導線的振動和防振

1、導線和避雷線的振動和防振摘要：振動引起導線和避雷線材料疲勞，最后導致斷股、斷線事故對線路的安全運行危害較大。本文主要介紹導線和避雷線產(chǎn)生微風振動的原因、危害程度及防振措施，重點介紹了采用防振錘防振的方法。關鍵詞：導線、避雷線振動防振一、微風振動、振動的起因 架空輸電線路的導線（或避雷線）受到均勻穩(wěn)定的微風垂直吹向它時，在導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，從而使導線受到一個上下交變的脈沖力。當氣流旋渦的交替變化頻率與導線的固有自振頻率相等時，導線在垂直平面內(nèi)產(chǎn)生共振即引起導線振動。、振動的危害一年中導線振動的時間常達全年時間30-50。無論導線以什么頻率振動線夾出口處總是

2、一波節(jié)點，所以，導線振動使導線在線夾出口處反復拗折，引起材料疲勞。最后導致斷股、斷線事故，對線路的正常安全運行危害較大。、振動的頻率和波長。根據(jù)試驗，當導線受到穩(wěn)定的微風作用時，氣流旋渦的交替變化頻率與風速和導線直徑有關，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 風速，ms；d 導線直徑，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導線的固有自振頻率， T導線的張力，N； W導線單位長度的重力， g1導線的自重比載，N(mmm2)。 導線的振動是一種受迫振動。物體作受迫振動時，其振動頻

3、率總是等于策動力的頻率，當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fFfD。根據(jù)共振的條件fFfD，則可以求出導線振動波的波長為了 振動的半波長為 、影響振動的因素影響振動的因素主要有風、擋距、懸點高度、導線應力以及地形、地物等。(1)風的影響。引起振動的基本因素是均勻穩(wěn)定的微風。一方面導線振動的產(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線的沖擊能量轉(zhuǎn)化而來。（產(chǎn)生導線振動的最小風速可取0.50.8ms）。另一方面，維持導線的持續(xù)振動，則其振動頻率必須相對穩(wěn)定，也即要求風速應具有一定的均勻性，如果風速不規(guī)則地大幅度變化，則導線不可能形成持續(xù)的振動，

4、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，當風向和線路方向成45o90o夾角時，導線產(chǎn)生穩(wěn)定振動；在30o45o時，振動的穩(wěn)定性較??；夾角小于20o時，則很少出現(xiàn)振動。(2)導線的直徑和擋距的影響。擋距越大、導線直徑越小，擋中形成完整半波數(shù)的機會越多，也就是導線產(chǎn)生共振的機會越多，導線振動程度也越嚴重。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。 (3)應力對振動的影響。由前述已知，導線的應力是影響導線振動烈度的關鍵因素，且對導線振動的頻帶寬度有直接影響。靜態(tài)應力越大，振動的頻帶

5、寬度越寬，越容易產(chǎn)生振動，對線路的危害越嚴重。而且，隨著靜態(tài)應力的增大，導線本身對振動的阻尼作用顯著降低，更加重了振動的烈度，更易使導線材料疲勞，引起斷股斷線事故。 在線路設計考慮防振問題時，根據(jù)運行經(jīng)驗，一般對架空輸電線路的導線和避雷線的年平均運行應力和防振措施的規(guī)定如下表所示。 二、防振措施 根據(jù)引起導線振動的原因及其影響因素和導線振動破壞機理，考慮防振措施可從以下兩方面著手：(1)設法防止和減弱振動設法從根本上消除引起導線振動的條件。如線路路徑避開易振區(qū)；降低導線的靜態(tài)應力等。設法利用線路設備本身對導線振動的阻尼作用，以減小振動。如采用柔性橫擔、偏心導線、防振線夾等。在導線上加裝防振裝置

6、以吸收或減弱振動能量，消除導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。(2)提高設備的耐振性能。因為導線振動對線路危害主要是引起線夾出口處導線斷股斷線，所以提高耐振性能的措施主要有：在線夾處導線加裝護線條或打背線，以增加線夾出口附近導線的剛性，減少彎曲應力及擠壓應力和磨損，同時也能對導線振動起一定阻尼作用。改善線夾的耐振性能，如要求線夾轉(zhuǎn)動靈活，從而線夾隨著導線的上下振動能靈活轉(zhuǎn)動，減小導線在線夾出口處的彎曲應力等。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，且在導線緊線后應盡快安裝防振器具。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

7、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：當導線振動時，夾板隨著導線上下移動，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

8、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線振動傳給它的能量，從而減小了導線的振動。導線振動的振幅越大，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線以很低的振幅振動。嚴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與導線可能發(fā)生的振動頻率范圍相適應；其次防振錘的重量要適當，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，還應與

9、導線型號相配合。防振錘的選擇可按右表進行。在確定防振錘安裝位置時，因為導線的振動是沿整擋導線呈駐波分布的，導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，防振錘應安裝在懸點附近；另外，防振錘應安裝在波腹點附近，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

10、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導線擋距較大，懸點高度較高，風的輸入能量很大而使導線振動強烈時，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

11、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，因此無法直到應有的防振作用，這時應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，一方面相當于多個聯(lián)合防振錘，使一部分振動能量被架空導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

12、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。阻尼線的扎固點應考慮導線發(fā)生最大和最小振動波長時均能起到消振作用。當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35個花邊。花邊弧垂大小對消振效果影響不大，一般取50100mm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，導線直徑小，懸掛點高，導線的振動頻率高；所以，阻尼線較適合于小截面導線的防振。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