摘要：在架空输电线路实际运行过程中，很多方面因素均会影响其正常运行，其中比较重要的一个方面就是输电线路微风振动。因此，在架空输电线路实际运行过程中，为能够使其安全性及有效性得到较好保证，对微风振动进行分析研究十分重要。本文针对微风振动产生的原因进行了分析,并提出了输电线路的防振措施。
关键词：输电线路；微风振动；防振设计；电网安全
在输电线路实际运行过程中，微风振动属于比较常见的一种现象，这种情况的发生，不但会影响输电线路实际运行，而且会产生较大危害，例如会引起架空线疲劳断线、金具磨损和杆塔部件破坏等，必须采取防振措施。因而，相关工作人员应当对微风振动问题加强注意，为降低输电线路运行过程中的振动,保证输电线路的安全稳定运行,分析了导线微风振动的原理及影响其振动的主要因素，并对于输电线路进行防振改进。
1、微风振动形成机理
微风振动是架空线在微风作用下产生的高频低幅的垂向振动，是指一种发生在架空导线、地线及光缆的涡流回流现象。该现象形成的基本原理是稳定的层流风垂直吹过圆柱形物体时，对物体表面产生的影响，使得物体背风侧产生气流旋涡和交替的冲击力，从而形成正谐周期性运动，一般来说，微风是指 1～3 级风，通常在0.5～10m/s范围内，当出现微风振动时，将会产生卡尔曼和同步效应，其中前者是风作用于导线后，在导线背后产生的旋涡，而后者是在卡尔曼效应基础之上，导线振动频率、旋涡频率保持在某一频率后形成的现象。
2、影响微风振动的主要因素
微风振动是一个十分复杂的问题，产生微风振动的主要原因是风的作用，影响微风振动的因素主要有：
（1）风速和风向的影响。风作用于架空线上，输入一定的风能，使其发生振动。输入的能量与风速平方成正比。一般来说，风速较小时，输入的能量不足以克服线路系统的运动阻力，使得线路振动风速具有一下限值，一般取 0.5 m/s。当风速较大时，其不均匀性增加到一定程度时，由于卡门漩涡的稳定性受到破坏，致使架空线的振动减弱甚至停止，因此架空线振动风速有一上限值，一般取5 m/s ，大跨越和高塔可取7～10m/s。如针对某线路在“百里风区”的300基杆塔发生断股40余处，而两侧的 500基杆塔发生了 260余处，发生几率在6倍左右。
此外，风向也会引发微风振动现象。当风向与架空线夹角在 45°～90°之间时，较易引发振动。而在 30°～45°之前时，引发振动时间较短，在 20°以内基本不会发生振动。
（2）地形地物的影响。当线路通过开阔平原时，其地面粗糙度较小，不会对空气气流产生过多干扰，使得架空线能够维持稳定的振动。反之，地形起伏错综崎岖，或有高低建筑，树林等，会在很大程度上增加地面粗糙度，进而破坏了气流均匀性。因而架空线不易振动，而且振动强度降低。
（3）架空线结构和材料的影响。
1）架空线截面形状和表面状况的影响。现有架空线路多为圆形截面柱体，气流在其背面形成卡门旋涡，引起振动。若架空线的表面采用非圆形截面，因这种结构破坏了卡门漩涡的稳定频率，其振动频率较为轻微，但这种结构不适用于实际工程使用。而光滑型的导线，其直径与截面的比值较小，虽能减少风荷载和减少覆冰及舞动，但微风振动的幅值及延续时间则变得严重。
2）架空线股丝、股数和直径的影响。架空线的股数多和层数多的，有较高的自阻尼作用，能消耗更多的能量，使之不易振动或降低振动强度，因此选用多股多层的架空线有利于防振。另一方面，在同样截面下，股数越多，股线直径必然越小，对于同一允许振动应力值，小股线直径可以允许较大的弯曲幅值。一般认为，在相同振幅下，直径小的，风能输入的相对功率要大些。统计资料也表明，架空线的直径越小，疲劳断股的比例越高。因此，架空线的直径越小，越需要防振。
3）架空线材料的影响。通常架空线材料的疲劳极限并不按其破坏强度的增大成比例的增大，二者的比例反而随破坏强度的提高而下降，因而在工程中用相同的平均运行应力安全系数，从振动看并不具有同等的安全性。另外，架空线所用材料的重量较小，其振动越严重。这是由于风速相同，输入的两个相同直径的圆柱体的能量相同，或者说两圆柱体产生相同的上扬力，质量小的获得的加速度大，振幅必然大。从振动频率来看，其他因素相同时，单位长度质量大的架空线的振动频率要低一些。
4）分裂导线和间隔棒的影响。分裂导线因自身结构特点，改变了周围的气流，使振动降低，间隔棒的阻尼效果，增大了对导线振动能量的消耗。
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（4）档距长度及悬挂高度
风对架空线路产生的能量及档距成正比关系，即档距越大，风能输入能量越大。同时档距长度增加，架空线悬挂高度也随之增高，振动风速范围上限也相应提高，从而影响振动风速范围。由于这些原因，架空线振动几率、频率及持续时间都因档距增大而增大。
（5）悬挂体系的影响。在档距端部，架空线通过绝缘子串与杆塔横担相连，这些部件的阻尼对架空线振动的强度有很大影响。架空线振动时，绝缘子各个元件间产生相对位移和摩擦，横担产生变形，消耗掉了一部分能量，减轻了振动的危害。运行实践表明，酒杯塔的边横担和中横担相比，前者的架空线振动强度小，断股数少。
（6）架空线张力的影响。张力越大，频率也就越高，单位时间振动次数增多了，如果以耐振次数衡量架空线疲劳极限，则其疲劳寿命短了，这是对线路长期运行是不利的。
3、防振技术方案
结合上述架空输电线路微风振动产生的因素， 防范微风振动的设计可以从以下几个方面入手：
3.1防振技术
对于防振技术来说，在路径选择时，应避免线路方向与风向夹角较大的位置，加大对风向的观察力度，将夹角控制在 20°以内。同时，在微风振动较为严重的区域，应尽量缩小档距、且避免使用高塔。根据线路架设地区具体情况，选择符合该区域的线路，合理协调耐振次数与线路疲劳极限之间的关系，从而最大限度上延长线路运行寿命。针对大跨越档距的设计，架空输电线路一般会跨越江河、湖泊及海峡，因此导线选型及杆塔的设计，要充分考虑各方面的特殊性，根据实际情况进行针对性设计，如采用阻尼线、防振锤等进行联合防振设计，将各类防振工具有机整合到一起，以此来提升防振效果。阻尼线并非一般工厂能够制造的产品，而是根据线路设计条件及特点进行一项安装制造设计，对于微风防振效果更佳。
3.2安装在线监测设备
现代技术不断发展为架空输电线路微风振动监测提供了极大的支持。在线监测设备是由监测仪、气象观测等构成，能够将采集的数据通过无线传感器传输到控制中心，进行数字化处理和分析后预测线路可能受到的危害，并为维护人员提供依据，采取相应的防振措施，从而避免线路微风振动现象的产生。在具体安装过程中，为了最大限度上提高设备运行有效性，实现对振动现象的监测，应结合振动发生机理、当地气候、线路等特点进行设计。如将设备安装在以往断股情况较为严重的位置，加强对薄弱环节的监测力度，从而提高线路运行有效性。
3.3防振措施
在整个档距内，无论是架空线路以何种波长和频率振动，都会对两端固定点位置的线路造成的损伤最大。主要原因是线夹位置是一个节点，其角度位移较其他位置更大。另外，线夹转动灵活性较差，基本是一个死点，导致振动产生的大量能耗都停留在此处。因此常用的防振措施是重视对线夹出口位置进行防振，以此来缓解应力。此外，还可以安装护线条，以此来避免和减少振动的危害。由于护线条是采用高强度、弹性好的铝合金制作而成，在实际应用中，能够提高线夹转动灵活性，改善线夹的振动性能。
4、结束语
在架空输电线路实际运行过程中，微风振动已经逐渐成为影响线路正常运行的一项因素，会有较大危害产生。期望广大电力工作者对架空输电线路微风振动引起足够的重视。因此，一定要透彻掌握架空输电线路微风振动的形成机理、影响微风振动的主要因素以及防振技术方案与措施，才可以让关系到国计民生的输电电网更加坚强。
参考文献
[1]马淑玲，裴跃武.架空输电线路微风振动在线监测技术[J].河南科技，2013（18）
[2]周海滨,董明,任重，等.振动频谱法在架空输电线路张力检测中的应用[J].电网与清洁能源，2012(4)：12- 18.
[3]蒲奥.探讨输电线路微风振动数据分析与工程应用[J].低碳世界，2013(12)：43- 45.
[4]侯景鹏,吴兴宏,孙自堂.防振锤 - 输电线体系微风振动的研究与进展[J].合肥工业大学学报(自然科学版)，2011(5)：743- 747.
[5]叶宝文,林海,曹洪强.架空线路导线振动产生的原因及防治方法[J].电子世界，2013(22)：229.
论文作者:郑经纬
论文发表刊物:《电力设备》2018年第11期
论文发表时间:2018/8/6
标签：线路论文; 微风论文; 架空线论文; 导线论文; 风速论文; 频率论文; 杆塔论文; 《电力设备》2018年第11期论文;