淺談大埔電廠送出線路的防振措施試驗(yàn)及應(yīng)用

許德志

摘 要：輸電線路的微風(fēng)振動(dòng)引起的導(dǎo)地線疲勞斷股已成為線路安全運(yùn)行的重要隱患，該文分析當(dāng)前線路常用防振措施的原理，以大埔電廠送出線路工程為例，通過(guò)多種防振形式組合的試驗(yàn)研究，優(yōu)選出符合工程實(shí)際需求的防振方案并給予應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：輸電線路 防振試驗(yàn) 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM726 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）01（c）-0042-03

輸電線路的微風(fēng)振動(dòng)引起的導(dǎo)地線疲勞斷股是威脅線路安全運(yùn)行的重要因素之一，線路的微風(fēng)振動(dòng)是強(qiáng)烈且持續(xù)不斷的，若不安裝有效的防振裝置，導(dǎo)地線將很可能因振動(dòng)過(guò)大發(fā)生疲勞斷股，若停電換線則會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為此采用合適的線路防振措施具有重大意義。

1 工程概況

該次研究對(duì)象為大埔電廠送出線路工程中N3-N4線段，兩邊為雙回路自立式角鋼鐵塔，導(dǎo)線采用的是2×JL/G1A-630/45型鋼芯鋁絞線，地線采用48芯OPGW復(fù)合光纜，檔距為1 027 m。

由于輸電線路微風(fēng)振動(dòng)的非線性，目前尚不能完全通過(guò)理論計(jì)算確定防振裝置，因此，該文通過(guò)線路的微風(fēng)振動(dòng)模擬試驗(yàn)優(yōu)選出理想的防振方案。

為了有效保護(hù)線路的安全運(yùn)行，必須針對(duì)線路的防振要求，優(yōu)選出一個(gè)令人滿意的防振方案供工程使用。確保防振方案同時(shí)滿足：（1）防振方案必須有很好消耗能量的特性，并且在需要保護(hù)的微風(fēng)振動(dòng)整個(gè)頻域內(nèi)，能將線夾出口的動(dòng)彎應(yīng)變均控制在安全范圍以內(nèi)；（2）防振方案設(shè)計(jì)合理，防振方案從檔中側(cè)到檔端側(cè)順序消耗高頻、中頻、低頻的振動(dòng)能量，各防振元件均發(fā)揮其消振作用，線夾出口的動(dòng)彎應(yīng)變水平比較接近；（3）線夾處應(yīng)受到特別保護(hù)；（4）方案簡(jiǎn)單，施工運(yùn)行維護(hù)方便。

2 防振措施及防振裝置介紹

輸電線微風(fēng)振動(dòng)國(guó)內(nèi)外常用的防振裝置主要有兩種：一種是防振錘，另一種是阻尼線或阻尼線與防振錘聯(lián)合設(shè)置。阻尼線以它的頻率范圍寬，頻響曲線峰值不太尖銳等特點(diǎn)正越來(lái)越多地用于大跨越，而且阻尼線具有取材方便，制造安裝簡(jiǎn)單、型式多樣等優(yōu)點(diǎn)。

架空輸電線路的防振措施一般從兩方面著手：一是在架空線上加裝防振裝置，用來(lái)吸收或減弱振動(dòng)的能量，以達(dá)到防振的目的。如采用防振錘、阻尼線；二是加強(qiáng)導(dǎo)線的耐振能力，改善導(dǎo)線的耐振性能，如護(hù)線條。

目前我國(guó)有很多防振錘，常見的有F型和FR型，其基本原理是一樣的。當(dāng)發(fā)生微風(fēng)振動(dòng)時(shí)，防振錘的線夾隨著輸電線路一起振動(dòng)，并將振動(dòng)能量傳遞給錘頭，使其振動(dòng)。同時(shí)錘頭的振動(dòng)使導(dǎo)線發(fā)生彎曲變形，導(dǎo)線的各股線之間產(chǎn)生摩擦。防振錘把導(dǎo)線振動(dòng)的機(jī)械能一部分轉(zhuǎn)移為錘頭的振動(dòng)機(jī)械能；另一部分轉(zhuǎn)化為摩擦熱能，從而抑制了輸電線路的振動(dòng)。為此可通過(guò)設(shè)計(jì)不同的防振錘個(gè)數(shù)研究線路的防振方案。

阻尼線和防振錘聯(lián)合防振裝置是由數(shù)個(gè)不同長(zhǎng)度的阻尼線和防振錘組成。不同長(zhǎng)度的阻尼線花邊的諧振頻率不同，即消耗振動(dòng)能量的頻率區(qū)域不同。只要使阻尼線花邊的振動(dòng)頻率盡可能覆蓋導(dǎo)線整個(gè)風(fēng)振頻率，在防振錘和阻尼線花邊的共同作用下，將導(dǎo)線在各頻段的振動(dòng)強(qiáng)度降低，起到有效的防振作用。由于防振錘置于鐵塔側(cè)的阻尼線內(nèi)，從而避免了防振錘長(zhǎng)期處于大振幅狀態(tài)而引起疲勞損壞，防振錘在整個(gè)防振裝置中起低頻補(bǔ)償作用，對(duì)防振錘本身的性能要求不是很高，因此該種防振裝置性能穩(wěn)定，可以長(zhǎng)期運(yùn)行，在我國(guó)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

3 防振試驗(yàn)理論

防振試驗(yàn)的基本原理是能量平衡原理，即導(dǎo)線吸收的風(fēng)能與自身及防振設(shè)施消耗的能量相等，如下所示：

（1）

其中為風(fēng)能；為導(dǎo)線自身消耗的能量；為防振裝置消耗的能量；為間隔棒消耗的能量，對(duì)單導(dǎo)線、無(wú)間隔棒的分裂導(dǎo)線和地線該項(xiàng)為零。

4 試驗(yàn)裝置

參考國(guó)內(nèi)外已有試驗(yàn)，設(shè)計(jì)了輸電線微風(fēng)振動(dòng)的室內(nèi)模擬試驗(yàn)。整個(gè)試驗(yàn)主要由懸掛固定系統(tǒng)、張拉系統(tǒng)、激勵(lì)系統(tǒng)和測(cè)試與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。如圖1所示。

5 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)主要包括：（1）自阻尼測(cè)試試驗(yàn)；（2）防振錘消振試驗(yàn)；c阻尼線消振試驗(yàn)；（3）防振錘加阻尼線消振試驗(yàn)。

在懸垂線夾出口處線股上貼兩片應(yīng)變片測(cè)量導(dǎo)線的動(dòng)彎應(yīng)變；利用動(dòng)彎應(yīng)變的變化情況校對(duì)衡量導(dǎo)線的振動(dòng)強(qiáng)度，以評(píng)價(jià)防振錘、阻尼線、防振錘加阻尼線防振方案的防振效果。

阻尼線加防振錘聯(lián)合防振裝置主要由阻尼線花邊和防振錘組成。根據(jù)不同長(zhǎng)度阻尼線花邊的諧振頻率的不同，選擇不同長(zhǎng)度的阻尼線花邊組合安裝，使它們保護(hù)的頻率范圍覆蓋整個(gè)風(fēng)振頻率，防振錘安裝于檔端側(cè)的大阻尼線花邊的中點(diǎn)上。這樣防振錘的夾頭振幅較小，可以避免防振錘的振動(dòng)疲勞，同時(shí)對(duì)防振方案又起到低頻補(bǔ)償作用。

根據(jù)線路工程的參數(shù)及自阻尼特性、阻尼線及防振錘特性，設(shè)計(jì)了工程的防振裝置，如表1所示。

6 試驗(yàn)情況及結(jié)果分析

6.1 線路自阻尼特性測(cè)試

根據(jù)自阻尼測(cè)量的方法測(cè)試單導(dǎo)線的激振力、激振速率、波腹雙振幅等數(shù)據(jù)。采用自阻尼擬合的方法，選擇合理的數(shù)據(jù)點(diǎn)根據(jù)功率迫振法在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上繪制各頻率下Pc與相對(duì)振幅Y/D關(guān)系的一組曲線，建立導(dǎo)線自阻尼解析式。

6.2 防振錘測(cè)試

根據(jù)防振錘設(shè)計(jì)的原理，計(jì)算防振錘的安裝位置，分別設(shè)計(jì)了安裝1個(gè)防振錘、等距安裝2個(gè)防振錘、不等距安裝2個(gè)防振錘、等距安裝3個(gè)防振錘的設(shè)計(jì)思想，分析對(duì)比線夾出口處動(dòng)彎應(yīng)變的大小值選出單獨(dú)采用防振錘進(jìn)行防振的優(yōu)選方案。通過(guò)四組防振方案的對(duì)比，由共振頻率下的防振效率可以得出等距安裝3個(gè)防振錘的防振方案相對(duì)來(lái)講防振效果最顯著，為單獨(dú)采用防振錘進(jìn)行防振的優(yōu)選方案。

6.3 阻尼線測(cè)試

根據(jù)阻尼線長(zhǎng)度安裝的要求，分別設(shè)計(jì)了安裝4 m、3 m、2 m阻尼線；5 m、4 m、3 m阻尼線；5 m、3 m、2 m阻尼線進(jìn)行防振的試驗(yàn)方案（為了施工安裝方便采用與導(dǎo)線同型號(hào)的導(dǎo)線為阻尼線），對(duì)比分析線夾出口處動(dòng)彎應(yīng)變的大小值選出單獨(dú)采用阻尼線進(jìn)行防振的優(yōu)選方案。通過(guò)對(duì)三組防振方案的對(duì)比，主要考慮共振頻率的防振效率，可以得出5 m，4 m，3 m阻尼線防振方案防振效果最顯著，為優(yōu)選方案。

6.4 阻尼線加防振錘測(cè)試

根據(jù)阻尼線和防振錘防振的特點(diǎn)，以及本導(dǎo)線采用防振錘和阻尼線防振的優(yōu)缺點(diǎn)，分別設(shè)計(jì)了安裝4 m、3 m、2 m阻尼線和1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)防振錘防振的方案，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整安裝位置，找到最優(yōu)的防振方案。通過(guò)對(duì)以上防振方案的對(duì)比，主要考慮共振頻率的防振效率，可以得出4 m，3 m，2 m阻尼線+3個(gè)防振錘的防振方案防振效果最顯著，為優(yōu)選方案。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)大埔電廠送出線路跨越段的各防振方案試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比可以得出：防振錘方案的防振效果隨防振錘個(gè)數(shù)的增加而明顯，等距安裝3個(gè)防振錘的防振效果最好，為優(yōu)選方案；阻尼線方案對(duì)低頻的防振效果總體上滿足隨花邊長(zhǎng)度的增大而明顯，高頻的防振效果差別不大，5 m，4 m，3 m阻尼線防振方案效果最好，為優(yōu)選方案；阻尼線加防振錘的防振效果總體良好，4 m，3 m，2 m阻尼線+3個(gè)防振錘方案為優(yōu)選方案。

通過(guò)對(duì)三組優(yōu)選方案的進(jìn)一步對(duì)比可以得出，4 m，3 m，2 m阻尼線+3個(gè)防振錘方案對(duì)無(wú)防振的共振頻率減振效果較其他兩組方案優(yōu)，在其他頻率處的減振效果也較其他兩組好。故最終采用4 m，3 m，2 m阻尼線+3個(gè)防振錘方案作為最優(yōu)方案。

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