試論防振金具在架空導(dǎo)線中的應(yīng)用

曹強(qiáng)

【摘 要】文章闡述防振金具（包括司托克布里奇防震錘、預(yù)交式護(hù)線條、分裂導(dǎo)線扭式防震錘、雙扭型防震錘、防振環(huán)、4R防震錘、4D防震錘、PVC防振鞭、間隔棒和花邊阻尼等）的外形、性能、安裝數(shù)量和安裝距離。

【關(guān)鍵詞】微風(fēng)振動(dòng)；防震錘；阻尼間隔棒

在架空導(dǎo)線上安裝防振金具，可以抑制、減弱微風(fēng)引起的導(dǎo)線振動(dòng)，使之降到允許限度之內(nèi)。早在1925年以前，E.Bate就發(fā)明了貝特阻尼線；1925年，G.H.Stockbridge在吸收貝特阻尼線功能的基礎(chǔ)上，發(fā)明了司托克布里奇防震錘；1948年，日本發(fā)明了雙扭型防震錘；1960年發(fā)明了分裂導(dǎo)線扭式防震錘；1966年發(fā)明了防振環(huán)；1968年，Salvi發(fā)明了4R防震錘；Hero Finland發(fā)明了4D防振錘；如今，PVC防振鞭、間隔棒、花邊阻尼等已廣泛應(yīng)用在線路上。

1.防振金具

1.1預(yù)絞式護(hù)線條

選用具有較強(qiáng)防腐性能的金屬絲，預(yù)絞成螺旋形狀，緊纏在導(dǎo)線的外層，以提高導(dǎo)線的剛度，達(dá)到導(dǎo)線防振的目的。預(yù)絞式護(hù)線條以若干根單絲為一組，每根的端頭都加工成半球狀，以避免產(chǎn)生電暈。由于預(yù)絞式護(hù)線條具有安裝方便，防振功能（可減少振動(dòng)應(yīng)力約20%）可靠，所以一直受到用戶歡迎。但它的防振性能遠(yuǎn)不及防振錘有效。

1.2防振錘

防振錘如果選用正確，一般可使架空導(dǎo)線的振動(dòng)應(yīng)力減少90%以上。因此，防振錘選擇應(yīng)考慮：⑴風(fēng)速、風(fēng)能、氣溫和地貌；⑵導(dǎo)線的自阻尼性能；⑶振動(dòng)水平與應(yīng)變的關(guān)系；⑷功率的平衡?，F(xiàn)就國(guó)內(nèi)外工程中幾種常見(jiàn)的防振錘型式作以簡(jiǎn)單介紹。

1.2.1斯托克防振錘

斯托克布里奇在吸取貝特阻尼線功能的基礎(chǔ)上，于1925年在美國(guó)愛(ài)迪生公司發(fā)明了世界上第一只防振錘。后來(lái)，按照這個(gè)原理設(shè)計(jì)的防振錘，統(tǒng)稱為斯托克布里奇防振錘。斯托克布里奇防振錘的兩端對(duì)稱布置有圓筒形重錘，它利用兩端錘頭回轉(zhuǎn)和擺動(dòng)時(shí)支持鋼絞線的股間互相滑移產(chǎn)生的摩擦阻尼力消耗振動(dòng)能量。為了防止筒內(nèi)積水銹蝕鋼絞線，在圓筒下方設(shè)有孔徑大于6mm淌水孔。由于斯托克布里奇防振錘的錘頭對(duì)稱布置，因此，它具有2個(gè)固有諧振頻率，在這2個(gè)諧振頻率以外的振動(dòng)頻率，則防振功率不足。

1.2.2 4R防振錘

意大利Salvi公司在吸取斯托克布里奇防振錘有點(diǎn)的基礎(chǔ)上，于1968年研制出4R型防振錘。

4R防振錘的特點(diǎn)：兩端錘頭的重量不等，至線夾的距離也不相等，這樣就獲得了4個(gè)諧振頻率。錘頭一般選用鑄鐵制作，為適應(yīng)特殊導(dǎo)線需要，意大利Salvi公司還生產(chǎn)了鋅合金錘頭。而我國(guó)結(jié)合國(guó)內(nèi)的實(shí)際生產(chǎn)狀況，吸取了上述特點(diǎn)，試制出FR系列防振錘。

1.2.3雙扭防振錘

日本在斯托克布里奇防振錘的基礎(chǔ)上，于1948年開(kāi)發(fā)出雙扭防振錘，英國(guó)鄧美遜公司制造出狗骨頭型防振錘。

狗骨頭型防振錘是將錘頭制成偏心茄子形狀，互相對(duì)著安裝在線夾兩端的鋼絞線上，利用其變形和股線間摩擦消耗能量。錘頭與線夾成60°而產(chǎn)生預(yù)扭矩。該種防振錘具有較多的共振頻率和較寬的頻帶。

為了適用分裂導(dǎo)線的安裝，確保線夾上的螺栓位于分裂導(dǎo)線的內(nèi)側(cè)，日本還設(shè)計(jì)出螺栓朝向相反的Ⅰ和Ⅱ型雙扭防振錘。

1.3防振環(huán)

日本于1966年開(kāi)發(fā)出防振環(huán)。它是由2根彎曲成型的圓鋼壓接而成，偏心安裝在鋼絞線上使之產(chǎn)生扭力。由于防振環(huán)較輕，保護(hù)導(dǎo)線的振動(dòng)范圍較小，實(shí)用前景并不看好。

1.4防振鞭

防振鞭特別適用于光纖導(dǎo)線，如ADSS和OPGW。當(dāng)然，也適用于電壓低于132KV的線路和外徑小于19mm的小截面導(dǎo)線。它是由高強(qiáng)度PVC預(yù)制成不等徑螺旋狀結(jié)構(gòu)。

1.5分裂導(dǎo)線扭式防振錘

扭式防振錘是專為分裂導(dǎo)線開(kāi)發(fā)的。在鋼絞線中間安裝一個(gè)偏心重錘，利用重錘在鋼絞線上產(chǎn)生的扭矩來(lái)消耗能量。

1.6花邊阻尼

花邊阻尼多用于大跨越防振上。阻尼線一般采用與纜線同型號(hào)的導(dǎo)線，用多個(gè)線夾將該線做成花邊狀，安裝在大跨越導(dǎo)線下側(cè)。

花邊阻尼的機(jī)理相當(dāng)于多個(gè)防振錘組合，是用不同長(zhǎng)度的花邊產(chǎn)生不同頻率的阻尼，逐步將檔內(nèi)傳到線夾附近的振動(dòng)波和所帶的能量消耗掉。防振錘的減振性能主要取決于頻率覆蓋面和吸收能量的效率?；ㄟ呑枘岬臏p振性能主要靠花邊的正確布置?；ㄟ叺牟贾眯螤钣懈倪M(jìn)型貝特阻尼線、交叉形阻尼線和圣誕樹(shù)型阻尼線等。

1.7阻尼間隔棒

間隔棒的主要作用是限制導(dǎo)線間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和抑制檔距中導(dǎo)線的振蕩。1974年國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議對(duì)間隔棒的防振能力作了專門討論，一致認(rèn)為：二分裂導(dǎo)線安裝有間隔棒比沒(méi)有安裝間隔棒的振動(dòng)振幅要減少50%；三（四）分裂的要減少87%～90%。

2.防振錘的減振作用

防振錘的作用就是利用自身消耗的能量使導(dǎo)線的振幅降低到可以接受的程度。根據(jù)早期架空線路試驗(yàn)得知：如果物重超過(guò)半波導(dǎo)線的重量，在該處將形成新的節(jié)點(diǎn)，實(shí)際上就是將線夾出口的疲勞危險(xiǎn)點(diǎn)移至該點(diǎn)。防振錘減振的機(jī)理就是運(yùn)用了該試驗(yàn)的結(jié)果，所以防振錘的重量應(yīng)相當(dāng)于0.5～0.75波長(zhǎng)的導(dǎo)線重量。

防振錘的特性不僅與剛吊纜的彈性模量、直徑有關(guān)，還與錘頭的重量有關(guān)。為了有效的減少振幅，應(yīng)按照不同導(dǎo)線的規(guī)格，選用不同型號(hào)的防振錘。目前比較常用的確定防振錘重量W的公式：

W=0.3036d-1.361

式中d—導(dǎo)線外徑，mm。

3.防振錘的安裝數(shù)量及距離

利用能量平衡法選擇防振錘是一種常用的方法。首選根據(jù)風(fēng)的輸入能量和導(dǎo)線所吸收的能量求出平衡振幅，并對(duì)振幅進(jìn)行比較，如平衡振幅大于允許振幅，則必須安裝防振錘；然后再根據(jù)安裝防振錘后所吸收的能量與風(fēng)輸入能量計(jì)算出平衡振幅。如果平衡振幅小于允許振幅，則證明防振錘選擇合宜。反之，則要重新選擇防振錘的重量并進(jìn)行核算。

防振錘型式的選擇，安裝數(shù)量及距離的確定，國(guó)內(nèi)通常由設(shè)計(jì)單位給出。而國(guó)外，通常由制造廠家提供防振錘安裝數(shù)量及距離。意大利Salvi公司為方便架線施工，還專門印制了一本防振錘的計(jì)算和安裝導(dǎo)則。

3.1防振錘安裝數(shù)量及距離

我國(guó)防振錘安裝數(shù)量與導(dǎo)線直徑、檔距有關(guān)，當(dāng)導(dǎo)線直徑≤12mm時(shí)，檔距≤300m裝1只；300～600m裝2只；600～900m裝3只。當(dāng)導(dǎo)線直徑大于12mm小于22mm時(shí)，檔距≤350m裝1只；350～700m裝2只；700～1000m裝3只。當(dāng)導(dǎo)線直徑大于22mm小于37.1mm時(shí)，檔距≤450m裝1只；450～800m裝2只；800～1200m裝3只。

3.2防振鞭的安裝數(shù)量

鄧美遜公司推薦的SVD0441，0635，0830，1173，1432型防振鞭，其適用導(dǎo)線外徑范圍分別為4.42～6.34，6.35～8.29，8.30～11.72，11.73～14.32，14.33～19.30mm；當(dāng)檔距≤244m安裝1只；244～487m安裝2只；488～732m安裝3只。

3.3間隔棒安裝距離及數(shù)量

間隔棒安裝距離一般依據(jù)電磁力和次檔距振蕩計(jì)算出間隔棒的最大安裝距離（取小值）；根據(jù)間隔棒線夾握著力、扭轉(zhuǎn)復(fù)原特性計(jì)算出間隔棒的最小安裝距離（取小值）。

根據(jù)觀測(cè)：雙分裂導(dǎo)線水平布置時(shí)，次檔距振蕩多數(shù)是水平向橢圓形振動(dòng)；四分裂導(dǎo)線時(shí)，次檔距振蕩多數(shù)是垂直向橢圓形振動(dòng)。

國(guó)外對(duì)間隔棒安裝距離的研究，主要是以次檔距振蕩為對(duì)象。對(duì)于次檔距振蕩，則廣泛選用具有較好阻尼特性的間隔棒。為防止相鄰次檔距振蕩周期一致（有一處發(fā)生振蕩，就會(huì)激起全部次檔距振蕩）的現(xiàn)象出現(xiàn)，間隔棒的安裝距離應(yīng)當(dāng)采用不等距的方法。