摘要：随着电力工业的迅速发展和架空输电线路的大量兴建，线路的安全运行变得愈加重要。在架空输电线路中，导线是输电线路电功率的载体，是保证电力系统安全运行的重要组成部分。导线长期处于野外露天之下，受到自然条件(风、雨、冰雪、雷电等)和其他外界条件的影响，容易发生各种事故。其中，由于导线微风振动引发的事故最多。因此，研究导线的微风振动，并找出相应的防振措施已引起国内外科技工作者的普遍重视。
关键词：防振锤；螺纹防松；输电线
引言：本文针对输电线路防振锤走位缺陷多发，防振效果显著降低，危及导、地线的使用寿命，严重的后果会导致断线，引发大面积停电事故的问题。研发一种易装的防振锤防松装置，有效的降低防振锤走位缺陷率，大大缩短线路停电时间，提高客户满意度。
1、防振锤的简述
1.1防振锤概述
可供输电线路采用的消振装置类型很多，目前在我国的架空输电线路中，广泛采用防振锤来控制微风振动。防振锤是一种专门为了防止微风振动而在导线上设计的种零件。简单说来防振锤是由一段短的钢绞线在其两端各装一个重锤中间有挂在导线上的夹板当导线振动时防振锤的钢绞线两端也不断上下弯曲，消耗导线振动传递来的能量，从而降低了导线的振幅。要使防振锤更有效地耗散掉输入输电线路的风能就需要考虑防振锤的数量以及合适的安装位置。
1.2防振锤的安装个数
如果过多的安装防振锤实质上就是改变振动产生的危险弯曲应变位置，从悬挂点线夹处转移到防振锤的安装点处故在防振锤的线夹处常发生疲劳断股事故。20世纪70年代初，国内外科研、运行部门发现当防振锤集中安装在档距端部超过两个以上时，其吸收振动能量并不与安装数量倍增。当输入风能很大时，仅在档距端部集中地消耗能量，不一定能使档中振动降至安全水平。因而不少国家已制订了新的防振规定。[1]
2、机械中的防松装置
螺纹防松方法有四种。第一种是摩擦防松，主要依靠增加摩擦力；第二种是机械防松，主要是用销、垫片、钢丝将螺母卡死；第三种是铆冲防松，主要是将螺纹副铆死和焊死。第四种是结构防松，即唐氏螺纹防松。前三种方法是传统防松方法，第四种是新型防松方法，目前还不为大多数人了解。第三种方式的使用范围十分有限，很多场合无法使用。第二种方式的主要问题是其防松方式没有预紧力，即当螺栓松退到防松位置时，防松方式才能发生效果。因此，这种方式实际上不是防松，而是防脱落。说明螺栓的松比紧要容易。以上的这三种防松方式，其根本一点是依靠第三者力防松，第三者力有多大，防松效果有多好。其效果无非是通过增加摩擦力直至焊死。能不能不依靠第三者而突破传统螺纹防松方式呢？唐氏螺纹防松方式给出了答案，这就是第四种防松方式，即结构防松方式。唐氏螺纹是中国人在机械基础件上的一大发明，更是螺纹领域自螺纹发明以来的最重大发明。唐氏螺纹同时具有左旋和右旋螺纹的特点。它既可以和左旋螺纹配合，又可以和右旋螺纹配合。联接时使用两种不同旋向的螺母。工作支承面上的螺母称为紧固螺母，非支承面上的螺母称为锁紧螺母。使用时先将紧固螺母预紧，再将锁紧螺母预紧。在振动、冲击的情况下，紧固螺母会发生松动的趋势，但是，由于紧固螺母的松退方向是锁紧螺母的拧紧方向，锁紧螺母的拧紧恰恰阻止了紧固螺母的松退，导致紧固螺母无法松动。唐氏螺纹紧固件利用螺纹自身矛盾，以松动制约松动，起到以毒攻毒的效果。它的发明标志着紧固件领域中的振松问题得到突破性的进展。
3、项目立项背景
输电线路的导、地线上装设的防振锤在运行一段时间以后，一部分会向档距中间滑移，防振效果显著降低，危及导、地线的使用寿命，严重的后果会导致断线，引发大面积停电事故。
经统计，防振锤移位约占所有缺陷的60%，恢复其位置成为线路检修工作中较常见的任务，也是线路停电的主要原因之一，湛江出现此现象的情况尤为突出。现通过研究防振锤移位的原因，提出可行方案从而降低防振锤移位的缺陷率。
目前防振锤主要通过螺栓紧固在导线上，在高空环境下长期风吹摆动，使得螺栓慢慢松动，造成防振锤的移位。
4、主要技术内容
解决防振锤移位问题可以从采用实现螺栓防松或其他紧固方式入手。
螺栓防松方面，国内主要采用三种方式：
（1）摩擦防松（2）永久防松（3）机械防松
但是：1.摩擦防松未能做到确保不松动；2.永久防松不利于电路检修和维护；3.机械防松的螺栓紧固的方位受限，导致螺栓未能拧紧到额定紧固力矩或者超过紧固力矩。
由此，目前主流的螺栓防松技术都无法适用于防振锤上一般螺栓型防震锤容易滑移失效，缺陷率高，停电维护工作量较大。非螺栓型防震锤没有握紧导线，挂钩内存在振动磨损导线风险，且难以被发现。
为解决防振锤螺栓松动引起的移位问题，本项目拟设计一种易装防振锤防松装置，在不更换现有连接螺栓的情况下，加装一种机械式防松装置，实现防振锤螺栓的永不松动。现以用在横截面面积为240mm2的导线为例，针对现有问题，设计了一种全新的机械防松螺栓，在满足足够抵抗螺栓松动的作用力的同时，解决了螺栓紧固的方位受限的传统问题。
技术关键及创新点：
装置能给连接螺栓提供足够的抵抗松动的力矩；能在螺母恰好拧紧至额定力矩后的任意方向实现锁紧，在现有成熟防震锤的基础上增加了防松动滑移功能，始终保持良好握紧导线的状态，避免夹持部位磨损导线；采用棘齿的防松方式，防震锤螺栓在拧紧至任何方位时自动锁紧，永不松动，夹持部件能始终握紧导线，避免握紧不够引起的导线磨损。
5、经济社会效益
在当前电力供应可靠性日益提高、负荷趋于紧张的形势下，实施输电线路设备状态检修，缩短输电线路停电时间的作业方法是及时处理电网缺陷的好办法。采用新技术防振锤防松装置，大幅度减少输电线路的缺陷率，尤其是需要停电维修的缺陷率，不仅减少了维修费用，导、地线的使用寿命也得到延长，从而降低因防振锤失效导致的断线引发大面积停电风险，进一步推进输电线路免（微）维护、降低运维成本、打造更坚强输电网的工作。
6、推广应用情况
该新型防松防振锤已在湛江供电局220kV岛宝丙线、110kV伏英线、110kV闻曲甲线、110kV闻乌线、110kV城北线等线路应用，防松成效良好，可推广至全省35kV及以上架空输电线路应用。
7、项目阶段成果
目前防振锤主要通过螺栓紧固在导线上，在高空环境下长期风吹摆动，使得螺栓慢慢松动，造成防振锤的移位。解决防振锤移位问题可以从采用实现螺栓防松或其他紧固方式入手。螺栓防松方面，国内主要采用三种方式：（1）摩擦防松（2）永久防松（3）机械防松。但是：1.摩擦防松未能做到确保不松动；2.永久防松不利于电路检修和维护；3.机械防松的螺栓紧固的方位受限，导致螺栓未能拧紧到额定紧固力矩或者超过紧固力矩。由此，目前主流的螺栓防松技术都无法适用于防振锤上。
一般螺栓型防震锤容易滑移失效，缺陷率高，停电维护工作量较大。非螺栓型防震锤没有握紧导线，挂钩内存在振动磨损导线风险，且难以被发现。
为解决防振锤螺栓松动引起的移位问题，本项目拟设计一种易装防振锤防松装置，在不更换现有连接螺栓的情况下，加装一种机械式防松装置，实现防振锤螺栓的永不松动。
现以用在横截面面积为240mm2的导线为例，针对现有问题，设计了一种全新的机械防松螺栓，在满足足够抵抗螺栓松动的作用力的同时，解决了螺栓紧固的方位受限的传统问题。
图1：易装防松装置 图2：成品展示
8、技术创新点
1、在现有成熟防震锤的基础上增加了防松动滑移功能；
2、始终保持良好握紧导线的状态，避免夹持部位磨损导线；
3、采用棘齿的防松方式，防震锤螺栓在拧紧至任何方位时自动锁紧，永不松动；
4、夹持部件能始终握紧导线，避免握紧不够引起的导线磨损。
9、项目成效
已于2018年9月10日向专利局申请实用新型专利。专利局初审及流程管理部门已受理发明专利申请一项；“一种防振锤”，申请号201811052095.6。新型易装防振锤在湛江供电局输电管理所中进行试用，防松成效良好。
10、防松防振锤应用前景
防松防振锤应用前景广阔，防松防振锤2018-1019年计划结合停电检修线路消缺，逐步安装覆盖湛江地区，计划2019-2020年推广至茂名及阳江等地区应用。
11、结语
在输电线路中安装防振锤时，要依据档距的长短，确定合适的防振锤数量以及计算防振锤的最佳位置。这样安装的防振锤，才能更有效的防止微风振动造成的输电线断股。
图3：现场安装图片
参考文献
[1]输电线路防振锤的安装[J].高玉竹,杨立秋,李海花.装备制造技术.2007(12)
[2]特高压架空输电线微风振动有限元分析[J].孔德怡,李黎,龙晓鸿,梁政平.振动与冲击.2007(08)
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[4]结构振动中的阻尼问题研究评述[J].唐谢兴,何益斌.山西建筑.2005(09)
[5]输电线路导线的振动和防振[J].王藏柱,杨晓红.电力情报.2002 (01)
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[7]关于拟牛顿法求解等式约束优化问题的超线性收敛条件[J].杨炳武.徐州师范大学学报(自然科学版).1999(02)
[8]防振锤非线性参数识别[J].李效韩,李邦宜,徐乃管.中国电机工程学报.1996(02)
[9]防振锤的动力响应及能量消耗[J].樊社新.电力建设.1996(01)
论文作者:谢如琨1,陶祥海2,杨德奖3,高天舒4,赵志刚5,
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/15
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