問(wèn)題，曾開(kāi)展少量應(yīng)急直流融冰作業(yè)的嘗試和探索。但實(shí)踐表明，由于舞動(dòng)災(zāi)害與重覆冰災(zāi)害有著本質(zhì)區(qū)別，利用熱融冰技術(shù)來(lái)實(shí)施主動(dòng)抑舞，其可行性、經(jīng)濟(jì)性和安全性均無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際運(yùn)維需求。主要原因在于其存在以下難以克服的難題。

1)可行性方面：由于覆冰舞動(dòng)所需的覆冰量較小，短時(shí)間內(nèi)即可滿(mǎn)足失穩(wěn)條件，并使舞動(dòng)垂向和扭轉(zhuǎn)達(dá)到較大幅值。但熱融冰作業(yè)不僅需要提前在站內(nèi)部署融冰裝置或移動(dòng)融冰車(chē)，同時(shí)也需要設(shè)備管理、調(diào)度等部門(mén)協(xié)同配合，技術(shù)難度較大，無(wú)法做到及時(shí)高效的主動(dòng)抑舞。

2)經(jīng)濟(jì)性方面：導(dǎo)線電阻低，想要達(dá)到融冰溫度，短路發(fā)熱需消耗的電量非常大。由于覆冰舞動(dòng)發(fā)生時(shí)正值冬季寒潮甚至雨雪冰凍災(zāi)害期間，電能供應(yīng)較為緊張，線路自身消耗電能過(guò)多會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性降低。

3)安全性方面：傳統(tǒng)的熱融冰技術(shù)涉及電網(wǎng)設(shè)備多，期間大電流對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的影響不容忽視，且舞動(dòng)導(dǎo)線受熱后融冰情況存在隨機(jī)性。系統(tǒng)能量的平衡狀態(tài)被破壞后發(fā)展、演變機(jī)理不明確，容易對(duì)金具、絕緣子甚至橫擔(dān)造成較大沖擊載荷，存在隱性損傷風(fēng)險(xiǎn)，影響后續(xù)電網(wǎng)安全運(yùn)行。

3.1.2 化學(xué)融冰方法

化學(xué)融冰是一種借助化學(xué)融冰試劑，降低冰融點(diǎn)的方法[53]。該方法目前一般用于道路融冰、場(chǎng)地融冰或大型建筑結(jié)構(gòu)融冰，具有簡(jiǎn)單實(shí)用、融冰比例可控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但目前在電網(wǎng)設(shè)備融冰中使用較少。主要原因是融冰試劑會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定程度的污染，甚至腐蝕導(dǎo)線、金具等結(jié)構(gòu)。目前，該技術(shù)在舞動(dòng)抑制方面尚不具備可行性，除非有新型可靠、快速的融冰方法研發(fā)并通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試。

3.2 拉線抑舞

現(xiàn)階段的拉線抑舞可參考“防”舞方法中的拉線防舞[54-56]，通過(guò)在單相導(dǎo)線檔內(nèi)安裝拉線，并將另一端固定于地面連接裝置，可實(shí)現(xiàn)較好的防舞效果。然而在導(dǎo)線發(fā)生覆冰舞動(dòng)后，想要通過(guò)拉線防舞器實(shí)現(xiàn)主動(dòng)抑舞，則存在以下問(wèn)題：

1)拉線安裝過(guò)程中，對(duì)導(dǎo)線、絕緣子、桿塔的瞬態(tài)沖擊影響過(guò)程尚不明確。防舞過(guò)程中，導(dǎo)線一直被拉線固定，自始至終沒(méi)有出現(xiàn)大幅值的運(yùn)動(dòng)。但實(shí)施主動(dòng)抑舞作業(yè)時(shí)，安裝拉線會(huì)導(dǎo)致舞動(dòng)能量在短時(shí)間內(nèi)傳遞到導(dǎo)線兩端線夾、絕緣子和橫擔(dān)上，形成較大沖擊載荷，給連接金具、絕緣子串連接部位等薄弱環(huán)節(jié)帶來(lái)?yè)p傷風(fēng)險(xiǎn)。

2)臨時(shí)拉線布設(shè)不便。常規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)地錨應(yīng)需提前布設(shè)混凝土基礎(chǔ)，無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)階段線路舞動(dòng)的突發(fā)性和應(yīng)急性需求。

4 討論與展望

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為架空導(dǎo)線一旦發(fā)生舞動(dòng)，其較大的能量無(wú)法短時(shí)間內(nèi)消除。這是目前現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法采取任何技術(shù)手段抑制甚至消除舞動(dòng)的根本原因。但是隨著這一偶發(fā)性問(wèn)題變得越來(lái)越頻繁，在新技術(shù)、新方法、新裝備不斷進(jìn)步后，這一觀點(diǎn)被推翻已經(jīng)變得越來(lái)越可能。依照目前科技發(fā)展趨勢(shì)，安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用且便捷有效的技術(shù)裝備很有可能從以下兩個(gè)方面取得突破：

1)隨著無(wú)人機(jī)、人工智能、無(wú)線傳感、高能電池以及復(fù)合材料等技術(shù)的出現(xiàn)，以新型拉線等為代表的新裝置將變得越來(lái)越小型化，便于現(xiàn)場(chǎng)快速施工，從而在幾小時(shí)內(nèi)完成相關(guān)作業(yè)。

2)結(jié)構(gòu)阻尼是線路防振減振的關(guān)鍵，以電磁阻尼、顆粒阻尼等粘滯阻尼為代表的阻尼技術(shù)將被重點(diǎn)關(guān)注，從而有效降低風(fēng)場(chǎng)和偏心覆冰帶來(lái)的氣動(dòng)負(fù)阻尼，破壞舞動(dòng)能量平衡。

5 結(jié) 論

上面總結(jié)介紹了現(xiàn)有電網(wǎng)舞動(dòng)災(zāi)害應(yīng)對(duì)技術(shù)體系的優(yōu)勢(shì)、不足以及近期非線性動(dòng)力減振、舞動(dòng)機(jī)理、人工智能等相關(guān)領(lǐng)域研究成果，指出今后可能實(shí)現(xiàn)更好舞動(dòng)應(yīng)對(duì)效果的技術(shù)領(lǐng)域和研究方向，力圖為解決非舞動(dòng)易發(fā)區(qū)內(nèi)線路段偶發(fā)的長(zhǎng)時(shí)間舞動(dòng)問(wèn)題提供解決思路和方法，建立完備的“避、抗、防、測(cè)、抑”舞動(dòng)災(zāi)害應(yīng)對(duì)技術(shù)體系，為后續(xù)防冰防舞工作提供先進(jìn)技術(shù)支撐，為電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)和線路運(yùn)維工作提供借鑒和參考。