超高壓輸電線路防舞動裝置的研究與應(yīng)用

牟晨

摘 要：舞動是一種對輸電線路危害極大的自然災(zāi)害，主要是因空氣動力不穩(wěn)所導(dǎo)致。舞動容易導(dǎo)致導(dǎo)線鞭擊及電弧燒傷或斷線、斷股現(xiàn)象，易導(dǎo)致金具嚴重磨損、斷裂、脫落，或絕緣子鋼腳斷裂、桿塔傾倒以及線路跳閘等多種現(xiàn)象的發(fā)生，從而造成大面積的停電現(xiàn)象，給社會生產(chǎn)和人們的生活造成難以估量的損失。為此，采用彈簧振子阻尼結(jié)構(gòu)研制了防舞動裝置。

關(guān)鍵詞：超高壓；輸電線路；防舞動裝置；彈簧振子

中圖分類號：TM752 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.11.126

文章編號：2095-6835（2016）11-0126-02

作為舞動發(fā)生最頻繁的國家之一，我國的舞動帶南起湖南，北抵吉林，且舞動涉及各個電壓等級的輸電線路。之所以如此分布，是因為在每年冬、春兩季（即每年的11月、12月和次年的1月、2月、3月），我國西北南下的氣流與東南北上的氣流在東北部和中部相匯，由此形成凍雨或雨凇。再加上這兩個季節(jié)的強風天氣，從而造成導(dǎo)線覆冰。在我國，傳統(tǒng)的強舞動區(qū)域以遼寧、湖北和河南三省為主。

1.2 應(yīng)用分析

在實際應(yīng)用中，阻尼總是存在的。阻尼雙自由度系統(tǒng)受迫振動機理分析同上。通過選擇適當?shù)臏p振器質(zhì)量和阻尼，可以進一步降低系統(tǒng)固有頻率上的共振幅值。

2 防舞動間隔棒結(jié)構(gòu)說明

2.1 采用彈簧防凍液阻尼系統(tǒng)消除舞動

設(shè)計產(chǎn)品與導(dǎo)線連接的部件采用現(xiàn)有普通分裂導(dǎo)線間隔棒，另設(shè)計防舞動部件——防舞器。防舞器采用彈簧-振子-阻尼結(jié)構(gòu)。導(dǎo)線舞動時，間隔棒運動，帶動彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的質(zhì)量振子運動，吸收舞動能量。彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的動能再通過彈簧和質(zhì)量振子與防凍液摩擦轉(zhuǎn)換為熱能，消耗舞動能量，從而達到消除舞動的目的。

2.2 防凍液的選擇

防凍液選擇汽車常用的乙二醇防凍冷卻液。乙二醇沸點高，揮發(fā)性小，黏度適中，且隨溫度變化小，熱穩(wěn)定性好。通過調(diào)整配比，保證乙二醇在-40～60 ℃的溫度下保持液態(tài)，避免彈簧的性能因阻尼液低溫凝結(jié)而降低乃至失效。防凍液添加成分為防腐蝕添加劑，也可保護彈簧-振子系統(tǒng)。

3 產(chǎn)品設(shè)計

設(shè)計產(chǎn)品主要部件為常規(guī)四分裂間隔棒和防舞器。防舞動間隔棒與導(dǎo)線連接部分采用常規(guī)四分裂間隔棒。四分裂間隔棒迎風面線夾換裝旋轉(zhuǎn)型線夾。旋轉(zhuǎn)型線夾可在迎風面子導(dǎo)線覆冰時隨覆冰子導(dǎo)線旋轉(zhuǎn)，從而改變子導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)固有頻率，降低導(dǎo)線束起舞的可能性。防舞器起吸收能量和阻尼耗能的作用。

3.1 相關(guān)資料和統(tǒng)計數(shù)據(jù)

導(dǎo)線舞動頻率多在3階及以上。設(shè)計產(chǎn)品為抑制導(dǎo)線3～5階固有頻率的舞動。導(dǎo)線的三階固有頻率和固有角頻率為f3=3×f1=0.363 Hz，ω3=3×ω1=2.283 rad/s。

3.2 彈簧-振子阻尼系統(tǒng)

3.2.1 質(zhì)量

按設(shè)計要求，本項目研制的防舞器的質(zhì)量參照同等線路條件下適用的雙擺防舞器的擺錘質(zhì)量。

每個擋距安裝11套雙擺防舞器。本產(chǎn)品數(shù)量也為11套。設(shè)計產(chǎn)品的防舞器（部件）質(zhì)量要求接近18 kg。

3.2.2 防舞器安裝角度

導(dǎo)線舞動的軌跡一般為一接近垂直的橢圓。本產(chǎn)品的防舞器要求與水平面、順線方向垂直面、切線方向垂直面均呈45°。此時，防舞器與各方向的夾角均為54.74°。

3.2.3 彈簧-振子參數(shù)設(shè)計計算

彈簧-振子系統(tǒng)安裝于不銹鋼筒內(nèi)，筒內(nèi)注滿防凍液。防凍液起阻尼作用。

不銹鋼筒直徑的選擇需保證足夠彈簧-振子安裝。直徑過大會導(dǎo)致整個防舞器質(zhì)量超過18 kg。經(jīng)多方面考慮，選取不銹鋼筒直徑為φ60 mm。

振子質(zhì)量取4.5 kg。振子與不銹鋼筒內(nèi)壁間留有0.5 mm的間隙，以保證阻尼作用的有效發(fā)揮，同時起定位作用。定位處裝有橡膠套，避免有微風時，振子與鋼筒高頻率的撞擊而產(chǎn)生噪聲。

彈簧有效工作圈的總剛度k=583 N/m。

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（7），可得ωSM=11.392 rad/s。

該值為彈簧-振子系統(tǒng)順彈簧軸向的固有振動頻率。本項目研制的防舞器與水平、順線、垂直各向均呈54.74°。因此，彈簧-振子系統(tǒng)振動時，在垂直方向的振動頻率ωc=ωSM×cos54.74°=6.576 rad/s=8.64ω1.

此處計算未考慮彈簧-振子阻尼系統(tǒng)的阻尼作用?？赏ㄟ^阻尼進一步降低ωSM 值。防舞器總質(zhì)量為16.15 kg。

4 總結(jié)

新型防舞動間隔棒是從吸能、耗能角度出發(fā)研制的。防舞器部分質(zhì)量參照同規(guī)格導(dǎo)線適用的雙擺質(zhì)量，因此還能起到壓重防舞作用。新型防舞動間隔棒的線夾夾頭可更換為旋轉(zhuǎn)夾頭，以增加防止迎風面子導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)誘發(fā)舞動的功能。同時，在水平方向、順線方向和垂直方向發(fā)生導(dǎo)線擺動或舞動時，均可發(fā)揮吸能和阻尼作用。

參考文獻

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[2]孫渭清，王鋼，楊雪峰，等.防舞動動力減振器的研制[J].電力金具，2012，33（2）.

〔編輯：劉曉芳〕