輸配電流體防振裝置的研制

李 婷，李 博，韓翔宇，李建國

(1.內(nèi)蒙古電力(集團)有限責任公司 烏蘭察布市豐鎮(zhèn)供電分公司，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000；2.內(nèi)蒙古電力(集團)有限責任公司 阿拉善供電公司，內(nèi)蒙古 阿拉善 750306；3.內(nèi)蒙古電力(集團)有限責任公司 烏蘭察布市察哈爾右翼前旗供電分公司，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000；4.內(nèi)蒙古電力(集團)有限責任公司 內(nèi)蒙古超高壓供電公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010080)

架空輸配電線路架設于野外，常年受到風力作用，其導、地線發(fā)生振動，使導、地線的正常運行受到一定的傷害，長期可使導線產(chǎn)生金屬疲勞，年久發(fā)生斷股現(xiàn)象，甚至發(fā)生斷線事件。防振錘及護線條等措施可有效阻止部分風振，吸取導、地線振動能量，減少導、地線振動程度。

在實際輸配電線路運行中，雖然防振錘、護線條等措施起到一定的作用，但導、地線的疲勞仍然得不到有效解決。

1 輸配電線路導、地線振動的產(chǎn)生原因及后果

1.1 輸配電線路導、地線振動的產(chǎn)生原因

如圖1所示，輸配電線路架設的檔距內(nèi)，導、地線受到垂直于線路方向的風力作用，且風力在1級～3級時，風速一般為0.5 m/s～10 m/s的均勻風速，通常頻率為5 Hz～100 Hz；振型為正弦頻波，振動概率很大。在導、地線的迎風面產(chǎn)生上下風阻，風力到其背面時匯集形成按一定頻率上下交替的穩(wěn)定渦流，引起導、地線周期性振動波，在導線與線夾接口處形成波節(jié)點，無論任何波長或頻率，都是架空線夾出口處振動最嚴重。

振動與輸配電線路所處的地形及檔距大小與微風角度有很大關聯(lián)，大檔距跨越河流、高山等振動較劇烈。主要由于水面開闊、平坦，微風通過時不受阻擋，能保持層流狀態(tài)。

圖1 導、地線風振原理

1.2 導、地線振動造成的后果

導、地線振動嚴重影響著整條架空輸配電線路的安全運行，甚至還可能導致電力輸送中斷。微風振動的實例主要危害是斷股及金具、桿塔構件的損壞。

微風振動具有一定的隱蔽性，高跨塔架設所產(chǎn)生的振動，通常肉眼看不到它的振動現(xiàn)象，但經(jīng)過儀器監(jiān)測會發(fā)現(xiàn)振動所產(chǎn)生的能量，長期積累后有很大的危害。

2 輸配電線路防振措施及其弊端

2.1 輸配電線路防振措施

輸配電線路防振要考慮諸多因素，除選擇安裝技術上可靠、經(jīng)濟上合理的消振裝置外，還應考慮利用線路上的各組成部件本身的特性或選用適宜的設計參數(shù)，達到減弱或消除微風振動的目的。

2.1.1 分裂導線上安裝間隔棒。220 kV及以上輸電線路通常為多分裂導線，在其導線上安裝間隔棒后，構成一種防振體系，子導線的分裂間距使子導線的直徑增大，可以減輕或消除尾流對振動的影響，還能有效防止子導線發(fā)生鞭擊現(xiàn)象。四分裂導線間隔棒如圖2所示。

圖2 四分裂導線間隔棒

2.1.2 加裝防振錘。如圖3實物與示意圖所示，當導、地線振動時，防振錘隨著導、地線同時振動，由于重錘的慣性，使防振錘兩端的高強度鋼絞絲不斷上下彎曲，鋼絞線股之間摩擦，從而消耗振動能量。當振動頻率在6 Hz～50 Hz范圍內(nèi)，消振效果較好。

圖3 輸配電線路防振錘

2.1.3 護線條或阻尼線。護線條是由與導線或地線相同的材料制成的，形狀為中間粗兩頭細。在懸掛點使用專用的護線條，當導、地線發(fā)生振動時，可以防止在懸垂線夾出口處發(fā)生劇烈的波折，減少導線的振動。阻尼線為同型號的導、地線，長度由同檔距內(nèi)的弧垂決定。裝于導線的阻尼線，有一定的防振作用。

2.2 措施存在的弊端分析

上述幾種防振措施，間隔棒、防振錘、護線條及阻尼線，在輸配電線路起到了一定的防振作用。但其結(jié)構為了保證其安全性均采用了硬式連接，從而在防振意義上不是特別完善。其中：①間隔棒距掛點通常情況下為45 m以上，所以掛點周圍的振動，還需要依靠防振錘、護線條、阻尼線來實現(xiàn)防振。②防振錘制作時兩端重錘之間依靠鋼絞線，為了保證安全，不易掉落，鋼絞線截面積較大，弱性較差，吸收振動能量相對較弱。③護線條通常與導、地線牢牢扭矩在一起，其實增大了導、地線面積，容易由振動變?yōu)槲鑴?。④阻尼線多數(shù)應用在大檔距高跨塔中，例如黃河高跨塔，與線夾配合使用，在實際應用中，線夾導致導線斷股現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，所以在一般輸配電線路中使用較少。

3 新型防振裝置研制

綜上所述，防振措施為了保證防振金具的安全可靠，均采用了硬質(zhì)連接，達到的效果并不完善。

筆者采用了封閉的罐裝結(jié)構，內(nèi)部鑲嵌了彈簧與鋼珠，在液體中不停地消除振動能量，達到更高一層的防振效果。

在實驗中采用了亞克力透明材料，觀察振動能量的消耗程度，有時液體會濺起水花，平常情況下液體振動時為波紋狀，證明吸收了振動能量，效果良好。

3.1 裝置組成及結(jié)構

如圖4所示，此裝置分別由線夾、復合閥門、消振罐、消振彈簧、鋼珠、防凍液組成。

3.1.1 線夾。線夾采用握爪式或預絞式線夾均可，筆者建議使用預絞式線夾，這樣既不損傷導線，握抓力又好；如若使用普通握爪式線夾，在導線或地線上纏繞鋁包帶或阻尼材料，例如橡膠套管等，有利于握緊力與吸收振動能量。

3.1.2 消振罐。消振罐為筒體結(jié)構，立式安裝，因其導、地線受順線路方向垂直風載，振動力為上下形式，故立式結(jié)構能更多地吸收振動能量。

3.1.3 復合閥門。為保證消振罐內(nèi)氣壓平衡，在箱體上端部分設計空氣閥和蒸氣閥，例如汽車油箱蓋，因兩種閥門設計為一體，故又稱復合閥門。復合閥門蓋在四季過度中保證了箱體內(nèi)的正常壓力，從而保證裝置長期使用。

注：①導線；②鋁包帶；③線夾；④復合閥門；⑤消振罐；⑥消振彈簧；⑦鋼珠；⑧防凍液。

3.1.4 消振彈簧。消振彈簧安置在消振罐體內(nèi)，當消振罐接收到振動能量時，彈簧隨之由振動逐步變成顫動，能夠吸收部分振動能量。

3.1.5 鋼珠。由于鋼珠受彈簧帶動，振動變?yōu)轭潉?，鋼珠的顫動能量最終由防凍液體吸收。

3.1.6 防凍液。當鋼珠顫動時，因鋼珠有2/3的部分浸入液體，帶動液體表面產(chǎn)生波紋，從而吸收振動。

3.2 裝置組成部件的選用標準

3.2.1 防凍液選擇。在北方地區(qū)，液體應使用無水式無機防凍液，規(guī)格冰點為-50℃為宜。

3.2.2 復合閥門選擇與作用。復合閥門按汽車油箱蓋設計標準進行，因其空氣閥門與蒸氣閥合為一體，這樣保證了裝置不會自爆的現(xiàn)象，若液體不足1/3時，可攜蓋補充，平常液體為1/3或略高為宜，保證鋼珠2/3浸入液體內(nèi)。

3.2.3 彈簧選擇。彈簧選擇彈性較強，但在上下顫動時，鋼珠碰不到底部為宜。

3.2.4 罐體選擇。罐體為不銹鋼材質(zhì)，保證厚度的同時，外部刷白漆，保證夏季鋼體過熱，內(nèi)部氣壓增高，液體降低。

3.3 裝置工作原理

此新型防振裝置安裝位置仍按輸配電線路設計位置進行，安裝時線夾處纏有鋁包帶或橡膠材料，或采用預絞絲方式。當導線或地線受微風振動時，導線或地線上下振動，傳遞至裝置時，彈簧接收，隨之鋼珠由振動變?yōu)轭潉?，最終傳遞至液體內(nèi)，液體發(fā)生波動，從而消減了振動波；若振動較為強烈時，本身液體滯后與導線振動，反饋后的振動能量與導線抵消，起到了防振作用。

4 結(jié)束語

此新型防振裝置在實驗場內(nèi)，使用了亞克力材料進行觀察，當振動頻率達到一定程度時，液體波動很大，時有濺起水花，充分證明了裝置吸收了振動能量。而液體對頻率較大的振動，本身有阻尼作用，且滯后于導、地線振動，即使能量反饋至罐體，也會與導線振動能量抵消，值得推廣。