本发明涉及输电工程领域，特别是涉及一种输电导线舞动机理的研究方法。
背景技术：
输电导线舞动防治问题是国内外输电工程技术研究领域普遍关注的科技难题。输电导线舞动能给人类带来巨大灾害，所以，国内外都非常重视输电导线舞动机理及其灾害防治研究。
关于输电导线舞动的研究，美国、加拿大、苏联、英国、日本等国家始于20世纪30年代，我国始于20世纪50年代。为了避免舞动事故的发生，世界各国的学术界与电力工程界都投入了巨大的人力与财力，对舞动现象与防舞措施课题进行了大量研究。概观来看，国内外关于输电导线舞动的这些研究，虽然主观上的目的是要搞清楚舞动机理，以至于能够采取合理的防舞措施，但在客观上基于不够完善的基础理论，只能对舞动现象进行一些感性的研究，大量的研究都不能真正切入机理，尽管人们进行了观测、实验、建模、数学计算方法、计算机仿真等等方面的大量研究，却始终不能给出舞动与其控制因素之间定量关系的理论与方程。不过，在防舞措施方面，国内外的研究的确都已取得了卓有成效的成果。
目前，世界上已有两种解释舞动机理的理论，分别是美国denhartog的垂直激发机理理论与加拿大o.nigol的扭转激发机理理论。这两种理论主要是基于传统力学思想方法来研究舞动规律的，两者的共同缺陷都来自力学缺陷，其理论基础不够完善。力学的缺陷在于没有给出统一研究变化与其控制因素之间关系规律的正确理论，不能统一度量舞动条件，不能正确度量和计算输电导线稳定性和舞动性状态。无论是着眼于垂直激发作用，还是着眼于扭转激发作用，都不是着眼于舞动与其控制因素之间关系这一核心与整体，都是片面看待与研究舞动问题的，其方法有偏差。
作用学是20世纪80年代产生的一门新兴科学。作用学产生在力学和中国古老的阴阳学说基础上。力学采用了定量函数方法研究解决问题，这是其具备的重要科学性之一，是中国阴阳学说不具备的。但是，力学过于强调力的作用和力学定律，淡化了客观、整体、统一、全面认识问题的科学理念，其结果是：一方面，使人们在实际问题研究中总是首先寻求解决问题的定律，而不是首先全面观察认识问题的客观规律，以至于能够根据客观实际寻求解决问题的方法与方案；另一方面，人们在问题研究中总是寻求力与变化之间的关系，而没有正确的作用概念和作用与变化统一的概念。与力学相比，中国古老的阴阳学说能够引导人们全面看待问题，并能指导人们从正反两个方面来认识问题，这是阴阳学说的科学之处。但是，阴阳学说不能采用定量函数方法研究解决实际问题，在其理论基础上产生的八卦术适用性较差。因此，力学和阴阳学说都不是完美的科学。
作用学的变化概念包含运动变化、关系变化、变形、波动、振动、流动、渗流运动、化学变化、聚变、裂变、生物生长等等一切变化现象。作用学认为，最基本的变化受制于作用，复杂的变化如关系变化受运动、作用和基本变化共同控制。因此，作用学确立了一个统一描述自然发展演化基本规律的方程组，叫作用对立统一规律方程组，其数学表达式为
为表述简洁，以下简称作用学基本方程组。
技术实现要素：
本发明提供一种输电导线舞动机理的研究方法，使其可以更加全面的研究输电导线的舞动机理，从而能够更加科学的找到避免输电导线舞动的方法。
根据作用学基本方程组，就输电导线舞动问题而言，方程组中的方程a＝at+af描述控制舞动现象发生的外作用量a与其中控制导线稳定的作用量部分at和控制导线失稳的作用量部分af之间的对立统一关系规律，方程af＝ea描述导线失稳与作用、失稳条件之间的统一关系规律，方程at＝ta描述导线稳定与控制作用、稳定条件之间的统一关系规律，方程e+t＝1描述不稳定程度即舞动特征值与稳定程度即不舞动特征值之间的对立统一关系规律，虚度e用于度量失稳舞动特性，实度t直接用于度量稳定、不舞动特性，并且，导线在控制平衡稳定的作用力控制下产生的、维持平衡的运行方程即滞动方程与方程组中的方程at＝ta之间存在如下关系：
式中，x1t表示控制平衡的作用力阻止导线舞动运行的距离，即位移损失量；导线的舞动运行方程与方程af＝ea之间存在如下关系规律：
式中，x2t表示导线舞动运行的曲线距离，即失衡位移。因此，方程组直接可以用于输电导线舞动机理研究。
根据力学和作用学，针对输电导线的实际情况，首先确定其接受的各种作用量、虚作用量和实作用量。其中，输电导线如空架高压线接受的作用量由重力g、大气流的作用力即风力p、附加重力如覆冰的重力或附水的重力δg、附加风力δp共同产生。另外，线杆或塔架对导线产生支承和拉伸束缚作用。导线的重力等于舞动或摆动段导线即图1中oq段导线段的质量m与重力加速度g之积，即g＝mg。风力为
此公式是在流体力学关于流体对断面产生的作用力与流量之间的关系式基础上推导出来的，描述流体对物体产生的驱动作用力与流量、物体的体积之间的关系。式中，λ表示大气流的物质密度；q表示通过导线运行的大气流流量；s表示大气流垂直导线走向时对导线作用的最大截面面积；l表示导线长度；d表示导线横断面直径；k表示受作用体受作用的平均距离，即在作用方向上物体的平均长度。
覆冰或附水或附尘产生的附加重力等于附着在oq段导线上的冰、水或灰尘等物质的质量δm接受的重力，即
δg＝δmg。
附加风力δp由风对附加质量δm的作用产生。若附加质量与风的接触面面积为δs，附加质量断面延伸的平均距离为δk，那么，风对带有附加物质的导线产生的吹力为
线杆或塔架对导线产生支承力，如图2所示，分别为n1和n2。线杆或塔架对导线产生的拉伸力分别为f1和f2。这些作用力共同控制着导线上每个质点的振动，即舞动或摆动。这些力对导线上任意点m的作用力如图3所示，其函数式为
合作用力f＝(g+δg)+(f1+f2)+(n1+n2)+(p+δp)。
如图4所示，如果大气流即风的运行方向与空间坐标轴x、y、z之间的夹角分别为α、β、γ，那么，风力在空间坐标轴上的投影分量分别为
根据作用学，导线上任意一点m有两种最基本方程，分别是滞行方程和运行方程。根据作用学理论，滞行方程是指维持受作用点静止的作用与其控制因素之间的关系方程，其方程为at＝ta，由a＝ft，得其运动学形式为
该方程描述受作用点在滞动作用控制下产生的的位移损失总量x1t与作用和受作用点的平衡性质参数t之间的定量关系规律，式中的v10表示初始滞行位移速度，t表示导线舞动时间；运行方程是指受作用点失衡量与其控制因素之间的定量关系方程，其方程为af＝ea，其运动学形式为
该方程用于描述失衡位移x2t与其控制作用和受作用点的失衡性质参数之间的定量关系规律，式中的v20表示初始失衡位移速度。
根据滞行方程和运行方程可以看出，导线上点是否舞动或摆动，一方面取决于驱动作用，另一方面取决于舞动条件。其中，舞动条件由参数t和e来描述。在舞动研究中，参数t和e分别用于表述导线上任意点的不可舞动程度和可舞动程度。根据作用学，不可舞动程度和可舞动程度主要由舞动点的位置决定。
如图5所示，假设导线上任意受作用点m与束缚点o、最大弯曲变形点b之间的距离分别为r1和r2，而点o、b之间的距离为r，那么，任一点的可舞动程度为
不可舞动程度为
将
根据以上分析可得出一个结论：输电导线上点的失稳舞动程度e值与比例系数
稳定程度即不舞动程度t值与比例系数
根据作用学关于杆状物体上受作用点受作用和变化的传递研究结果得知：作用于杆状物上任意一点的作用力在杆状物上传递到另一个任意点，其作用力的大小和方向都不发生改变，但杆状物上各点的可变化性质有所不同，即可变化程度与不可变化程度有所不同，可变化幅度、速度与加速度有所不同。下面分析各个作用力在干状物上的传递与变化规律。
如图6所示，作用于杆状物上点o、m、q处的各个作用力传递到任意点b处，它们的大小和方向都不发生改变，即，
但是，若假设导线是均质的，其各段线密度均是ρ，并且m点是导线上舞动幅度最大点，那么，导线上m点处单位导线质量接受的风力p使m点处单位导线产生的舞动加速度是
而导线上m点处单位导线质量接受的风力p传递到b处变为p′后使b点处单位导线产生的舞动加速度是
式中，em和eb分别表示在m处单位导线质量ρ接受的驱动力p的控制下点m和点b的可舞动性质。因为m点是导线上舞动幅度最大点,所以，em代表最大舞动点的可舞动程度，它的取值与空行段导线长度、导线自身的弹塑性、强度、质量等因素都有关系。根据这个函数式可以进一步给出导线上点的舞动规律：导线上点舞动加速度与比例系数
以上分析方法的依据是作用学基本理论，但根据力学将力在传递中变化的方法也可以应用，这在后文将通过实例进一步说明。
空架输电导线一般具有弹性变形和永久变形性质。所以，即使将导线拉紧拉直，它也会因为变形而在微风作用下发生舞动。度量导线变形的性质也叫虚度，也记为e。导线变形与作用之间的一般关系方程为
式中，x表示导线的变形位移；e度量导线的可变形性质，其含义是可变形程度；f表示控制导线变形的主动作用力；ρ表示导线的线密度。
如图10所示，导线因为受作用而变形，产生下垂弯曲现象。很显然，位移量最大值为矢量
按照力学可以基本认识导线受如下几种作用力：输电导线是在在风力p、重力g以及支承力n1和n2、拉力f1和f2的共同控制下发生变形，但不清楚这些力究竟是怎样导致变形的。按照作用学理论，如图4所示，oq段导线上各点都接受风力p、重力g、支承力n1和n2、拉力f1和f2的同等作用，但是，这些作用力被分为两种类型：驱使导线变形的主动力和阻止导线产生变形的被动力。
主动力：对变形或变化现象具有驱引性的作用力被称为主动力。风力p和重力g都是导致导线变形的主动力；在图10中的o点与m点之间，拉力f2被看做是主动力；在图10中的m点与q点之间，拉力f1被看做是主动力。即控制导线产生变形位移的主动力合量为
f＝p+g+f2或f＝p+g+f1。
被动力：对变形或变化只产生被动的制约性作用的力被称为被动力。在图10中的o点与m点之间，支承力n1和n2、拉力f1被看做是被动力；在图10中的o点与m点之间，支承力n1和n2、和f2被看做是被动力。
在研究变形或其他变化现象过程中，被动力在函数式中一般不出现，它们构成控制变形或变化现象的制约因素之中，被包含在虚度或实度参数之中。按照作用学关于作用在导线上的传递与合成规律，束缚段导线整体接受的主动作用力和其上各个部分接受的主动作用力都是f。
导线上任意点b的变形位移与各种控制因素之间的关系方程为
式中，x表示导线上b点的变形位移；eb表示b点的可变形程度；em表示m点的可变形程度,度量最大变形位移点的变形性质；g′、p′和f2′分别表示导线上b点处单位质量导线接受的三个主动作用力；g、p和f2分别表示两个束缚点o和q之间的导线段整体接受三个主动力(重力、风吹力和拉力)；b和b′分别表示ob和bm两线段的长度；如图10所示。
通过二次微分可以得到任意点变形位移加速度与各种因素之间的关系式
可见，输电导线的变性规律与舞动规律基本相同。要消除输电导线的变形量，以便更有利于消除微风振动现象，必须增大导线抵抗弹性变形和永久性变形的能力，尽可能确保空架在空中的导线不产生任何变形量。总之，变形防治也是输电导线微风振动防治研究中的重要课题。
通过以上简单的作用学分析可以确定：控制输电导线舞动的因素有作用和舞动环境的性质因素，包括质空关系性质与规律。其中，控制舞动的关键作用因素是风的作用。因此，输电导线的舞动机理在于输电导线舞动变化与其控制作用和舞动环境的性质之间的关系规律。
目前，国内外对输电导线舞动防治的措施都不是很完善，只能做到在一定程度上抑制和削弱导线舞动，很难彻底消除舞动。目前，人们治理输电导线舞动的措施是在规划设计、施工建设、建设与维护全过程中，在避、抗、防等各个环节进行综合治理，开展全过程舞动治理，其基本措施如下：
一是对舞动的线路设备进行全面检查，分析评估舞动对线路设备造成的影响。对舞动幅度大、持续时间长的线路金具和绝缘子进行抽样试验，对疲劳受损元件结合停电进行更换。二是对线路舞动区段开展防舞动治理，同塔双回线路至少一条线路采取防舞措施，重要联络线优先治理，其它未舞动区段结合地形、地貌、线路走向、杆塔结构等因素，开展舞动可能性分析，必要时进行治理，确保在发生大面积舞动的情况下，各电压等级线路，尤其是核心骨干网架、战略性输电通道、重要负荷供电线路等线路的安全稳定运行。三是对线路加装线夹回转式间隔棒、相间间隔棒、双摆防舞器等防舞装置进行防舞技术改造。四是在舞动区安装必要的舞动监测装置，对输电线路舞动进行实时监测。建设分布式小型气象站，对气象信息进行监视和预警。为调度和应急处置提供技术手段，为舞动治理提供数据支撑。
目前在国内外存在的一种效果比较好的防舞技术，叫压重防舞技术。虽然这种技术在实际问题中收到了一定效果，但由于这种技术方法只是通过增大质量和惯性的方法来实现减小舞动幅度，没有根据舞动的根本机制来消除舞动的控制因素，不能切底消除舞动现象。
根据作用学，控制舞动的因素只有作用和舞动环境的性质两种因素。作用因素如风的作用来自自然，是不能消除的，但是，导线的可舞动性质是可以改变的。根据作用学，导线的可舞动性质可通过如下措施来改变：
1.根据方程
要防止舞动，可通过减小导线上任意受作用点与束缚作用点之间的距离r1的办法来实现。减小r1值，实际上就是要求使任意受作用点都被束缚在不可舞动的作用点上。也就是说，如果输电导线的各个点都被束缚在风吹不动的桥梁一类刚性物体上，那么，它将在风的作用下保持不舞动状态。
2.根据方程
3.采用通过设计、安装刚性的、不惧摆动性输电线路系统来实现摆脱舞动现象的措施。
总之，输电导线舞动防治的关键措施在于增大不可舞动性质参数t值、减小可舞动性质参数e值。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是输电导线示意图。
图2是输电导线受到的作用示意图一。
图3是输电导线受到的作用示意图二。
图4是风力的分析图。
图5是任意受作用点m的可动性质与其位置关系图。
图6是杆状物体受作用分析示意图。
图7是输电导线受到的作用示意图三。
图8是输电导线受到的作用示意图四。
图9是输电导线受到的作用示意图五。
图10是输电导线受到的作用示意图六。
具体实施方式
实例1：
如图6所示，输电导线跨越于o、p两点之间，其跨越长度为l，试分析该输电导线的舞动性质和有效防舞措施。
根据作用学，作用力传递遵守特定的作用学规律。如图7所示，作用于导线上任意点m的合作用力是来自于o点、q点以及导线上各点所受的风力、重力传递量的合成。各种作用力的作用学和力学传递分析如下：
在导线与支承点不变形、导线不变形情况下，作用于o点、q点的拉力f1、f2分别等量传递到任意点m、对m构成作用，并且，f1与f2总是构成一对大小相等、方向相反的平衡力，在它们的正反作用方向上导线的可动性质相同。作用于o点、q点的支承束缚力n1、n2也等量传递到m点、对m构成作用，但是，m点的可动性质随m点的位置变化而改变，从而表现为力在传递中变化的假象。即，按照力学关于力的传递认识，n1传递到m点变为
n2传递到m点变为
式中，em叫导线上最大舞动点的虚度，即m点的可舞动性质参数或变形性质参数。事实上，根据作用学，系数
如果导线任意单位长度质量表示为ρ，单位长度导线上的附加质量如覆冰或人为配置的压重质量为δρ，那么，该单位质量与附加质量共同接受的重力为dg＝(ρ+δρ)gdl，该重力将传递作用于导线上每一点。如图8所示，作用于m点的单位重力dg传递量到任意点m′、对m′构成作用，其产生的作用效应(也就是变化效应)有两种：ⅰ、相对于o点的变化效应是
ⅱ、相对于q点的变化效应是
根据作用学，系数
导线上所有单位质量产生的重力都将传递作用于导线上的每一点，即导线上任意点接受导线上所有单位重力的共同作用。按照力学关于力的传递认识，导线上任意点m′接受重力作用的合力为
同样，如图9所示，m点处单位长度导线接受的风吹作用力dp传递作用于m′点，其作用力值不变，其作用效应或变化效应相应发生变化，即
导线上所有点接受的风吹作用力都将传递作用于导线上的每个点、共同合成一个控制每个点变化的风吹作用力。任意点m′接受的风吹作用合力为
导线的舞动都归结为导线上任意点在其接受的合作用控制下摆动。因此，任意点接受的合作用力与其舞动变化之间的关系方程就是用于描述导线舞动机理的方程。通过综合分析得知，任意点m的舞动方程也可表述如下：
根据这个方程可以看出：导线舞动受各种作用控制，同时受舞动点与支承点之间的距离、舞动质量控制，即控制舞动的主要因素是作用和舞动点的质空关系条件或特性。因此，防舞的最好措施是消除可以舞动的空间条件，增大舞动点的物质量。其中，设法增加支承点的密度、拉紧导线、增大导线的直线程度、增加舞动导线上各点的质量都是防舞的好办法，最好的办法是将输电导线以电缆形式、固定在不可舞动的桥梁上或地下地层中。
综上所述，当前国内外关于输电导线舞动研究缺乏机理认识的系统完整性，对防舞的关键问题掌握不够准确。本发明根据作用学理论与方法，详细阐明了输电导线舞动的基本规律与机制，并指出了防舞治理的关键与方法，为输电导线防舞治理增添了新的科学研究方向。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。