论文部分内容阅读
【摘 要】 电力架空输电线路是电网输送与分配电力能源的重要组成部分，电力线路一旦在某一部位发生问题，则会产生连锁反应，影响整个电网系统的运行，所以输电线路的安全、可靠运行是电网持续运行的基本保障，输电电线路的运行和保护是电力设施保护的重点工作之一，本文分析输电线路振动机理，探讨架空输电线路风振事件的原因。
【关键词】 架空线路；防振；探讨
引言：
近年来，我们分析探索架空线路的防振问题对于运行维护单位掌握线路安全运行的各种条件、状态，甚至指导线路建设过程中的防振设计、施工安装及路径、金具等附件的选择都有一定的意义。本文探讨了架空输电线路风振事件的因果关系，并通过几起风振故障的剖析与验证，提出架空输电线路防振的一些对策和措施。
1 导线振动的类型
风引起输电线路振动，就起因来说可分为微风振动、湍流振动、次档距振荡、短路振荡、脱冰跳跃、横向碰击、强风舞动。最常见的要算是微风振动和强风舞动了。微风振动就是在它悬挂的铅垂面上有规律的上下运动。当导线在空气中受到稳定的横线路方向速度的空气对流作用时，在其背面形成周期性的空气涡流。这种涡旋称为“卡门涡旋”。卡门涡旋在导线的背风面处上下交替产生一个上下交替的冲击力（沿垂直方向），当空气动力的冲击频率与导线的自振频率相等时，将引起导线的共振，即导线的振动。这种振动就是通常所说的微风振动。微风振动实质上是一种强迫振动，一般振动的频率决定于风速和导线的直径，其关系表达式为
fF—kvsa，
式中：v——垂直于线路的风速，m/s；
d——导线直径，mm；
k——系数，与雷诺数有关，一般取200。
导线振动波沿导线呈“驻波”分布，波形为正弦波，在振动过程中，同一频率振动波的波节和波幅的位置是固定不变的。导线的振幅决定于导线的张力和导线的弹性。导线在风的交替冲击力下导线谐振的频率，微风振动的特征是频率高、振幅小、持续时问长，人的眼睛不易察觉，其危害主要是导致线股的疲劳破坏和使金具、绝缘子损伤。导线舞动是导线大幅度地上下振动，象悠大绳一样，它是一种自激振动，是一种复杂的垂直、水平和扭转的三维运动。因此，导线舞动的出现带有一定的随机性，既可能在覆冰和覆雪的导线上发生，也可能在一般的线档内发生。一般地讲，在一档内，舞动起始点发生在弧垂较低的部位，而不是在悬挂点较高的部分。导线舞动机理研究认为：当导线受到横向速度的风力作用时，导线将产生一个向上（下）加速度运动，即除了垂直运动外，还使导线受到一个空气动力力矩的作用而产生扭转。当扭转运动的频率与其垂直运动的频率同步时，就会产生导线舞动。导线舞动的频率低，波长较大，振幅也大，若顺线方向观去，舞动时导线上任一点的运动轨迹类似于椭圆。椭圆平面垂直于导线，其长轴对铅垂面略有倾斜。舞动发生的机率远小于微风振动，但前者的危害性却远远大于后者。微风振动发生的最频繁，尤其是在线夹处易使导线断股，产生“相问短路”事故，并对杆塔产生冲击力。不同的风速对导线有不同的影响，通常风速在0.5～7m/s（1～4级）容易引起导线振动断股。导线起振的风速约为0.5m/s，这叫做导线起振的下限风速，此外，还存在一个上限风速；风速在7～25m/s（4～10级）容易发生导线跳跃引起碰线；大风（阵风）时，导线可能发生不同期摆动而导致碰线或对附近物体放电。当风向与导线轴向夹角为45°～90°时，会产生稳定的振动。
引起导线振动的因素很多，它与导线的材料和直径、导线距地面的高度，平均运行应力（静态应力），线路的档距有关，在很大程度上决定于风速、风向以及线路路径的地形、地貌特征。
a）凡存在有利于形成稳定均匀气流的条件时，导线就容易产生振动。
b）地形、地物会影响稳定气流的形成。没有遮蔽物、开阔平坦地区易形成平稳均匀的气流，有促进强烈振动的条件；而有居住地区、高山树林和建筑做屏蔽的地区，其近地面处的均匀风易受到破坏，属于不易起振的地区。
c）导线平均悬挂高度、档距与导线振动的上限风速有关，档距大时，导线悬挂点高度随之增加，风受地面的影响相对要小一些，易形成平稳气流，扩大了产生振动的风速范围，增加了振动时间。档距大时，导线长度增加，悬挂点也必然增高，档内导线振动的半波数目增多，即导线的自振频率增高，易于和风的交替冲击形成谐振，且振动相对延续的时间也较长。
2 架空输电线路防振对策
目前，常规的防导线振动措施有防振锤、阻尼线、护线条。在防止导线舞动方向，国内主要在大跨越高杆塔防舞动上采取了一些措施，如湖北省超高压局采用安装集中防振锤、偏心重锤、失谐摆及双摆防舞动措施，还有东北地区大跨越采用多点固定线夹（组合线夹）等，使舞动受到抑制，但从理论上未得到深入的研究。国外对舞动机理的研究以前苏联、日本、德国、英国、加拿大、美国为先导，尤其是一些覆冰期长和沿海多风的国家，已引起高度重视。概括各国的主要措施有改变导线周围的空气动力阻尼器；减小舞动振幅的一档集中安装两个垂锤（失谐重摆）；限制相间碰撞闪络的绝缘相间间隔棒；集中防振锤法；还有改善导线升力的缠绕胶带层法；改变其空气动力与断面，减小舞动振幅的气流干扰线法等。对山西北部地区而言，采取如下措施已经为实践所检验是可行且有益的。
a）在线路设计时就消除足以引起导线破坏性振动的因素；为防止导线舞动闪络，可以加大导线间的相间距离，尤其是双回路垂直排列、上字型排列的导线，也可将导线垂直排列改为水平排列或缩小杆塔距离，同时，在弧垂较低部位和邻近耐张杆塔的直线杆塔，其垂直档距不宜小于平均档距；降低导线的平均运行应力有阻于减小振动的幅度；在路径选择上尽可能避开易发生振动的自然条件地区，在不可避开而又估计有发生强烈振动的微气象区，尽可能选用水平排列，并对覆冰覆雪的线路在发生振动前进行熔冰，以有效地防振。
b）在金具选择方面，针对风振易发地段，可采用装设和导线线股直径相等的予绞丝或是打背线。其方法原理类似于防线条，另外，使用自阻尼线也是一种行之有效的好方法。
c）在金具安装和使用上，注意改善线夹的耐振性能，要求线夹的转动部分应灵活，减小导线出口处的弯曲。如采用压缩型耐张线夹，改善线夹口处倾角曲率及加固装置，减轻对导线的挤压应力、弯曲应力和导线的磨损。安装防振锤时，注意其位置，由于导线振动时波长是随风和应力的大小而变化的，在振动的风速范围内，波长在最大值和最小值之间来回变化。因此，防振锤安装时应该照顾对最大半波长和最小半波长都能起到一定防振作用，而且，对其它半波长也有起到较好的防振作用。为达到这一目的，防振锤应安装在最大和最小波的第一个半波长内而且还要考虑对最大波有利的条件下装在最小波的波腹后半部为好，并对两种波长的“相角”的正弦绝对值相等的布置。另外，采用阻尼线和防振锤的联合保护方式，可充分利用各自的防振优点：即高频振动主要由阻尼线来防振，低频振动主要由防振锤来防振，最大限度地满足各种振动波出现情况下都能起到最好的防振效果。
3 结束语
总之，防振工作主要是依据导线振动的理论分析和模拟试验的结果加之观测现场积累的工作经验，然后提出、分析、验证各项措施的实效性。通过限制相间碰撞频率、改变导体周围气流、增加对振动线路和阻尼以及干扰振动的进程来实现防振的目的。
【关键词】 架空线路；防振；探讨
引言：
近年来，我们分析探索架空线路的防振问题对于运行维护单位掌握线路安全运行的各种条件、状态，甚至指导线路建设过程中的防振设计、施工安装及路径、金具等附件的选择都有一定的意义。本文探讨了架空输电线路风振事件的因果关系，并通过几起风振故障的剖析与验证，提出架空输电线路防振的一些对策和措施。
1 导线振动的类型
风引起输电线路振动，就起因来说可分为微风振动、湍流振动、次档距振荡、短路振荡、脱冰跳跃、横向碰击、强风舞动。最常见的要算是微风振动和强风舞动了。微风振动就是在它悬挂的铅垂面上有规律的上下运动。当导线在空气中受到稳定的横线路方向速度的空气对流作用时，在其背面形成周期性的空气涡流。这种涡旋称为“卡门涡旋”。卡门涡旋在导线的背风面处上下交替产生一个上下交替的冲击力（沿垂直方向），当空气动力的冲击频率与导线的自振频率相等时，将引起导线的共振，即导线的振动。这种振动就是通常所说的微风振动。微风振动实质上是一种强迫振动，一般振动的频率决定于风速和导线的直径，其关系表达式为
fF—kvsa，
式中：v——垂直于线路的风速，m/s；
d——导线直径，mm；
k——系数，与雷诺数有关，一般取200。
导线振动波沿导线呈“驻波”分布，波形为正弦波，在振动过程中，同一频率振动波的波节和波幅的位置是固定不变的。导线的振幅决定于导线的张力和导线的弹性。导线在风的交替冲击力下导线谐振的频率，微风振动的特征是频率高、振幅小、持续时问长，人的眼睛不易察觉，其危害主要是导致线股的疲劳破坏和使金具、绝缘子损伤。导线舞动是导线大幅度地上下振动，象悠大绳一样，它是一种自激振动，是一种复杂的垂直、水平和扭转的三维运动。因此，导线舞动的出现带有一定的随机性，既可能在覆冰和覆雪的导线上发生，也可能在一般的线档内发生。一般地讲，在一档内，舞动起始点发生在弧垂较低的部位，而不是在悬挂点较高的部分。导线舞动机理研究认为：当导线受到横向速度的风力作用时，导线将产生一个向上（下）加速度运动，即除了垂直运动外，还使导线受到一个空气动力力矩的作用而产生扭转。当扭转运动的频率与其垂直运动的频率同步时，就会产生导线舞动。导线舞动的频率低，波长较大，振幅也大，若顺线方向观去，舞动时导线上任一点的运动轨迹类似于椭圆。椭圆平面垂直于导线，其长轴对铅垂面略有倾斜。舞动发生的机率远小于微风振动，但前者的危害性却远远大于后者。微风振动发生的最频繁，尤其是在线夹处易使导线断股，产生“相问短路”事故，并对杆塔产生冲击力。不同的风速对导线有不同的影响，通常风速在0.5～7m/s（1～4级）容易引起导线振动断股。导线起振的风速约为0.5m/s，这叫做导线起振的下限风速，此外，还存在一个上限风速；风速在7～25m/s（4～10级）容易发生导线跳跃引起碰线；大风（阵风）时，导线可能发生不同期摆动而导致碰线或对附近物体放电。当风向与导线轴向夹角为45°～90°时，会产生稳定的振动。
引起导线振动的因素很多，它与导线的材料和直径、导线距地面的高度，平均运行应力（静态应力），线路的档距有关，在很大程度上决定于风速、风向以及线路路径的地形、地貌特征。
a）凡存在有利于形成稳定均匀气流的条件时，导线就容易产生振动。
b）地形、地物会影响稳定气流的形成。没有遮蔽物、开阔平坦地区易形成平稳均匀的气流，有促进强烈振动的条件；而有居住地区、高山树林和建筑做屏蔽的地区，其近地面处的均匀风易受到破坏，属于不易起振的地区。
c）导线平均悬挂高度、档距与导线振动的上限风速有关，档距大时，导线悬挂点高度随之增加，风受地面的影响相对要小一些，易形成平稳气流，扩大了产生振动的风速范围，增加了振动时间。档距大时，导线长度增加，悬挂点也必然增高，档内导线振动的半波数目增多，即导线的自振频率增高，易于和风的交替冲击形成谐振，且振动相对延续的时间也较长。
2 架空输电线路防振对策
目前，常规的防导线振动措施有防振锤、阻尼线、护线条。在防止导线舞动方向，国内主要在大跨越高杆塔防舞动上采取了一些措施，如湖北省超高压局采用安装集中防振锤、偏心重锤、失谐摆及双摆防舞动措施，还有东北地区大跨越采用多点固定线夹（组合线夹）等，使舞动受到抑制，但从理论上未得到深入的研究。国外对舞动机理的研究以前苏联、日本、德国、英国、加拿大、美国为先导，尤其是一些覆冰期长和沿海多风的国家，已引起高度重视。概括各国的主要措施有改变导线周围的空气动力阻尼器；减小舞动振幅的一档集中安装两个垂锤（失谐重摆）；限制相间碰撞闪络的绝缘相间间隔棒；集中防振锤法；还有改善导线升力的缠绕胶带层法；改变其空气动力与断面，减小舞动振幅的气流干扰线法等。对山西北部地区而言，采取如下措施已经为实践所检验是可行且有益的。
a）在线路设计时就消除足以引起导线破坏性振动的因素；为防止导线舞动闪络，可以加大导线间的相间距离，尤其是双回路垂直排列、上字型排列的导线，也可将导线垂直排列改为水平排列或缩小杆塔距离，同时，在弧垂较低部位和邻近耐张杆塔的直线杆塔，其垂直档距不宜小于平均档距；降低导线的平均运行应力有阻于减小振动的幅度；在路径选择上尽可能避开易发生振动的自然条件地区，在不可避开而又估计有发生强烈振动的微气象区，尽可能选用水平排列，并对覆冰覆雪的线路在发生振动前进行熔冰，以有效地防振。
b）在金具选择方面，针对风振易发地段，可采用装设和导线线股直径相等的予绞丝或是打背线。其方法原理类似于防线条，另外，使用自阻尼线也是一种行之有效的好方法。
c）在金具安装和使用上，注意改善线夹的耐振性能，要求线夹的转动部分应灵活，减小导线出口处的弯曲。如采用压缩型耐张线夹，改善线夹口处倾角曲率及加固装置，减轻对导线的挤压应力、弯曲应力和导线的磨损。安装防振锤时，注意其位置，由于导线振动时波长是随风和应力的大小而变化的，在振动的风速范围内，波长在最大值和最小值之间来回变化。因此，防振锤安装时应该照顾对最大半波长和最小半波长都能起到一定防振作用，而且，对其它半波长也有起到较好的防振作用。为达到这一目的，防振锤应安装在最大和最小波的第一个半波长内而且还要考虑对最大波有利的条件下装在最小波的波腹后半部为好，并对两种波长的“相角”的正弦绝对值相等的布置。另外，采用阻尼线和防振锤的联合保护方式，可充分利用各自的防振优点：即高频振动主要由阻尼线来防振，低频振动主要由防振锤来防振，最大限度地满足各种振动波出现情况下都能起到最好的防振效果。
3 结束语
总之，防振工作主要是依据导线振动的理论分析和模拟试验的结果加之观测现场积累的工作经验，然后提出、分析、验证各项措施的实效性。通过限制相间碰撞频率、改变导体周围气流、增加对振动线路和阻尼以及干扰振动的进程来实现防振的目的。