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摘要：针对班组管辖的架空输电线路运行中出现的防振锤移位的现象，开展架空输电线路导、地线防振的探讨。通过对防振锤移位数量的统计及归纳振动的类型，分析防振锤频繁移位的原因，针对不同原因导致的防振锤移位采取不同的措施，通过对不同防振措施的探讨，为架空输电线路的运行提供经验。
关键词：运行现状；振动类型；振动因素；防振措施
前言
电力系统的安全运行为我国经济建设提供了重要保障。输电线路是电力系统中的重要设备，担任着输送电能的重要作用，同时架空输电线路一般处在自然环境中，裸露的导线由于受到风、雪、雷电等外界条件的影响，常常造成导线断股、金具损坏、线间短路等事故，严重地威胁着输电线路的安全运行。而输电线路在运行过程中产生的振动也是威胁架空线路安全运行的因素，必须加以重视。本文主要通过分析导线和避雷线振动的类型和特点，引起振动的原因和影响因素，根据不同的振动类型采取不同的措施，从而降低振动对架空线路的影响。
1、运行现状分析
目前班组管辖的线路有72条，导线、地线防振锤移位情况时有发生，但我们发现，沿佛山一环高速附近是防振锤移位的重灾区。我们统计了2012年至2017年班组的防振锤移位情况，如表1所示。其中，220kV顺世甲线、顺世乙线、顺都甲线、顺都乙线、110kV世锦线、世西线的杆塔大部分沿佛山一环分布，而以上线路防振锤移位的次数占班组防振锤移位次数的58%。因此我们有必要对这一现象进行分析，找出原因，减少此类缺陷发生。
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表1、线路五班2013至2018年防振锤移位统计
2、导线振动的类型
风引起输电线路振动可分为微风振动、湍流振动、次档距振荡、短路振荡、横向碰击、舞动。
2.1、微风振动
微风振动是在风速为0.5～10m/s的均匀微风垂直吹向导线时，在导线背风面形成稳定的涡流。由于周期性涡流升力分量的作用，使导线发生振动。微风振动发生的地区最普遍，发生的次数最频繁和振动持续时间最长，也是危及架空线路安全运行最为普遍的一种振动形式。
2.2、湍流振动
导线在强风作用下发生的振动。曾经观察到在10m/s风速时，测出的振动频率只有20Hz左右，振幅与微风振动相差甚微。
2.3、次档距振荡
次档距振荡是指发生在分裂导线相邻两间隔棒之间的档距中的一种振荡。由于该振动的频率很低，一般称为“振荡”。次档距振荡在线路中较少出现，通常在风速为0.5～10m/s的风力作用下，由于迎风导线产生的紊流，影响到背风导线而产生气流的扰动，破坏了导线的平衡而形成的振荡。
2.4、短路振荡
短路振荡仅发生在分裂导线的线路上，短路时短路电流产生的电磁吸引力，使同相分裂的子导线间相互吸引，使每个次档距内都会产生一个半波长的碰击振荡。
2.5横向碰击
横向碰击是由于周期性风速的变化，作用在导线的某一段伤，所形成的来回摆动。摆动的幅度可达数米，在一个档距内可发生一个半波长的基本波，其持续时间可达数小时。横向碰击易发生在山谷或水坝口等风力集中的地方，但极少发生。
2.6舞动
当风速为5～15m/s左右的的风力作用在非对称外形的导线上，最通常的情况是作用在覆冰厚度不对称的导线上时，由于风力作用角度的变化，而产生脉动风力，破坏了导线的静力平衡，而形成大幅度的舞动。
3、振动的起因
架空输电线路的导线、避雷线受到稳定的微风作用时，便在导线、避雷线背后形成以一定频率上下替变化的气流漩涡，示，从而使导线受到一个上下交变的脉冲力作用。当气流漩涡的交替变化频率与导线的固有自振频率相等时，导线在垂直平面内产生共振即引起导线振动。导线振动的波形为驻波，即波节不变，波腹上下交替变化，而且一年中导线振动的时间常达全年时间的30%～50%。无论导线以什么频率振动，线夹出口处总是一波节点，所以，导线振动使导线在线夹出口处反复拗折，引起材料疲劳。最后导致断股、断线事故，对线路的正常安全运行危害较大。
4、影响振动的因素
影响振动的因素主要有风速、风向、档距、悬点高度、导线应力以及地形地物等。
4.1、风的影响。
引起振动的基本因素是均匀稳定的微风。因为一方面导线振动的产生和维持需要一定的能量，而这些能量需要有气流漩涡对导线的冲击能量转化而来。一般产生导线振动的最小风速可取0.5～0.8m/s，风速再小就不会发生振动。另一方面，维持导线的持续振动，则其振动频率必须相对稳定，也即要求风速应具有一定的均匀性，如果风速不规则地大幅度变化，则导线不可能形成持续的振动，甚至不发生振动。影响风速均匀性的因素有风速的大小、导线的悬挂高度、档距、风向和地貌等。当风速较大时由于和地面摩擦加剧，使地面以上一定高度范围内的风速均匀性遭到破坏。如果档距增大，则为保障导线对地距离，导线悬挂点必然增高。离地面越高，风速受地貌的影响越小，均匀性越好。所以必须适当选择引起导线振动的风速范围，如表2所示。
表2、引起导线振动的风速范围
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根据在平原开阔地区的观察结果表明，当风向和线路方向成45°～90°夹角时，导线产生稳定振动；在30°～45°时，振动的稳定性较小；夹角小于20°时，则很少出现振动。
佛山一环高速沿线地面开阔，如图3所示，少有高大建筑等障碍物，且输电线路普遍杆塔较高，杆塔呼称高相比其他线路也高，而离地面越高，风速受地貌的影响越小，均匀性越好，引起振动的风速范围就更大，也就是更容易引起振动。
4.2、导线的直径和档距的影响。
由波长的计算公式可知，振动的波长和导线直径和档距关系表达式为×400v。即当风速和导线应力不变时n∝ 由此可知，档距越大，导线直径越小，档中形成完整半波数的机会越多，也就是导线产生共振的机会越多，导线振动程度也越严重。实际观测证实，档距小于100m时，很少见到振动，档距在120m时，导线振动就多了一些。在跨越河流、山谷等高杆塔大档距的地方，可以观测到较强烈的振动。综上所述，一般开阔地区易产生平稳、均匀的气流，因而，凡输电线路通过平原、横跨河流和平坦的风道，认为是易振区，且线路走向和全年主导风向垂直或夹角大于45°时，有较强的振动。佛山一环旁的输电线路由于杆塔较高，档距也较大，档距普遍在300米左右，但却没有才有线径更大的导线，所以也更容易造成导线振动。
4.3、应力对振动的影响。
导线的应力是影响导线振动烈度的关键因素，且对导线振动的频带宽度有直接影响。静态应力越大，振动的频带宽度越宽，越容易产生振动。另一方面，导线长期受振动的脉冲力，相当于一个动态应力叠加在导线的静态应力上，而导线的最大允许应力是一定的。由此可见，静态应力越大，振动越厉害，动态应力越大，对线路的危害越严重。而且，随着静态应力的增大，导线本身对振动的阻尼作用显著降低，更加重了振动的烈度，更易使导线材料疲劳，引起断股断线事故。佛山一环旁的输电线路由于跨跨越高速公路、国道、通航河流等，为了确保满足导线对跨越物距离的要求，年平均运行应力偏大，所以振动的频带宽度也就越宽，越易产生振动。
5、导线的防振措施。
根据引起导线振动的原因及其影响因素和导线振动破坏机理，考虑防振措施可从以下两方面着手。
5.1、设法防止和减弱振动。
5.1.1设法从根本上消除引起导线振动的条件。如线路路径避开易振区；降低导线的静态应力等。高速公路沿线和河流附近一般比较开阔，在选择路径是要尽量避开这些地方。
5.1.2设法利用线路设备本身对导线振动的阻尼作用，以减小振动。如采用柔性横担、偏心导线、防振线夹等。
5.1.3在导线上加装防振装置以吸收或减弱振动能量，消除导线振动对线路的危害目前我国广泛采用的防振装置是防振锤和阻尼线。我们班组的线路大部分采用的司托克防振锤，如图4所示，如FD型。但运行中经常会出现夹板螺丝松动而移位的情况。而预绞式防振锤（如图5所示）可有效避免夹板螺丝松动的情况，目前班组已在220kV顺吉甲、乙线上使用该种防振锤，查找近两年来的缺陷记录，未发现有移位情况。
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图4 司托克防振锤
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图5 预绞式防振锤
5.2提高设备的耐振性能。因为导线振动对线路危害主要是引起线夹出口处导线断股断线，所以提高耐振性能的措施主要有以下两点。
5.2.1、在线夹处导线加装护线条或打背线，以增加线夹出口附近导线的刚性，减少弯曲应力及挤压应力和磨损，同时也能对导线振动起一定阻尼作用。
5.2.2改善线夹的耐振性能，如要求线夹转动灵活，从而线夹随着导线的上下振动能灵活转动，减小导线在线夹出口处的弯曲应力等。
结束语
架空输电线路的导线、避雷线在户外运行过程中受自然环境的影响很大。我们有必要通过对引起导线、避雷线振动的原因进行分析，并积极采取各种措施，对容易导致导线、避雷线断股、断线及金具磨损等引起的故障尽量避免。针对高速公路、河流附近架空输电线路防振锤频繁移位的现象，我们要从线路设计、施工、运行等多方面采取措施，尽量避开上述路段，减小线路档距，采用预绞式防振锤，采用阻尼型导线等措施来解决。同时我们要加强和重视对架空线路防振装置的运行维护、检修消缺。定期对大跨越、跨河区段等重点区段的导线、避雷线进行振动检测，及早防护，以保证输电线路的正常运行，减少事故的发生。
参考文献
[1]刘增良，杨泽江.输配电线路设计.中国水利水电出版社.
[2]张殿生.电力工程高压送电线路设计手册.中国电力出版社.
[3]容国杰，李臣忠.4D系列防振锤的历史与发展[J].电力建设.
论文作者:温占业
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/25
标签：导线论文; 线路论文; 风速论文; 应力论文; 避雷线论文; 佛山论文; 杆塔论文; 《建筑学研究前沿》2018年第36期论文;