高壓輸電線路防震錘作用原理

高壓輸電架空線路中，靠近絕緣子兩側(cè)的線路掛的一個(gè)小錘是電力線路中叫“防振錘”的東西，其實(shí)在防振錘和絕緣子旁邊還有“阻尼條”和護(hù)線條，它們?nèi)咧g相互配合依賴各負(fù)其責(zé)。它們的主要作用是為了線路因?yàn)轱L(fēng)力影響產(chǎn)生低頻振蕩造成線路斷股或者斷裂，保證高壓輸電線路的安全。下面本人比較詳細(xì)靠譜的說(shuō)一下。

高壓輸電架空線路中，導(dǎo)線和避雷器常常由于風(fēng)力的作用而產(chǎn)生垂直振動(dòng)，以及日積月累造成導(dǎo)線斷股、金具損壞、線間短路等事故，嚴(yán)重地威脅著輸電線路的安全。

根據(jù)引起導(dǎo)線振動(dòng)的起因和導(dǎo)線振動(dòng)的形式，可以把導(dǎo)線振動(dòng)用象分為的類型有：微風(fēng)振動(dòng)、次檔距振動(dòng)、舞動(dòng)、脫冰跳躍、橫向磁擊電暈舞動(dòng)、短路振動(dòng)、湍流振動(dòng)等，而這幾類的振動(dòng)中，微風(fēng)振動(dòng)和身動(dòng)對(duì)設(shè)備安全影響尤為突出。下面介紹國(guó)家電網(wǎng)電力試驗(yàn)研究所整理的關(guān)于導(dǎo)線舞動(dòng)、次檔距振動(dòng)及微風(fēng)振動(dòng)特征，如下表所示。

微風(fēng)振動(dòng)是由于空氣動(dòng)力的沖擊頻率與檔距中拉緊導(dǎo)線的某一自然頻率相等而產(chǎn)生諧振的一種現(xiàn)象。

由于產(chǎn)生振動(dòng)的必要條件是氣流的均勻性及其方向的恒定性。當(dāng)風(fēng)人給導(dǎo)線的能量足夠大時(shí)，才能維持導(dǎo)線的振動(dòng)，這個(gè)最小的風(fēng)速值稱為下限值，一般取0.5m/s。風(fēng)速增大仍能引起導(dǎo)線振動(dòng)的最大風(fēng)速稱為上限值，一般風(fēng)速的上限值為4~7m/s，當(dāng)超過(guò)了上限值后，導(dǎo)線就不能產(chǎn)生振動(dòng)了。

風(fēng)向與導(dǎo)線軸線的夾角在45?~90?時(shí)，導(dǎo)線容易產(chǎn)生穩(wěn)定的振動(dòng);當(dāng)夾角在30?-45?時(shí)，振動(dòng)的穩(wěn)定性很小，而當(dāng)夾角小于20?時(shí)，一般不出現(xiàn)振動(dòng)。

在平坦、開(kāi)闊的地區(qū)有利于氣流的均勻流動(dòng)，容易形成強(qiáng)烈振動(dòng)的條件；地形起伏、交錯(cuò)復(fù)雜的地區(qū)或線路附近有建筑物、樹(shù)木等地物都對(duì)氣流產(chǎn)生摩擦作用，不同程度地破壞了氣流的均勻性，因而不易產(chǎn)生振動(dòng)的條件。

影響導(dǎo)線振動(dòng)程度除與風(fēng)速、風(fēng)向及沿線的地形、地物有關(guān)外，還與導(dǎo)線的懸點(diǎn)高度、檔距長(zhǎng)度、導(dǎo)線直徑結(jié)構(gòu)及材料、導(dǎo)線平均運(yùn)行應(yīng)力等有關(guān)。

（1）檔距長(zhǎng)度的影響。檔距的長(zhǎng)度是影響振動(dòng)強(qiáng)度的一項(xiàng)重要因素，主要是振幅及振動(dòng)延續(xù)時(shí)間兩方面。在沒(méi)有安裝“消振裝置”（防振錘）的情況下，輸入的風(fēng)能和導(dǎo)線消耗的能量都只與檔距長(zhǎng)度成正比，振幅的大小與檔距長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。即使在300m和3000m的兩個(gè)檔距長(zhǎng)度上，出現(xiàn)的振幅值也應(yīng)相等。但在檔距安裝了相等數(shù)量的防振錘以后，則300m檔距的振幅可能已降至安全水平；而3000m的檔距仍有相當(dāng)高的振幅。其原因是：由于這兩個(gè)檔距上防振錘消耗的能量相同，而風(fēng)輸入的能量卻不同，所以說(shuō)振動(dòng)強(qiáng)度與檔距長(zhǎng)度有關(guān)。

另一方面，檔距長(zhǎng)度愈大，能滿足半波數(shù)為整數(shù)倍的振動(dòng)頻率值也就愈密集。檔距長(zhǎng)度增大，振動(dòng)的延續(xù)時(shí)間也隨之增加。

（2）懸掛點(diǎn)高度的影響。懸掛點(diǎn)高度增加，可使振動(dòng)的風(fēng)速上限值提高，使振動(dòng)頻率范圍擴(kuò)大，也使振動(dòng)相對(duì)延續(xù)時(shí)間增加。因此，檔距長(zhǎng)度相同的線路上，導(dǎo)線疲勞斷股率將與懸掛點(diǎn)高度成比例地增加。

（3）導(dǎo)線大小對(duì)振動(dòng)的影響。由于風(fēng)輸給導(dǎo)線的振動(dòng)能量約與導(dǎo)線直徑的四次方成比例。振動(dòng)頻率則與導(dǎo)線直徑成反比，輸入的振動(dòng)能量大，且處于低頻振動(dòng)，導(dǎo)線的阻尼作用減少，故一般采用分裂導(dǎo)線的辦法來(lái)減少導(dǎo)線的直徑且在分裂導(dǎo)線上安裝“間隔棒”以后，構(gòu)成一種新的特殊振動(dòng)體系，使導(dǎo)線本身消耗的振動(dòng)能量增加，有利于降低振蕩強(qiáng)度。

導(dǎo)線的直徑與其單位質(zhì)量的比值，可以大概地說(shuō)明振動(dòng)情況；比值愈大振動(dòng)情況愈嚴(yán)重，即是說(shuō)鋁絞線比鋼或銅絞線的振動(dòng)嚴(yán)重，同樣是鋼芯鋁絞線、鋁鋼截面比值大的，其振動(dòng)強(qiáng)度亦高。

（4）應(yīng)力對(duì)振動(dòng)的影響。導(dǎo)線張力提高，導(dǎo)線本身消耗的振動(dòng)能重（自阻尼作用）將隨張力的增大而減少，而振幅則增大，與此同時(shí)振動(dòng)波長(zhǎng)要有所增大，大約與導(dǎo)線張力的平方根成正比。導(dǎo)線張力提高后，振動(dòng)頻率及振動(dòng)延續(xù)時(shí)間都隨張力的提高而有所增加，，因而振動(dòng)的次費(fèi)將要增多，而且降低了導(dǎo)線的疲勞極限，使導(dǎo)線容易斷裂。所以，減少導(dǎo)線振動(dòng)的其中一個(gè)措施是降低平均運(yùn)行應(yīng)力。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外大量的運(yùn)行資料表明，絕大多數(shù)（90%或更多）的疲斷股都發(fā)生在導(dǎo)線安裝金具的部位，在檔距內(nèi)自由振動(dòng)的導(dǎo)線發(fā)生疲勞斷股是極為罕見(jiàn)的，，僅有可能在線股焊接質(zhì)量不良的地方發(fā)生。

斷股情況發(fā)生得最多的位置是在懸垂線夾連接片端部或集中在導(dǎo)績(jī)與線實(shí)支托面剛開(kāi)始分離的部位。在耐張線夾出口處發(fā)生斷股情況要比懸垂線夾的出口處少很多。這是因?yàn)槟蛷埦€夾多少可以與導(dǎo)線一起振動(dòng)，相互之間產(chǎn)生的相對(duì)位移較少，僅在當(dāng)采用質(zhì)量很大的螺栓型附線夾的出口處，才可能發(fā)生較多的斷股情況。在采用針式絕緣子的線路上，斷股情況多發(fā)生在導(dǎo)線的綁扎點(diǎn)附近。對(duì)于分裂導(dǎo)線的線路，斷股位置還發(fā)展到間隔棒的線夾處。斷股情況還有發(fā)生在離桿塔最外測(cè)的一只防振錘的線夾處或阻尼線的固定點(diǎn)，在護(hù)線條內(nèi)部也常有發(fā)生振動(dòng)使導(dǎo)線磨損或斷股的情況。

導(dǎo)線防振方面關(guān)鍵在于有一個(gè)合理的設(shè)計(jì)。一般采取的措施是裝防振錘、護(hù)線條和阻尼線，另外在施工時(shí)運(yùn)行人員應(yīng)嚴(yán)格把好驗(yàn)收關(guān)，防止因安裝在導(dǎo)線上的金具和線材不牢而降低消振效采和磨損導(dǎo)線，線路投產(chǎn)運(yùn)行后應(yīng)往意對(duì)大跨越和容易產(chǎn)生影動(dòng)的桿塔懸垂線夾的檢查工作，及時(shí)對(duì)一些生銹垂頭的防振錘進(jìn)行更換。