導(dǎo)線的振動(dòng)和防振

導(dǎo)線和避雷線的振動(dòng)和防振摘要：振動(dòng)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(yùn)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(dòng)的原因、危害程度及防振措施，重點(diǎn)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(dòng)防振一、微風(fēng)振動(dòng)1、振動(dòng)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(shí)，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(gè)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(shí)，導(dǎo)線在垂直平面內(nèi)產(chǎn)生共振即引起導(dǎo)線振動(dòng)。2、振動(dòng)的危害一年中導(dǎo)線振動(dòng)的時(shí)間常達(dá)全年時(shí)間30%—50%。無論導(dǎo)線以什么頻率振動(dòng).線夾出口處總是一波節(jié)點(diǎn)，所以，導(dǎo)線振動(dòng)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(yùn)行危害較大。3、振動(dòng)的頻率和波長。根據(jù)試驗(yàn)，當(dāng)導(dǎo)線受到穩(wěn)定的微風(fēng)作用時(shí)，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——?dú)饬餍郎u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(dòng)是一種受迫振動(dòng)。物體作受迫振動(dòng)時(shí)，其振動(dòng)頻率總是等于策動(dòng)力的頻率，當(dāng)物體的固有自振頻率和策動(dòng)力的頻率相等時(shí)，其振動(dòng)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(dòng)波的波長為了振動(dòng)的半波長為4、影響振動(dòng)的因素影響振動(dòng)的因素主要有風(fēng)、擋距、懸點(diǎn)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(dòng)的基本因素是均勻穩(wěn)定的微風(fēng)。一方面導(dǎo)線振動(dòng)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(dòng)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(dòng)，則其振動(dòng)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(dòng)，甚至不發(fā)生振動(dòng)。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(shí)，導(dǎo)線產(chǎn)生穩(wěn)定振動(dòng)；在30o?45。時(shí)，振動(dòng)的穩(wěn)定性較?。粖A角小于20o時(shí)，則很少出現(xiàn)振動(dòng)。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(jī)會(huì)越多，也就是導(dǎo)線產(chǎn)生共振的機(jī)會(huì)越多，導(dǎo)線振動(dòng)程度也越嚴(yán)重。實(shí)際觀測證實(shí)：擋距小100m時(shí)，很少見到振動(dòng)；擋距在120m以上時(shí)，導(dǎo)線振動(dòng)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(qiáng)烈的振動(dòng)。應(yīng)力對振動(dòng)的影響。由前述已知，導(dǎo)線的應(yīng)力是影響導(dǎo)線振動(dòng)烈度的關(guān)鍵因素，且對導(dǎo)線振動(dòng)的頻帶寬度有直接影響。靜態(tài)應(yīng)力越大，振動(dòng)的頻帶寬度越寬，越容易產(chǎn)生振動(dòng)，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(dòng)的阻尼作用顯著降低，更加重了振動(dòng)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(jì)考慮防振問題時(shí)，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，一般對架空輸電線路的導(dǎo)線和避雷線的年平均運(yùn)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(dòng)的原因及其影響因素和導(dǎo)線振動(dòng)破壞機(jī)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(dòng)①設(shè)法從根本上消除引起導(dǎo)線振動(dòng)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(dòng)的阻尼作用，以減小振動(dòng)。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(dòng)能量，消除導(dǎo)線振動(dòng)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?yàn)閷?dǎo)線振動(dòng)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(hù)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(shí)也能對導(dǎo)線振動(dòng)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(dòng)靈活，從而線夾隨著導(dǎo)線的上下振動(dòng)能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，減小導(dǎo)線在線夾出口處的彎曲應(yīng)力等。護(hù)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(yùn)行經(jīng)驗(yàn)或?qū)嵉乜疾旖Y(jié)果，在沒有引起振動(dòng)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(yùn)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(hù)線條和采用防振錘。在大跨越地段和振動(dòng)較強(qiáng)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(jìn)行介紹。防振錘防振錘的防振原理：當(dāng)導(dǎo)線振動(dòng)時(shí)，夾板隨著導(dǎo)線上下移動(dòng)，由于兩端重錘具有較大的慣性而不能和夾板同步移動(dòng)，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(dòng)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(dòng)傳給它的能量，從而減小了導(dǎo)線的振動(dòng)。導(dǎo)線振動(dòng)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(dòng)。嚴(yán)格地說防振錘并不是防振，而是將振動(dòng)限制到無危險(xiǎn)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(dòng)的能量，就要在防振錘選擇和安裝時(shí)，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(shí)，防振錘的固有自振頻率應(yīng)與導(dǎo)線可能發(fā)生的振動(dòng)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(diǎn)；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(jìn)行。在確定防振錘安裝位置時(shí)，因?yàn)閷?dǎo)線的振動(dòng)是沿整擋導(dǎo)線呈駐波分布的，導(dǎo)線懸掛點(diǎn)處無論何種頻率的振動(dòng)均為一固定的波節(jié)點(diǎn)，因此，防振錘應(yīng)安裝在懸點(diǎn)附近；另外，防振錘應(yīng)安裝在波腹點(diǎn)附近，這樣防振錘甩動(dòng)幅度最大，消耗振動(dòng)能量最多。然而，導(dǎo)線振動(dòng)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(dòng)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(shí)，都能起到一定的防振作用，如此自然對中間波長的振動(dòng)具有更好的防振效果。綜上所述，當(dāng)安裝一個(gè)防振錘時(shí)，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(gè)半波范圍內(nèi)，并對這兩種波長的波節(jié)點(diǎn)或波腹點(diǎn)具有相同的接近程度，即在這兩種情況下防振錘安裝點(diǎn)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(jì)算公式為當(dāng)導(dǎo)線擋距較大，懸點(diǎn)高度較高，風(fēng)的輸入能量很大而使導(dǎo)線振動(dòng)強(qiáng)烈時(shí)，安裝一個(gè)防振錘不足以將此能量消耗至足夠低的水平，這時(shí)就需裝多個(gè)防振錘。多個(gè)防振錘一般均按等距離安裝，即按前述方法計(jì)算得第一個(gè)防振錘的安裝距離b，則第二個(gè)為2b，第三個(gè)為3b，如下圖所示。實(shí)際工程中，擋距兩各需安裝的防振錘個(gè)數(shù)一般可按下表確定落不明防振錘安裝個(gè)數(shù)這里須指出，第一個(gè)防振錘們于從線夾出口算起的第一個(gè)小半波內(nèi)，但其后的第n個(gè)就不一定在第n個(gè)小半波內(nèi)。甚至某個(gè)防振錘可能位于某個(gè)波的節(jié)點(diǎn)上，此時(shí)，該防振錘雖無上下甩動(dòng)，但有回轉(zhuǎn)甩動(dòng)，故仍有一定的減振作用。當(dāng)>>時(shí)，則b，如果按等距離安裝時(shí)，在出現(xiàn)最小波長時(shí)，所有的防振錘都落在波節(jié)點(diǎn)附近，因此無法直到應(yīng)有的防振作用，這時(shí)應(yīng)按不等距離安裝為好。其方法有兩種：方法一（采用兩個(gè)防振錘時(shí)）：第一個(gè)防振錘的安裝距離為=1.05第二個(gè)防振錘的安裝距離為=1.8方法二（采用兩個(gè)以上防振錘時(shí)）：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(gè)聯(lián)合防振錘，使一部分振動(dòng)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(diǎn)處，使振動(dòng)傳來的能量產(chǎn)生分流，振動(dòng)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(dòng)能量很小。阻尼線的扎固點(diǎn)應(yīng)考慮導(dǎo)線發(fā)生最大和最小振動(dòng)波長時(shí)均能起到消振作用。當(dāng)扎固點(diǎn)位于波腹點(diǎn)或兩個(gè)相鄰綁扎點(diǎn)的相對變位最大時(shí)消振性能最好。所以，阻尼線扎固點(diǎn)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(gè)數(shù)一般隨擋距大小而定。對一般的擋距，懸點(diǎn)每側(cè)采用兩個(gè)花邊（三個(gè)扎固點(diǎn)）；500m以上擋距采用3?5個(gè)花邊?；ㄟ吇〈勾笮ο裥Ч绊懖淮?，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(shí)驗(yàn)證實(shí)，低頻率振動(dòng)時(shí)，防振效果較好，高頻率振動(dòng)時(shí)，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(diǎn)高，導(dǎo)線的振動(dòng)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(shí)