振動測試與分析報告報告材料報告材料

1、輸電線微風(fēng)振動測試技術(shù)報告任課教師：劉娟組員：2016年6月10日1大跨越輸送線路背景線路大跨越是輸電線路的重要組成部分，在線路運行過程中具有特殊重要地 位。架空電線路經(jīng)常發(fā)生超過允許幅值的微風(fēng)振動，往往導(dǎo)致某些線路部件的疲 勞損壞，如導(dǎo)地線的疲勞斷股，金具、間隔棒及桿塔構(gòu)件的疲勞損壞或磨損等， 其中導(dǎo)線疲勞斷股是架空送電線路普遍發(fā)生的問題，嚴重時需要將全線路更換為新導(dǎo)線。所有的高壓送電線路都受到微風(fēng)振動的影響， 尤其在線路大跨越上，因 具有檔距大、懸掛點高和水域開闊等特點，使風(fēng)輸給導(dǎo)地線的振動能量大大增加， 導(dǎo)地線振動強度遠較普通檔距嚴重。2微風(fēng)振動的原理與波形特點2.1微風(fēng)振動原理導(dǎo)線的振

2、動是由于風(fēng)作用于導(dǎo)線而產(chǎn)生的“卡門旋渦”造成的。把一個圓柱 體，水平地放在風(fēng)洞的試驗中，并把圓柱體的兩端剛性地固定住。如圖 1所示，當(dāng)風(fēng) vs從垂直于圓柱體軸線的方向作用于圓柱體后，在圓柱體的背后將產(chǎn)生旋渦，這種 旋渦稱為卡門旋渦。旋渦發(fā)生在圓柱體背風(fēng)面處 ，上下交替地產(chǎn)生，不斷地離開圓 柱體向后延伸，漸漸消失。由于這種上下交替旋渦的產(chǎn)生，風(fēng)對于圓柱體的作用除 了有一個水平的壓力外，在圓柱體上還有一種上下交替的力，在此交變力的作用下 圓柱體產(chǎn)生持續(xù)振動。圖1卡門渦街卡門和司脫羅哈最早研究了旋渦的特性后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)出現(xiàn)振動時旋渦有比較穩(wěn) 定的頻率fs,常稱為司脫羅哈頻率或沖擊頻率，這個交變力的頻率與

3、風(fēng)速，圓柱體的 直徑有如下關(guān)系：式中；z司脫羅哈頻率£骯:hvf司脫羅哈(Strouha)MiSd圓柱體的直徑(m)»S司脫羅系數(shù)，與凰柱體的雷諾(Reynold)數(shù) = V/有關(guān).對電線S “498(1-兇h通常S=0.185-0.曲日本、加拿大等國采用6185*Re我國及歐美采用02.另外，導(dǎo)線之所以能夠持續(xù)振動其主要是由于同步效應(yīng)作用的結(jié)果。風(fēng)作用于圓柱體后，由于產(chǎn)生卡門旋渦，根據(jù)上式，導(dǎo)線會以一定的頻率fs開始振動，如果 風(fēng)對圓柱體產(chǎn)生的沖擊頻率與圓柱體的固有頻率fo相同時，則會引起諧振使作用于圓柱體上的交變沖擊力變大，激發(fā)圓柱體產(chǎn)生較大振幅的振動。當(dāng)圓柱體以 f0

4、=fs的頻率振動后，氣流將受到導(dǎo)線振動的控制，導(dǎo)線背后的旋渦將表現(xiàn)為很好 的順序性，其頻率也為fo。當(dāng)風(fēng)速在一定范圍內(nèi)變化時，(約相應(yīng)fo的士 20%范圍), 圓柱體的振動頻率和旋渦的頻率都不變化仍保持為fs,這種現(xiàn)象稱為“同步效應(yīng)”。電線受到微風(fēng)(1 一3級)吹拂時，由于產(chǎn)生卡門旋渦和同步效應(yīng)(或鎖定效應(yīng)), 加之電線振動振幅的自限作用，使得電線產(chǎn)生小振幅的持續(xù)振動，即微風(fēng)振動。電 線的振動波形有單一的駐波和行波，最常見的是有由以上二者混合成的拍頻波。(1) 圖所示波來回于檔內(nèi)時能出現(xiàn)這種波形，可觀察到某點發(fā)生間歇性振動，行 波產(chǎn)生的原因可能是由于桿塔振動帶動線夾上下振動，一般在振動發(fā)生的初

5、期可能出現(xiàn)這種行波圖2行波(2) 圖3所示當(dāng)檔內(nèi)具有同樣風(fēng)吹時會產(chǎn)生這種大體上具有相同振幅和頻率且波節(jié)、波腹位置不變的駐波。圖3駐波(3) 圖4所示，振幅周期性的由最大值變到最小值，常是行波和駐波迭加的波形,其形成原因可能是在整個檔內(nèi)風(fēng)速和方向隨時間和長度而變化使之出現(xiàn)兩個以上不同頻率的振動在實際線路上所觀察到的微風(fēng)振動波形很少是純粹的駐波形式，而常?？吹降牟ㄐ问钦穹S時間沿檔距有較大變化。按照波形的特點，可分為行波、拍頻波 及駐波等三種主要形式。大量實測波形說明，架空線微風(fēng)振動波形通常并非簡單 的正弦波。實際上常表現(xiàn)為較復(fù)雜的波形， 波形在時間和空間上變化較大， 其中 包含了許多諧波成分。3

6、.2建立數(shù)學(xué)模型，求解波動方程式假設(shè)導(dǎo)線兩端固定，不計導(dǎo)線剛度和阻尼，這時振動理想化，形成駐波。但 實際上，對于標(biāo)號較大的導(dǎo)線，特別是在線夾出口處，其剛度已經(jīng)不可忽略，線 夾出口處的振動波形與遠離線夾處的波形是有一定區(qū)別的。在運行線路上由于安 裝了防振器，而防振器對振動的阻尼是非線性的，振動波沿檔向兩側(cè)傳送后多次 反射疊加，加上在一個大檔距中，引起振動的風(fēng)速和激振力在時間和空間上都有 所不同，因此到達一個監(jiān)測點的波頭不止一個， 形成了振幅和相位各不相同的波 形組合。關(guān)于拍頻波，很可能是不同風(fēng)速的兩個或更多的波頭疊加所形成的。若假設(shè)導(dǎo)線是一根承受張力完全柔軟的弦， 即忽略導(dǎo)線的剛度和阻尼，導(dǎo)線

7、共振時可以形成穩(wěn)定的駐波振動，駐波方程可用下式表示:pO,r) = 4)sinjsinfirf式中電線振動的最大振幅(m)：x距導(dǎo)線端點的距離(m)；丄；使用文檔中的獨特引言吸引電線上各點的速度為：dtAA2mtn/s2)電線上各點的加速度為sinsixidtf = <v 4>SLnsin(創(chuàng)+ 開)4Ar導(dǎo)線振動時，弧線上任一點x處的斜率tga為:dx A2加. smcXA當(dāng)x=0時，可得到懸垂線夾出口的振動角為:振動角最大值為上式中的懸掛點最大振動角“該點振幅與懸掛點的最大動彎應(yīng)力成比例，故通常是衡量振動嚴重程度的重要參數(shù)。國際上測振統(tǒng)一規(guī)定以距線夾出口x=89mm處的振幅A8

8、9=y x作為測量振幅的標(biāo)準，上式的近似值為：以上討論的只是無阻尼，無剛度的電線振動方程，而實際中的導(dǎo)線是具有一定 剛度和自阻尼的，但是由于導(dǎo)線的剛度、自阻尼具有很強的非線性 ，必須通過實驗 測得，因此，這里盡對導(dǎo)線振動特性的原理做簡單推導(dǎo)和分析 ，其他情況推導(dǎo)的原 理類似 3微風(fēng)振動的測量方法與原理3.1彎曲振幅法彎曲振幅法的定義彎曲振幅法（圖3）是測取電線距線夾出口 89mm處電線相對于線夾的彎曲振幅，以此值大小來測算導(dǎo)線在線夾出口處的動彎應(yīng)變，作為測量導(dǎo)線振動的標(biāo)準 方法。這個標(biāo)準是采用相對振幅的測量方法，來衡量導(dǎo)線受微風(fēng)振動的危害程度, 實踐證明是測量懸垂線夾處導(dǎo)線振動的實用方法。說期

9、：1 一經(jīng)也奪頭2 錚吃，m杲続與録災(zāi)忙接包戌4一孌曲扳端R（相對于踐夾圖6測量原理示意圖彎曲振幅法的特點基于IEE酥準設(shè)計，并采用“正裝法”安裝使用的現(xiàn)場振動測量儀器，特點 是儀器本體采用連接夾具固定在懸垂線夾下部， 測振儀傳感器探頭在距電線與線 夾分離點89mm處與電線接觸或連接，定時抽樣記錄該處相對振幅等數(shù)據(jù)， 這種 裝置僅能實現(xiàn)對懸垂線夾處電線進行測量。動彎應(yīng)變與彎藍振幅間的關(guān)系方程式如下式子，在小振幅條件下，線夾出口處動應(yīng)變與89mm處彎曲振幅之間的關(guān)系，以下列計算公式表示之；p2dY£ h _2 （薩凹- 2衛(wèi)其中，E ,沢4 Hl '計節(jié)d導(dǎo)線毘外層的絃股股住（

10、5）人線夾出口 a=89m處的彎曲振幅（nuiOpW（EDT試驗期間導(dǎo)線平均運行張力（NE 匚一導(dǎo)踐最小剛度（N < m?）3.2反裝振幅法321技術(shù)背景上述彎曲振幅法廣泛用于對懸垂線夾處電線進行測量，但是實踐中證實，電 線因微風(fēng)振動而產(chǎn)生斷股，斷股的部位不僅僅出現(xiàn)在懸垂線夾處， 而在電線的其 它部位，如阻尼線夾頭、防振錘夾頭、間隔棒夾頭等處，也有防振薄弱環(huán)節(jié)。但 正常安裝法對上述部位測試安裝困難較大；其次，如果在線夾中襯有橡膠或塑料墊（有些懸垂線夾、間隔棒夾頭內(nèi)設(shè)計有減振耗能的橡、塑墊 ）時，由于吸能元件 的作用，使得正常安裝法的測試結(jié)果可能會無效。正常安裝法在使用過程中受到 了限制，

11、在這種前提下產(chǎn)生了反裝法，它解決了正常安裝法所不能解決的問題， 從理論到實踐，形成了一套符合于IEEEW振標(biāo)準的完整體系。圖7反安裝振幅法原理示意圖322定義及特點基于IEE酥準設(shè)計，并采用“反裝法”安裝使用的的現(xiàn)場振動測量儀器，特點是將測振儀直接安裝于電線上，測振儀的夾具距離電線與線夾分離點89mm，測振儀傳感器探頭與該分離點接觸，自動抽樣記錄相對振幅等數(shù)據(jù)。相對振幅是基于兩點的相對振幅，一點為導(dǎo)線與線夾的最末接觸點 3，另一 點為距3點89ram處的點4，測振儀夾具直接安裝于該點4，3與4點的相對橫向振 幅Ya妒一 P)即為反裝振幅，或倒裝振幅。優(yōu)點：(1)安裝簡單，直接安裝于電線上，無需

12、在懸垂線夾上考慮儀器的安裝；(2)不僅用于懸垂線夾處測量，還可以用于測量內(nèi)部可能襯有橡膠或塑料墊的阻 尼線夾頭、防振錘夾頭、間隔棒夾頭處的振幅；(3)能靈活用于護線條端部處的振幅測試。動彎應(yīng)變與倒裝振幅的關(guān)系：倒裝振幅與動彎應(yīng)變之間有一定比例關(guān)系，通過轉(zhuǎn)換同樣可以得出動彎應(yīng)變，該關(guān)系式如下：c -圖8監(jiān)測設(shè)備安裝示意圖4數(shù)據(jù)收集與分析:flBQ1T60 弐車'H r02E0占Q15 O.-一 芻訓(xùn)上圖9線夾處最大彎曲振幅與頻率關(guān)系曲線°03D <0609010率陽|1001 即4 3 2 £,邑雖ffiw圖10線夾處振動次數(shù)與頻率關(guān)系曲線最大彎曲振幅、振動次數(shù)與頻率的關(guān)系曲線見圖9和圖10,圖中可以看出頻率在44-45Hz時的振動強度最大，且振動次數(shù)最多，但彎曲振幅曲線均在安全范 圍下。圖1124月動彎應(yīng)力應(yīng)力分布圖94 圖1214月風(fēng)速分布圖圖11及圖12為利用彎曲振幅法測得信號進行分析所得到的幾個月份的最大 動彎應(yīng)力分布圖及所測輸電線位置的風(fēng)速分布試件圖。結(jié)合多個月的最大動彎應(yīng) 力分布情況及輸電線