導(dǎo)線的振動和防振

導(dǎo)線和避雷線的振動和防振摘要：振動引起導(dǎo)線和避雷線材料疲勞，最后導(dǎo)致斷股、斷線事故對線路的安全運行危害較大。本文主要介紹導(dǎo)線和避雷線產(chǎn)生微風(fēng)振動的原因、危害程度及防振措施，重點介紹了采用防振錘防振的方法。關(guān)鍵詞：導(dǎo)線、避雷線振動防振一、微風(fēng)振動1、振動的起因架空輸電線路的導(dǎo)線（或避雷線）受到均勻穩(wěn)定的微風(fēng)垂直吹向它時，在導(dǎo)線背后形成以一定頻率上下交替變化的氣流旋渦，如右圖所示，從而使導(dǎo)線受到一個上下交變的脈沖力。當(dāng)氣流旋渦的交替變化頻率與導(dǎo)線的固有自振頻率相等時，導(dǎo)線在垂直平面內(nèi)產(chǎn)生共振即引起導(dǎo)線振動。2、振動的危害一年中導(dǎo)線振動的時間常達全年時間30%—50%。無論導(dǎo)線以什么頻率振動.線夾出口處總是一波節(jié)點，所以，導(dǎo)線振動使導(dǎo)線在線夾出口處反復(fù)拗折，引起材料疲勞。最后導(dǎo)致斷股、斷線事故，對線路的正常安全運行危害較大。3、振動的頻率和波長。根據(jù)試驗，當(dāng)導(dǎo)線受到穩(wěn)定的微風(fēng)作用時，氣流旋渦的交替變化頻率與風(fēng)速和導(dǎo)線直徑有關(guān)，其頻率可由下式確定式中fF——氣流旋渦的交替變化頻率，Hz；v風(fēng)速，m/s；d導(dǎo)線直徑，mm。固有自振頻率是由組成物體的系統(tǒng)本身決定的,輸電線路的導(dǎo)線可以看成是兩端固定的一條弦線，它的固有自振頻率可用下式表示式中fD——導(dǎo)線的固有自振頻率，T——導(dǎo)線的張力，N；W——導(dǎo)線單位長度的重力，g1——導(dǎo)線的自重比載，N/(m?mm2)。導(dǎo)線的振動是一種受迫振動。物體作受迫振動時，其振動頻率總是等于策動力的頻率，當(dāng)物體的固有自振頻率和策動力的頻率相等時，其振動的振幅最大，這種現(xiàn)象稱為共振即fF=fD。根據(jù)共振的條件fF=fD，則可以求出導(dǎo)線振動波的波長為了振動的半波長為4、影響振動的因素影響振動的因素主要有風(fēng)、擋距、懸點高度、導(dǎo)線應(yīng)力以及地形、地物等。(1)風(fēng)的影響。引起振動的基本因素是均勻穩(wěn)定的微風(fēng)。一方面導(dǎo)線振動的產(chǎn)生和維持需要一定的能量，而這些能量需由氣流旋渦對導(dǎo)線的沖擊能量轉(zhuǎn)化而來。(產(chǎn)生導(dǎo)線振動的最小風(fēng)速可取0.5?0.8m/s)。另一方面，維持導(dǎo)線的持續(xù)振動，則其振動頻率必須相對穩(wěn)定，也即要求風(fēng)速應(yīng)具有一定的均勻性，如果風(fēng)速不規(guī)則地大幅度變化，則導(dǎo)線不可能形成持續(xù)的振動，甚至不發(fā)生振動。根據(jù)在平原開闊地區(qū)的觀察結(jié)果表明，當(dāng)風(fēng)向和線路方向成45。?90o夾角時，導(dǎo)線產(chǎn)生穩(wěn)定振動；在30o?45。時，振動的穩(wěn)定性較??；夾角小于20o時，則很少出現(xiàn)振動。導(dǎo)線的直徑和擋距的影響。擋距越大、導(dǎo)線直徑越小，擋中形成完整半波數(shù)的機會越多，也就是導(dǎo)線產(chǎn)生共振的機會越多，導(dǎo)線振動程度也越嚴(yán)重。實際觀測證實：擋距小100m時，很少見到振動；擋距在120m以上時，導(dǎo)線振動就多了一些；在跨越河流、山谷等高桿塔大擋距的地方，可以觀測到較強烈的振動。應(yīng)力對振動的影響。由前述已知，導(dǎo)線的應(yīng)力是影響導(dǎo)線振動烈度的關(guān)鍵因素，且對導(dǎo)線振動的頻帶寬度有直接影響。靜態(tài)應(yīng)力越大，振動的頻帶寬度越寬，越容易產(chǎn)生振動，對線路的危害越嚴(yán)重。而且，隨著靜態(tài)應(yīng)力的增大，導(dǎo)線本身對振動的阻尼作用顯著降低，更加重了振動的烈度，更易使導(dǎo)線材料疲勞，引起斷股斷線事故。在線路設(shè)計考慮防振問題時，根據(jù)運行經(jīng)驗，一般對架空輸電線路的導(dǎo)線和避雷線的年平均運行應(yīng)力和防振措施的規(guī)定如下表所示。二、防振措施根據(jù)引起導(dǎo)線振動的原因及其影響因素和導(dǎo)線振動破壞機理，考慮防振措施可從以下兩方面著手：設(shè)法防止和減弱振動①設(shè)法從根本上消除引起導(dǎo)線振動的條件。如線路路徑避開易振區(qū)；降低導(dǎo)線的靜態(tài)應(yīng)力等。②設(shè)法利用線路設(shè)備本身對導(dǎo)線振動的阻尼作用，以減小振動。如采用柔性橫擔(dān)、偏心導(dǎo)線、防振線夾等。③在導(dǎo)線上加裝防振裝置以吸收或減弱振動能量，消除導(dǎo)線振動對線路的危害目前我國廣泛采用的防振裝置是防振錘和阻尼線。提高設(shè)備的耐振性能。因為導(dǎo)線振動對線路危害主要是引起線夾出口處導(dǎo)線斷股斷線，所以提高耐振性能的措施主要有：①在線夾處導(dǎo)線加裝護線條或打背線，以增加線夾出口附近導(dǎo)線的剛性，減少彎曲應(yīng)力及擠壓應(yīng)力和磨損，同時也能對導(dǎo)線振動起一定阻尼作用。②改善線夾的耐振性能，如要求線夾轉(zhuǎn)動靈活，從而線夾隨著導(dǎo)線的上下振動能靈活轉(zhuǎn)動，減小導(dǎo)線在線夾出口處的彎曲應(yīng)力等。護線條打背線三、不用采取防振措施的情況一般架空輸電線路均需采取防振措施，且在導(dǎo)線緊線后應(yīng)盡快安裝防振器具。但是，根據(jù)運行經(jīng)驗或?qū)嵉乜疾旖Y(jié)果，在沒有引起振動因素的地區(qū)可不用采取防振措施，如福州市環(huán)城路110KV義黎線在城區(qū)段就沒有采取防振措施，其運行結(jié)果表明是可行的。究其原因是線路兩側(cè)均是高樓大廈，沒有產(chǎn)生均勻穩(wěn)定微風(fēng)的條件。此外，小擋距的孤立檔（小于100m），以及采用松馳架線的擋距，也可以不采取防振措施，詳見上表。福建省的架空輸電線路的主要防振措施是在線夾處加裝護線條和采用防振錘。在大跨越地段和振動較強烈的地區(qū)，還采用了防振錘和阻尼線聯(lián)合防振?，F(xiàn)分別對防振錘和阻尼線的具體安裝方法進行介紹。防振錘防振錘的防振原理：當(dāng)導(dǎo)線振動時，夾板隨著導(dǎo)線上下移動，由于兩端重錘具有較大的慣性而不能和夾板同步移動，致使防振錘的鋼續(xù)線不斷上下彎曲。重錘的阻尼作用減小了振動的振幅，而鋼絞線的變形及股線間的摩擦則消耗了導(dǎo)線振動傳給它的能量，從而減小了導(dǎo)線的振動。導(dǎo)線振動的振幅越大，防振錘的鋼絞線上下彎曲撓度越大，則消耗的能量越多。振幅減小，防振錘消耗的能量隨之下降，最后在能量平衡的條件下導(dǎo)線以很低的振幅振動。嚴(yán)格地說防振錘并不是防振，而是將振動限制到無危險的范圍。從其防振原理可見，要使防振錘能最大限度地消耗導(dǎo)線振動的能量，就要在防振錘選擇和安裝時，以防振錘的鋼絞線能產(chǎn)生最大撓度為原則。在選擇防振錘型號時，防振錘的固有自振頻率應(yīng)與導(dǎo)線可能發(fā)生的振動頻率范圍相適應(yīng)；其次防振錘的重量要適當(dāng)，太輕則消振效果差，太重則可能在防振錘安裝位置形成新的波節(jié)點；另外，還應(yīng)與導(dǎo)線型號相配合。防振錘的選擇可按右表進行。在確定防振錘安裝位置時，因為導(dǎo)線的振動是沿整擋導(dǎo)線呈駐波分布的，導(dǎo)線懸掛點處無論何種頻率的振動均為一固定的波節(jié)點，因此，防振錘應(yīng)安裝在懸點附近；另外，防振錘應(yīng)安裝在波腹點附近，這樣防振錘甩動幅度最大，消耗振動能量最多。然而，導(dǎo)線振動的頻率和波長并非是惟一的，而是在一定范圍內(nèi)變化，為使防振錘的安裝能對各種頻率和波長的振動都能發(fā)揮一定的防振作用，就應(yīng)照顧到出現(xiàn)最大及最小半波長時，都能起到一定的防振作用，如此自然對中間波長的振動具有更好的防振效果。綜上所述，當(dāng)安裝一個防振錘時，其安裝位置的確定原則是：在最大波長和最小波長情況下，防振錘的安裝位置在線夾出口處第一個半波范圍內(nèi)，并對這兩種波長的波節(jié)點或波腹點具有相同的接近程度，即在這兩種情況下防振錘安裝點的“相角”的正弦絕對值相等。即，如圖中所示。根據(jù)上述原則，可以推得防振錘安裝距離計算公式為當(dāng)導(dǎo)線擋距較大，懸點高度較高，風(fēng)的輸入能量很大而使導(dǎo)線振動強烈時，安裝一個防振錘不足以將此能量消耗至足夠低的水平，這時就需裝多個防振錘。多個防振錘一般均按等距離安裝，即按前述方法計算得第一個防振錘的安裝距離b，則第二個為2b，第三個為3b，如下圖所示。實際工程中，擋距兩各需安裝的防振錘個數(shù)一般可按下表確定落不明防振錘安裝個數(shù)這里須指出，第一個防振錘們于從線夾出口算起的第一個小半波內(nèi)，但其后的第n個就不一定在第n個小半波內(nèi)。甚至某個防振錘可能位于某個波的節(jié)點上，此時，該防振錘雖無上下甩動，但有回轉(zhuǎn)甩動，故仍有一定的減振作用。當(dāng)>>時，則b，如果按等距離安裝時，在出現(xiàn)最小波長時，所有的防振錘都落在波節(jié)點附近，因此無法直到應(yīng)有的防振作用，這時應(yīng)按不等距離安裝為好。其方法有兩種：方法一（采用兩個防振錘時）：第一個防振錘的安裝距離為=1.05第二個防振錘的安裝距離為=1.8方法二（采用兩個以上防振錘時）：式中x防振振錘的序號，x=1,2,3…阻尼線阻尼線的防振原理，一方面相當(dāng)于多個聯(lián)合防振錘，使一部分振動能量被架空導(dǎo)線本身和阻尼線股之間的摩擦所消耗；另一方面，在阻尼線花邊的連接點處，使振動傳來的能量產(chǎn)生分流，振動波在折射（并有少量反射）過程中能量被消耗，并有部分通過花邊傳到了線夾另一側(cè)，因此，傳遞至線夾出口處的振動能量很小。阻尼線的扎固點應(yīng)考慮導(dǎo)線發(fā)生最大和最小振動波長時均能起到消振作用。當(dāng)扎固點位于波腹點或兩個相鄰綁扎點的相對變位最大時消振性能最好。所以，阻尼線扎固點到線夾中心的距離可按下式確定式中符號意義與防振錘的公式相同。阻尼線花邊的個數(shù)一般隨擋距大小而定。對一般的擋距，懸點每側(cè)采用兩個花邊（三個扎固點）；500m以上擋距采用3?5個花邊。花邊弧垂大小對消振效果影響不大，一般取50?100mm從工藝上要求，一般各花邊弧垂按下圖形式布置，并做成線夾兩側(cè)對稱。阻尼線取材方便、重力小、頻率特性寬。通過實驗證實，低頻率振動時，防振效果較好，高頻率振動時，阻尼線消振效果較好。從前面分析可知，導(dǎo)線直徑小，懸掛點高，導(dǎo)線的振動頻率高；所以，阻尼線較適合于小截面導(dǎo)線的防振。對大跨越擋距則往往來用阻尼線加防振錘的聯(lián)合防振措施，以充分發(fā)揮各自的長處。在實