預絞式防振錘的技術特性及其工程應用

趙 強，劉連光，姚建生，仇 堅，朱小強

（1.華北電力大學電氣與電子工程學院，北京 102206；2.江蘇天南電力器材有限公司，江蘇 如皋 226522）

輸電線路微風振動，可能引發(fā)導線斷股以及輸電線路斷線等惡性電力事故[1]。例如，新疆220 kV樓哈線投運3年發(fā)生導線斷股事件300余處[2]，對電網(wǎng)安全運行造成了嚴重影響。有效抑制輸電線路的微風振動，是重要的研究課題。雖然絕大部分的輸電線路采用防振錘抑制微風振動，但由于防振錘的安裝位置改變或滑動，可能導致防振錘失效。

針對傳統(tǒng)防振錘易滑移、安裝不便、能耗大等不足，現(xiàn)已研發(fā)了預絞式防振錘。本文主要分析預絞式防振錘的制造工藝、技術特性及工程應用等情況。

1 防振錘原理與特性

1.1 防振錘原理

輸電線路的導線具有自阻尼[3]，對一定范圍內(nèi)的微風振動有抑制作用，但不能消除微風振動。采用防振錘抑制微風振動，是一種常用的措施[4]。使導線輸入風能與整檔導線的自阻尼能耗和防振錘能耗相平衡[5]，消除導線振動，其表達式為

式中，

Pw為導線輸入風能；

Ps為導線自阻尼能耗；

Pd為防振錘能耗。

研究表明，導線自阻尼消耗能量與振幅2.5次方成正比，而輸入風能基本與振幅一次方成正比，故加上防振錘消耗的能量，導線的振幅會大幅度下降，從而有效抑制微風振動[6]。

1.2 防振錘特性

架空線路加裝防振錘后，不僅導線振幅大為下降，并且能夠形成穩(wěn)定振動的諧振頻率，要比無防振錘時的自然頻率稀疏得多，也就是說安裝防振錘后，導線振動的幾率大為降低，因此可有效防止導線振動。

圖1 傳統(tǒng)防振錘實物圖

盡管傳統(tǒng)防振錘在抑制微風振動方面，取得了一定的效果，但其自身設計制造上的缺陷，也是不容忽視的。其垂體材料為鑄鐵，易生銹；且垂體有空隙，易積水積雪，而影響防振錘防振性能；線夾采用局部壓板夾緊設計，形成閉合回路，會產(chǎn)生渦流損耗，增加線路能耗。

此外，由于傳統(tǒng)設計采用螺栓安裝，易在防振錘夾板及線夾處產(chǎn)生集中應力，不僅會出現(xiàn)防振錘滑移現(xiàn)象，且交變的集中應力，經(jīng)多次交替作用后，最終將導致導線疲勞斷股。

2 預絞式防振錘特性

安裝防振錘的作用，是用來降低微風對導線的疲勞損害，所以當防振錘產(chǎn)生滑移后，反而會對導線造成更大的損害，因此必須要確保合理的制造工藝，以及具備相應的技術特性。

2.1 制造工藝

防振錘是由錘頭、鋼絞線及線夾組成的一種阻尼器，通過線夾懸掛在導線上。預絞式防振錘錘體采用特殊合金材料制造，不易生銹；鋼絞線采用30%鋁包鋼制造，可保證不傷害導線；線夾為鋁合金制造，采用上掛式全握結構，施工時便于直接掛在導線上，效率很高。

預絞式防振錘如圖2所示。

圖2 預絞式防振錘實物圖

2.2 技術特性

（1）防積水。預絞式防振錘錘體圓滑無空隙，可以完全消除積水積冰積雪，不會因結冰導致產(chǎn)品總質(zhì)量發(fā)生變化，而影響產(chǎn)品的防振性能。

（2）防滑性。預絞式防振錘與傳統(tǒng)防振錘最大的區(qū)別，在于采用預絞絲安裝[7]，減小人為因素帶來的影響，預絞絲與導線間的握力均勻分散在30～60 mm長度的區(qū)域上，避免了導線的應力集中，消除了螺栓固定式防振錘安裝力矩不均勻、易滑移的缺陷。

（3）多頻諧振性。預絞式防振錘采用特制的小節(jié)距鋼絞線，兩端的重錘成狗骨頭形狀，并分別置于鋼絞線的前后兩側，形成一定的角度，兼顧了音叉型與扭矩型防振錘的優(yōu)點，其有4個諧振頻率，分別在10 Hz、35 Hz、50 Hz、75 Hz附近[8]。

（4）節(jié)能性。預絞式防振錘線夾為鋁合金制造，且采用開口設計，避免了由于使用鋼鐵材料而產(chǎn)生的渦流損耗，同時，接觸面積的增大，也有效地減少了接觸電阻，減少了能量損耗[9]。

（5）抗疲勞性。此外，纏繞在導線上的預絞絲，增強了導線與防振錘接觸區(qū)域的彎曲剛度，削弱了在這些區(qū)域的動態(tài)彎曲應力[10]。在同等條件下，預絞式防振錘與傳統(tǒng)螺栓壓緊型防振錘相比，有效改善了導線在懸掛點的應力環(huán)境，使導線所受的靜態(tài)壓應力、夾應力、彎曲應力和動態(tài)應力大大減小，延長了導線的抗疲勞特性和使用壽命，具有很高的性價比。

3 預絞式防振錘選型

表1列出了6種適應不同型號導、地線的預絞式防振錘。

表1 預絞式防振錘型號

上述預絞式防振錘，經(jīng)過1 000 kV交流電氣試驗、800 kV直流電氣試驗及疲勞試驗等各種型式試驗，結果表明，其各項指標均滿足國家標準要求。

4 預絞式防振錘工程應用

下面以一般地形10 km長線路為例，從工程實際應用出發(fā)，與傳統(tǒng)防振錘相比，預絞式防振錘存在明顯的優(yōu)越性。

4.1 經(jīng)濟性

（1）安裝成本。傳統(tǒng)防振錘因采用螺栓安裝，均需安裝鋁包帶，增加了安裝成本。而預絞式防振錘采用預絞絲安裝，不用安裝鋁包帶，且無需任何安裝工具，徒手即可完成，安裝方便快捷，施工成本低廉。

（2）維護成本。后期運行維護成本可描述為

式中，

Cw為每年后期維護總成本；

n為防振錘安裝數(shù)量；

Cx為單次單個巡視費（1元）；

Px為每年巡視次數(shù)；

Ch為更換損壞產(chǎn)品的費用。

傳統(tǒng)防振錘因采用螺栓安裝，易產(chǎn)生滑線，且會生銹易脫落，每年至少需巡視5次。而預絞式防振錘采用預絞絲安裝，絕無滑移現(xiàn)象，同時不易生銹，每年只需巡視1次即可。

此外，傳統(tǒng)防振錘性能較差，容易結冰，使用壽命一般，易產(chǎn)生滑移對導線帶來很大損害，滑移后需要進行更換及復位操作，成本極大。

相比之下，預絞式防振錘因其性能優(yōu)越，不會結冰，且預絞絲一般采用與裸纜線相同的材料制成，減小了由于不同金屬間在電氣環(huán)境下所引起的電腐蝕，不僅延長了防振錘的使用壽命，而且對導線能有效地保護，不會滑移，無需更換及進行復位操作。

預絞式防振錘與傳統(tǒng)防振錘后期維護成本對比如表2所示。

表2 預絞式防振錘與傳統(tǒng)防振錘后期維護成本對比

4.2 安全性

傳統(tǒng)防振錘，前期工作量較大，采用鋁夾板及螺栓安裝[11]，需要扳手安裝，加大了高空作業(yè)難度，帶來施工安全隱患。

而預絞式防振錘，對操作人員的技術要求不高，具有安裝簡便、迅速、可徒手安裝、無需安裝工具等特點，節(jié)省了大量的施工時間及施工材料，同時也降低了高空作業(yè)的勞動強度和危險性，確保施工安全。

一般情況下，熟練工人徒手安裝一套預絞式防振錘，只需要幾分鐘到十幾分鐘的時間。安裝完成后，其安裝品質(zhì)可用望遠鏡在地面上觀察和判斷，極大地降低了工程驗收難度，方便安全。

4.3 工程應用

預絞式防振錘以其良好的防滑防振性能，現(xiàn)已廣泛應用于江蘇、浙江、安徽、山東、河南、甘肅等省輸電線路，抑制微風振動工程。

以甘肅電網(wǎng)為例，受地形、氣候影響，河西地區(qū)750 kV輸電導線微風振動強烈，常有防振錘滑移、導線疲勞斷股等事件發(fā)生，嚴重威脅該地區(qū)輸電線路的安全與穩(wěn)定運行。為此，結合運行實際，采用了新型預絞式防振錘，來抑制微風振動。經(jīng)現(xiàn)場試驗表明，預絞式防振錘不僅能有效抑制微風振動，而且安裝方便，不易滑移，極大地減小了后期維護的工作量。

5 結束語

電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行最重要，預絞式防振錘以其先進的技術水平，獨特的無放電外型設計，錘體無空隙，消除了水及冰的沉積；錘頭間對稱斜度設計，能產(chǎn)生多個共振頻率，有效吸收不同頻率的振動，降低導線疲勞損壞；采用全開口設計，無磁滯及渦流損耗，節(jié)能效果顯著；在施工中采用預絞絲安裝，無需安裝工具，提高工作效率，確保施工安全，避免人為因素影響，徹底解決了長期以來防振錘的滑移問題，工程應用效果顯著。

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