导线的防振动和防舞动

导线和避雷线的振动和防振9.1导线和避雷线振动的类型和特点根据频率和振幅的不同,导线的振动主要可分为以下3种:高频微幅的微风振动、中频中幅的次挡距振动和低频大振幅的舞动。此外还包括脱冰跳跃，横向碰击，短路振荡和湍流振动等导线受到微风(1～3级)吹拂时,将产生周期性振动,称为微风振动.其特点是振幅小,一般不超过10mm;频率高,通常为5～100Hz;振型为正弦拍频波;振动机率很大,一般认为导线一直处于微风振动状态。线路所处地形及挡距大小与微风振动关系较大。大挡距跨河(海)线路(通常称为大跨越导线)振动较剧烈。这主要是由于水面开阔、平坦,微风通过时几乎不受任何阻挡,给水面上的架空输电线路以最大的微风振动能量,使导线受到严重的微风振动危害。特别是导线上线夹出口处,由于长期处于曲折状态,若不采取任何防振措施,线股上将产生很大的动弯应变,长期如此将导致疲劳断股,影响线路安全。9.1.1微风振动9.1.2舞动舞动是一种由导线上的非对称覆冰引起的低频率(0～1Hz)、大振幅(几m至十几m,约为导线直径的5一300倍)的振动现象。舞动多在导线覆冰厚度3mm以上、气温0°C左右发生。此时,如遇上6～16m/s的风力(4～7级风),极易发生舞动（由于其形态上下翻飞，形如龙舞，故称舞动）。引起舞动的因素大致有三个方面，即线路的走向、地形与地势，当地的气象条件（不均匀覆冰），线路的结构。舞动最容易发生在弧垂较低的部位。因为弧垂最低点受到的垂直重力和水平分力最小故最容易被特定的风力举起。我国发生舞动最多的是沈阳、鞍山、丹东、盘锦、锦州一带。其次是湖北省的荆州、武汉、宜昌、荆门地区。这是因为每年的冬季及初春季节，我国西北方南下的干冷气流和东南方北上的暖湿气流在我国东北部、中部的偏沿海地区相汇，这些地区极易形成冻雨或凇雨地带使导线覆冰，并且由于风力较强，满足了输电线路起舞的基本要素而诱发舞动。分裂导线比单导线容易舞动。单导线覆冰时,由于扭转刚度小,在偏心覆冰作用下导线易发生很大扭转,使覆冰接近圆形;而分裂导线覆冰时,由于间隔棒的作用,每根子导线的相对扭转刚度比单导线大得多,在偏心覆冰作用下,导线的扭转极其微小,不能阻止导线覆冰的不对称性,导线覆冰易形成翼形断面。9.1.3次挡距振荡次挡距振荡就是指发生在分列导线相邻两间隔棒之间的挡距中的一种振荡。次挡距振荡在线路中较少出现，通常在风速为5～15m/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振荡。它的表现形式，常常是各导线不同期的摆动、周现性的分开和聚拢，导线在空间的运动轨迹呈现椭圆形状。次挡距振动造成分裂导线相互撞击,损伤导线和间隔棒。容易产生次挡距振荡的条件如下：1.分裂导线的间距与导线直径比值2.线路的地理条件3.次挡距大小要求导线间距与导线直径比值在15-18之间防止措施：双分裂导线采用垂直布置,或采用消振作用的阻尼间隔棒，以及增大子导线之间的间距等9.1.4电晕舞动电晕舞动现象发生在电位梯度超过2kV/mm，并且处于潮湿地区的高压线路中，电晕舞动可导致导线、绝缘子和金具等的损伤，同时又造成电晕电力损耗和对通信、无线电、电视等设施的干扰。防止电晕舞动的措施是采用较粗的导线或分裂导线。9.1.5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上，所形成的来回摆动。横向碰击易发生在山谷或水坝口等风力集中的地方。一旦发生横向碰击，首先造成线间短路，其次是绝缘子和金具等的损坏。防止措施是在选择线路路径时，注意避开风力集中的地段或增大线间距离。9.1.6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，使每个次挡距内都会产生一个半波长的碰击振荡。其后果是造成间隔棒和导线的碰击损伤，改善措施是缩短间隔棒的间距和增加间隔棒的强度。9.1.7湍流振动导线在强风作用下也会发生振动。在10m/s风速时，20Hz左右，振幅与微风振动的振幅相差不大。湍流振动的波形，一般是在低频振动中寄生着高频振动波。9.2振动的基本理论9.2.1导线的振动当电线受到稳定的横向风均匀作用时，在电线被风面将形成按一定频率上下交替出现的气流旋涡，它的依次出现和脱离使电线受到同一频率的上下交变的冲击力。该冲击力的频率fF与风速和电线直径有关，根据试验可按下式计算:9.2.1.1振动的起因导线的振动频率与风速成正比，与导线的直径成反比，风速越快，振动的频率就越高，导线越细，振动的几率就越大。以输电线路常用的LGJ一185mm2钢芯铝绞线为例，在常见风速(2～5级，风速为1．6～10．7m／s)时，其振动频率将在30～110Hz范围内，因此，导线受风力吹动时，振动频率在100Hz左右是经常出现的自然现象。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.9.2.1.2导线的振动特性和影响因素1．导线振动的特性导线的受风力吹动产生的振动按下式的规律变化：振幅的大小还与空气气流对导线的冲击形式和气流能量的大小有关，并与导线各股间的摩擦有关。波腹点的振幅与波长有关，且在相当于低频率振动又是最大波长时的振幅最大.最大振动角导线的允许振动角导线固有自振频率fD和导线应力σ有关，随着应力的变化，导线有不同的固有自振频率。而气流旋涡的交替变化频率介与风速v有关。当气流旋涡的交替变化频率介与导线某一固有自振频率相等时，导线在该频率下产生共振，此时振幅达到最大值。当风速变化致使fF变化时，振幅将有所下降，同时导线应力也有所变化，导线固有自振频率也随之变化，有可能在另一频率。2.影响振动的因素影响振动的因素主要有：风速、风向、挡距、悬点高度、导线应力以及地形、地物等。1）风的影响：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。如果挡距增大，则为保证导线对地距离，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风向和线路方向成45°---90°夹角时，导线产生稳定振动。（2）导线的直径和挡距的影响挡距越大、导线直径越小，挡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。（3）应力对振动的影响静态应力越大，加重振动烈度。为此，在线路设计考虑防振问题时，选择代表性的气象条件，即年平均气温气象条件，并规定这个气象条件下导线的实际应力不得超过某一规定值，即年平均运行应力。9.3导线的防振动和防舞动导线振动和舞动是威胁输电线路安全运行的重要因素。振动和舞动产生的危害是多方面的,诸如:跳闸、导线电弧烧伤、金具损坏、导线断股、断线、倒塔等。振动和舞动会造成重大的经济损失和社会影响。近年来我国架空输电线路发生舞动状况：湖北:2003年2月10日及3月5日,500kV龙斗、斗双等输电线路发生了2次强烈的舞动,舞动最大振幅超过7m,最长持续时间约10h。舞动造成金具(包括铁塔螺栓)严重磨损、断裂、脱落,绝缘子钢脚断裂,导线断股、脱落,导线对地线放电、线路跳闸,送电被迫中断。2001年元月23～25日,500kV葛凤输电线路荆门-潜江段发生了大面积、长时间(持续46h)、强烈的舞动,舞动幅度达10m,致使多基耐张塔螺栓松动、塔材脱落,跳线磨损、金具损坏,随时有倒塔的危险,葛凤线被迫中断送电,进行抢修。河南:2000年12月1日及2001年1月11日,河南电网多条220kV线路发生了导线舞动,造成金具损坏、线路跳闸、大面积停电等恶性事故。2003年2月9～10日,河南电网13个地市的线路遭受了导线舞动的侵害,舞动振幅达5～6m,造成豫南、豫东地区17条220kV线路、15条110kV线路、198条10kV线路跳闸,损失负荷265MW,损失电量178.5万kW·h。2008年1月11日至13日，河南500千伏姚邵线导线发生强烈舞动，持续60小时，倒塔5基。辽宁:1999年11月24日,辽宁电网发生大面积舞动,集中在两锦地区,舞动线路达30多条,造成66kV线路发生断线和混线,并引起跳闸;500kV董王线部分球头断裂、断线、倒塔,送电被迫中断。2004年2月21～22日,雨转雪同时伴有大风,气温骤降,导致输电线路覆冰、导线严重舞动,线路跳闸。辽宁省的沈阳、大连、辽阳、营口、抚顺、鞍山、盘锦7个城市相继出现了不同程度的停电事故。其中沈阳、大连2个城市较为严重,大连市线路跳闸140条次,一个耐张档内连续6基杆塔倒塌,30座66kV变电所停电。沈阳11条66kV线路多次跳闸,9座66kV变电所停电,当天16∶40左右,桃仙国际机场停电,这是沈阳桃仙国际机场遭遇开航以来最长时间的一次停电,导致多次航班被迫取消,机场被迫关闭30h。2010.1.20日山东电网500千伏黄滨（黄骅—滨州）I线故障跳闸，500千伏益川（淄川—益都）I、II线故障跳闸。短短3个小时内，山东电网12条500千伏线路跳闸33次。9.3.1防振措施防振措施可从以下两方面着手：(1)设法防止和减弱振动；(2）提高设备的耐振性能(1)设法防止和减弱振动的方法有：1）设法消除引起导线振动的条件。如线路路径避开易振区；年平均运行应力降低到不易发生振动的程度等。2）利用线路设备本身的阻尼作用，以减小导线的振动。如采用柔性横担、偏心导线、防振线夹等。3）在导线上加装防振锤和阻尼线以吸收或减弱振动能量，消除导线振动对线路的危害。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，减少弯曲应力及挤应力和磨损，同时也能对导线振动起一定阻尼作用2）改善线夹的耐振性能(2）提高设备的耐振性能2.防振装置的安装我国常用的防振装置有FD、FG哑铃型防振锤、FH环式扭矩型防振锤和经过改进的新FR音叉(锤头形状)型防振锤和护线条以及防振线阻尼间隔棒等FH环式扭矩型防振锤FD、FG哑铃型防振锤FR音叉型防振锤大多数防振器的消振原理是将振动能量吸收转化为热能或声能而散发掉，从而降低了导线的振幅，或是将大部分振动行波反射回到档距中及限制那些严重的振动传给不耐振的悬挂点。另外，绝缘子串、金具及杆塔等也对振动有一定的阻尼作用。分裂导线通过间隔棒把子导线联系在一起，使各子导线互相牵扯，从而破坏和抑制了分裂线持续稳定振动的形成，起到干扰和阻尼的作用。①防振锤的安装在选择防振锤型号时，首先防振锤的固有自振频率应与导线可能发生的振动频率范围相适应；其次防振锤的重量要适当，另外，还应与导线型号相配合。防振锤的选择按表9-4选择防振锤安装位置的确定原则是：在最大波长和最小波长情况下，防振锤的安装位置在线夹出口处第一个半波范围内，并对这两种波长的波节点或波腹点具有相同的接近程度，即在这两种情况下防振锤安装点的“相角”的正弦绝对值相等。即nmsinsin防振锤的安装距离防振锤的安装距离（对悬垂线夹来说，是指自线夹出口至防振锤夹板中心间的距离；对耐张线夹来说，当采用一般轻型螺栓式或压接式耐张线夹时，也指自线夹出口至防振锤夹板中心间的距离）实际工程中，安装一个防振锤不足以抑制风力，这就需要安装多个防振锤阻尼线是一种结构简单但理论计算及其复杂的分布型消振器。架空线振动时，固定在架空线上的阻尼线相继振动，架空线及阻尼线本身线股之间产生摩擦，消耗部分能量；另一些振动能量由振动波通过阻尼线与架空线的连接点，发生反复折射，使挡内的稳定振动遭到破坏，振动能量逐渐消耗掉。阻尼线取材方便、重力小、频率特性宽。通过实验证实，低频率振动时，防振效果较好，高频率振动时，阻尼线消振效果较好。3.阻尼线的安装导线直径小，悬挂点高，导线的振动频率高；所以，阻尼线较适合于小截面导线的防振。阻尼线通常于防振锤配合，用于输电线路大跨越。阻尼线的扎固点应考虑导线发生最大和最小振动波长时均能起到消振作用。当扎固点位于波腹点或两个相邻绑扎点的相对变位最大时消振性能最好。例题9-1某架空输电线路中，有一耐张段各挡挡距分别为200、