導(dǎo)線和避雷線的振動(dòng)和防振

【摘要】隨著我國(guó)生產(chǎn)力的不斷提高，電力行業(yè)得以迅速發(fā)展，為滿足輸送電能的需要，近年來(lái)，架空輸電線路大量興建。架空輸電線路中的導(dǎo)線和避雷線因常年受氣候的影響，時(shí)常發(fā)生振動(dòng)，嚴(yán)重威脅輸電線路的安全運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】導(dǎo)線；避雷線；振動(dòng)；防振

一、導(dǎo)線和避雷線振動(dòng)的類型和特點(diǎn)

1.微風(fēng)振動(dòng)

微風(fēng)振動(dòng)是在風(fēng)速為0.6—1.0m/s的均勻微風(fēng)垂直吹向?qū)Ь€時(shí)，在導(dǎo)線背風(fēng)面形成穩(wěn)定的渦流。由于周期性禍流升力分量的作用，使導(dǎo)線發(fā)生振動(dòng)。

2.次擋距振蕩

次擋距振蕩是指發(fā)生在分列導(dǎo)線相鄰兩間隔棒之間的擋距中的一種振蕩。由于該振動(dòng)的頻率很低，故一般稱為“振蕩”。次擋距振蕩在線路中較少出現(xiàn)，通常在風(fēng)速為5一15m/s的風(fēng)力作用下，由于迎風(fēng)導(dǎo)線產(chǎn)生的紊流，影響到背風(fēng)導(dǎo)線而產(chǎn)生氣流的擾動(dòng)，破壞了導(dǎo)線的平衡而形成振蕩。它的表現(xiàn)形式，常常是各子導(dǎo)線不同期的擺動(dòng)、周現(xiàn)性的分開(kāi)和聚攏，導(dǎo)線在空間的運(yùn)動(dòng)期跡呈現(xiàn)橢圓形狀。次擋距振蕩的振幅與次擋距長(zhǎng)度、風(fēng)速大小和分裂導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，一般次擋距振蕩的振幅相當(dāng)于導(dǎo)線直徑到0.5m，頻率為1—3Hz，一個(gè)次擋距中可出現(xiàn)一個(gè)或數(shù)個(gè)半波。容易產(chǎn)生次擋距振蕩的條件如下。

（1）分裂導(dǎo)線的間距與導(dǎo)線直徑比值

要求導(dǎo)線間距與導(dǎo)線直徑比值在15—18之間。若該比值小于10時(shí)，便可能產(chǎn)生嚴(yán)重的次擋距振蕩。我國(guó)500kv超高壓線路，采用的分裂導(dǎo)線為IGJ一300、JGJ一400型。JGJ一300型直徑為25.2mm，子導(dǎo)線間距離應(yīng)在378—453.6mm之間。JGJ一400型直徑為27.68mm，子導(dǎo)線間距離應(yīng)在415.2—459.8mm之間。加大子導(dǎo)線間距離的優(yōu)點(diǎn)是減小尾流效應(yīng)。

（2）線路的地理?xiàng)l件

次擋距振蕩與線路的地理?xiàng)l件有關(guān)，最嚴(yán)重的次擋距振蕩總是發(fā)生在開(kāi)闊地帶。

（3）次檔距大小

當(dāng)次擋距較大時(shí)，容易產(chǎn)生次擋距振蕩。次擋距振蕩是分裂導(dǎo)線一種特定的主要振動(dòng)，其危害和微風(fēng)振動(dòng)相同?？赡茉斐蓪?dǎo)線、間隔棒、絕緣子和金具等損傷。

二、影響振動(dòng)的因素

影響振動(dòng)的因素主要有：風(fēng)速、風(fēng)向、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)。因?yàn)橐环矫鎸?dǎo)線振動(dòng)的產(chǎn)生和維持需要一定的能量（克服空氣阻力、導(dǎo)線股線間的摩擦力等所需的最小能量），而這些能量需由氣流旋渦對(duì)導(dǎo)線的沖擊能量轉(zhuǎn)化而來(lái)。一般產(chǎn)生導(dǎo)線振動(dòng)的最小風(fēng)速可取0.5一0.8m/s，風(fēng)速再小就不會(huì)發(fā)生振動(dòng)。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(duì)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)。影響風(fēng)速均勻性的因素有風(fēng)速的大小、導(dǎo)線懸掛高度、擋距、風(fēng)向和地貌等。當(dāng)風(fēng)速較大時(shí)，由于和地面摩擦加劇，使地面以上一定高度范圍內(nèi)的風(fēng)速均勻性遭到破壞。如果擋距增大，則為保證導(dǎo)線對(duì)地距離，導(dǎo)線懸掛點(diǎn)必然增高。離地面越高，風(fēng)速受地貌的影響越小，均勻性越好。所以必須適當(dāng)選擇引起導(dǎo)線振動(dòng)的風(fēng)速范圍，防振設(shè)計(jì)中一般取表1所列數(shù)值。

根據(jù)在平原開(kāi)闊地區(qū)的觀察結(jié)果表明，當(dāng)風(fēng)向和線路方向成45°一90°夾角時(shí)，導(dǎo)線產(chǎn)生穩(wěn)定振動(dòng)；在30°一45°時(shí)，振動(dòng)的穩(wěn)定性較??；夾角小于20°時(shí)，則很少出現(xiàn)振動(dòng)。

2.導(dǎo)線的直徑和擋距的影響。振動(dòng)波的波長(zhǎng)和導(dǎo)線直徑有關(guān)；另一方面在振動(dòng)過(guò)程中，擋距入中振動(dòng)波的半波數(shù)n為整數(shù)，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(cè)證實(shí)：擋距小于100m時(shí)，很少見(jiàn)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(cè)到較強(qiáng)烈的振動(dòng)。

綜上所述，一般開(kāi)闊地區(qū)易產(chǎn)生平穩(wěn)、均勻的氣流，因而，凡輸電線路通過(guò)平原、沼地、漫崗、橫跨河流和平坦的風(fēng)道，認(rèn)為是易振區(qū)；且線路走向和全年主導(dǎo)風(fēng)向垂直或夾角大于45°時(shí)，有較強(qiáng)的振動(dòng)。

3.應(yīng)力對(duì)振動(dòng)的影響。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(duì)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)。另一方面，導(dǎo)線長(zhǎng)期受振動(dòng)的脈動(dòng)力，相當(dāng)于一個(gè)動(dòng)態(tài)應(yīng)力疊加在導(dǎo)線的靜態(tài)應(yīng)力上，而導(dǎo)線的最大允許應(yīng)力是一定的。因此可見(jiàn)，靜態(tài)應(yīng)力越大，振動(dòng)越厲害，動(dòng)態(tài)應(yīng)力越大，對(duì)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(duì)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。

為此，在線路設(shè)計(jì)考慮防振問(wèn)題時(shí)，選擇一個(gè)導(dǎo)線長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中運(yùn)行時(shí)間最多，最有代表性的氣象條件，即年平均氣溫氣象條件，并規(guī)定這個(gè)氣象條件下導(dǎo)線實(shí)際應(yīng)力不得超過(guò)某一規(guī)定值，即年平均運(yùn)行應(yīng)力。

三、防振

1.消除導(dǎo)線振動(dòng)對(duì)線路的危害

（1）提高設(shè)備的耐振性能。因?yàn)閷?dǎo)線振動(dòng)對(duì)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：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?gòu)澢鷳?yīng)力及擠壓應(yīng)力和磨損，同時(shí)也能對(duì)導(dǎo)線振動(dòng)起一定阻尼作用。鋼；露鋁續(xù)線常用的護(hù)線條型式有錐形護(hù)線條和預(yù)絞絲護(hù)線條。打背線是用一段與導(dǎo)線材料相同的線材同導(dǎo)線一起安裝于線夾中，并在其兩端與導(dǎo)線扎在一起。

（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。

（3）在技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件許可的條件下，盡可能降低導(dǎo)線的靜態(tài)應(yīng)力。

3.阻尼線的安裝

阻尼線是一種消振性能很好的防振裝置，它采用一段撓性較好的鋼絲繩或與導(dǎo)線同型號(hào)的絞線，平行地敷設(shè)在導(dǎo)線下面，并在適當(dāng)?shù)奈恢糜胾形夾子或綁扎方法與導(dǎo)線固定，沿導(dǎo)線在線夾兩側(cè)形成遞減型垂直花邊波浪線，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(lái)的能量產(chǎn)生分流，振動(dòng)波在折射（并有少量反射）過(guò)程中能量被消耗，并有部分通過(guò)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。

參考文獻(xiàn)

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