导线的振动和防振

导线和避雷线的振动和防振摘要：振动引起导线和避雷线材料疲劳，最后导致断股、断 线事故对线路的安全运行危害较大。本文主要介绍导线和避 雷线产生微风振动的原因、危害程度及防振措施，重点介绍 了采用防振锤防振的方法。关键词：导线、避雷线振动防振一、微风振动1、振动的起因架空输电线路的导线（或避雷线）受到均匀稳定的微风垂直吹向它时，在导线背后形成以一定频率上下交替变化的气流旋涡，如右图所示，从而使导线受到一个上下交变的脉冲力。 当气流旋涡的交替变化频率与导线的固有自振频率相等时， 导线在垂直平面内产生共振即引起导线振动。2、振动的危害一年中导线振动的时间常达全年时间30%50%。无论 导线以什么频率振动.线夹出口处总是一波节点，所以，导 线振动使导线在线夹出口处反复拗折，引起材料疲劳。最后 导致断股、断线事故，对线路的正常安全运行危害较大。3、振动的频率和波长。根据试验，当导线受到稳定的微风作用时，气流旋涡的 交替变化频率与风速和导线直径有关，其频率可由下式确定式中fF 气流旋涡的交替变 化频率，Hz；v风速，m / s；d导线直径，mm。固有自振频率是由组成物体的系统本身决定的,输电线 路的导线可以看成是两端固定的一条弦线，它的固有自振频 率可用下式表示式中fD导线的固有自振频 率，T导线的张力，N；W导线单位长度的重力，g1导线的自重比载，N / (m mm2)。导线的振动是一种受迫振动。物体作受迫振动时，其振 动频率总是等于策动力的频率，当物体的固有自振频率和策 动力的频率相等时，其振动的振幅最大，这种现象称为共振 即 fF=fD。根据共振的条件fF=fD，则可以求出导线振动波的波长为了振动的半波长为4、影响振动的因素影响振动的因素主要有风、挡距、悬点高度、导线应力 以及地形、地物等。(1)风的影响。引起振动的基本因素是均匀稳定的微风。 一方面导线振动的产生和维持需要一定的能量，而这些能量 需由气流旋涡对导线的冲击能量转化而来。(产生导线振动 的最小风速可取0.50.8m/s)。另一方面，维持导线的持 续振动，则其振动频率必须相对稳定，也即要求风速应具有 一定的均匀性，如果风速不规则地大幅度变化，则导线不可 能形成持续的振动，甚至不发生振动。根据在平原开阔地区的观察结果表明，当风向和线路方 向成45。90o夹角时，导线产生稳定振动；在30o45。时， 振动的稳定性较小；夹角小于20o时，则很少出现振动。(2) 导线的直径和挡距的影响。挡距越大、导线直径越 小，挡中形成完整半波数的机会越多，也就是导线产生共振 的机会越多，导线振动程度也越严重。实际观测证实：挡距 小100m时，很少见到振动；挡距在120m以上时，导线振动 就多了 一些；在跨越河流、山谷等高杆塔大挡距的地方，可 以观测到较强烈的振动。(3) 应力对振动的影响。由前述已知，导线的应力是影 响导线振动烈度的关键因素，且对导线振动的频带宽度有直 接影响。静态应力越大，振动的频带宽度越宽，越容易产生 振动，对线路的危害越严重。而且，随着静态应力的增大， 导线本身对振动的阻尼作用显著降低，更加重了振动的烈 度，更易使导线材料疲劳，引起断股断线事故。在线路设计考虑防振问题时，根据运行经验，一般对架 空输电线路的导线和避雷线的年平均运行应力和防振措施的规定如下表所示。二、防振措施根据引起导线振动的原因及其影响因素和导线振动破 坏机理，考虑防振措施可从以下两方面着手：(1) 设法防止和减弱振动设法从根本上消除引起导线 振动的条件。如线路路径避开易振区；降低导线的静态应力 等。设法利用线路设备本身对导线振动的阻尼作用，以减 小振动。如采用柔性横担、偏心导线、防振线夹等。在导 线上加装防振装置以吸收或减弱振动能量，消除导线振动对 线路的危害目前我国广泛采用的防振装置是防振锤和阻尼 线。(2) 提高设备的耐振性能。因为导线振动对线路危害主 要是引起线夹出口处导线断股断线，所以提高耐振性能的措 施主要有：在线夹处导线加装护线条或打背线，以增加线 夹出口附近导线的刚性，减少弯曲应力及挤压应力和磨损， 同时也能对导线振动起一定阻尼作用。改善线夹的耐振性 能，如要求线夹转动灵活，从而线夹随着导线的上下振动能 灵活转动，减小导线在线夹出口处的弯曲应力等。护线条打背线三、不用采取防振措施的情况一般架空输电线路均需采取防振措施，且在导线紧线后 应尽快安装防振器具。但是，根据运行经验或实地考察结果， 在没有引起振动因素的地区可不用采取防振措施，如福州市 环城路110KV义黎线在城区段就没有采取防振措施，其运行 结果表明是可行的。究其原因是线路两侧均是高楼大厦，没 有产生均匀稳定微风的条件。此外，小挡距的孤立档（小于100m），以及采用松驰架 线的挡距，也可以不采取防振措施，详见上表。福建省的架空输电线路的主要防振措施是在线夹处加装护 线条和采用防振锤。在大跨越地段和振动较强烈的地区，还 采用了防振锤和阻尼线联合防振。现分别对防振锤和阻尼线 的具体安装方法进行介绍。防振锤防振锤的防振原理：当导线振动时，夹板随着导线上下移 动，由于两端重锤具有较大的惯性而不能和夹板同步移动， 致使防振锤的钢续线不断上下弯曲。重锤的阻尼作用减小了振动的振幅，而钢绞线的变形及股线间的摩擦则消耗了导线振动传给它 的能量，从而减小了导线的 振动。导线振动的振幅越 大，防振锤的钢绞线上下弯曲挠度越大，则消耗的能量越多。振幅减小，防振锤消耗的能量随之下降，最后在能量 平衡的条件下导线以很低的振幅振动。严格地说防振锤并不是防振，而是将振动限制到无危险 的范围。从其防振原理可见，要使防振锤能最大限度地消耗 导线振动的能量，就要在防振锤选择和安装时，以防振锤的 钢绞线能产生最大挠度为原则。在选择防振锤型号时，防振锤的固有自振频率应与导线 可能发生的振动频率范围相适应；其次防振锤的重量要适 当，太轻则消振效果差，太重则可能在防振锤安装位置形成 新的波节点；另外，还应与导线型号相配合。防振锤的选择 可按右表进行。在确定防振锤安装位置时，因为导线的振动是沿整挡导 线呈驻波分布的，导线悬挂点处无论何种频率的振动均为一 固定的波节点，因此，防振锤应安装在悬点附近；另外，防 振锤应安装在波腹点附近，这样防振锤甩动幅度最大，消耗 振动能量最多。然而，导线振动的频率和波长并非是惟一的， 而是在一定范围内变化，为使防振锤的安装能对各种频率和 波长的振动都能发挥一定的防振作用，就应照顾到出现最大 及最小半波长时，都能起到一定的防振作用，如此自然对中 间波长的振动具有更好的防振效果。综上所述，当安装一个防振锤时，其安装位置的确定 原则是：在最大波长和最小 波长情况下，防振锤的安装 位置在线夹出口处第一个半波范围内，并对这两种波长的波节点或波腹点具有相同的接近程度，即在这两种情况下防振锤安装点的“相角”的正弦绝对值相等。即，如图中所示。根据上述原则，可以推得防振锤安装距离计算公式为当导线挡距较大，悬点高度较高，风的输入能量很大而 使导线振动强烈时，安装一个防振锤不足以将此能量消耗至 足够低的水平，这时就需装多个防振锤。多个防振锤一般均 按等距离安装，即按前述方法计算得第一个防振锤的安装距 离b，则第二个为2b，第三个为3b，如下图所示。实际工程中，挡距两各需安装的防振锤个数一般可按下表确定落不明防振锤安装个数这里须指出，第一个防振锤们于从线夹出口算起的第一 个小半波内，但其后的第n个就不一定在第n个小半波内。 甚至某个防振锤可能位于某个波的节点上，此时，该防振锤 虽无上下甩动，但有回转甩动，故仍有一定的减振作用。当 时，则b，如果按等距离安装时，在出现最小波长时，所有的防振锤都落在波节点附近，因此无法直到应有的防振作用，这时应按不等距离安装为好。其方法 有两种： 方法一（采用两个防振锤时）：第一个防振锤的安装距离为=1.05第二个防振锤的安装距离为=1.8方法二（采用两个以上防振锤时）：式中x 防振振锤的序号，x=1,2,3阻尼线阻尼线的防振原理，一方面相当于多个联合防振锤， 使一部分振动能量被架空导线本身和阻尼线股之间的摩擦 所消耗；另一方面，在阻尼线花边的连接点处，使振动传来 的能量产生分流，振动波在折射（并有少量反射）过程中能量 被消耗，并有部分通过花边传到了线夹另一侧，因此，传递 至线夹出口处的振动能量很小。阻尼线的扎固点应考虑导线发生最大和最小振动波长时 均能起到消振作用。当扎固点位于波腹点或两个相邻绑扎点 的相对变位最大时消振性能最好。所以，阻尼线扎固点到线 夹中心的距离可按下式确定式中符号意义与防振锤的公式相同。阻尼线花边的个数一般随挡距大小而定。对一般的挡距， 悬点每侧采用两个花边（三个扎固点）；500m以上挡距采用 35个花边。花边弧垂大小对消振效果影响不大，一般取 50100mm从工艺上要求，一般各花边弧垂按下图形式布置， 并做成线夹两侧对称。阻尼线取材方便、重力小、频率特性宽。通过实验证实，低 频率振动时，防振效果较好，高频率振动时，阻尼线消振效 果较好。从前面分析可知，导线直径小，悬挂点高，导线的 振动频率高；所以，阻尼线较适合于小截面导线的防振。对 大跨越挡距则往往来用阻尼线加防振锤的联合防振措施，以 充分发挥各自的长处。在实际工程中，根据需要可选用一种防振措施或两种以上防 振措施配合使用。如对一段输电线路普遍采用防振锤防振； 有些线路采用防振锤同时加装护线条进行防振，对500kv线 路的重要跨越挡距，有时需专门设计一套综合防振措施。如 500kv平武输电线路跨越汉江和长江段，跨越塔上的防振装 置是由导线线夹两侧各超出槽体鞍座500mm的16根预绞丝 护线条、线夹两侧5个花边状弧垂的阻尼线、4只释放型埋 头无晕防振锤组成。