弹性预张及复合阻尼系统防治导线风偏及振动

弹性预张及复合阻尼系统防治导线风偏及振动
浦劲松;王振华;田新华
【摘要】风载作用于导线,易造成导线风偏和振动,危及输电线路安全.此文提出的弹性预张及复合阻尼系统是一种直接加挂在导线上的设备,通过改变导线的安装状态、张力特点,利用阻尼和缓冲吸收冲击和振动能量,从风偏缓释导线长度和及时吸收风载能量两方面来防治导线风偏及振动,大范围降低风载对输电线路的危害.【期刊名称】《安徽电气工程职业技术学院学报》
【年(卷),期】2011(016)001
【总页数】3页(P5-7)
【关键词】风载;风偏;振动;预张;阻尼
【作者】浦劲松;王振华;田新华
【作者单位】安庆供电公司,安徽,安庆,246002;安庆供电公司,安徽,安庆,246002;安庆供电公司,安徽,安庆,246002
【正文语种】中文
【中图分类】TM751
0 引言
输电线路是电网重要组成部分，线路通常途经高山、峡谷、山口、平原、沙漠、江河以及城区等全地理环境，输电线路也历经风、雪、雾、雨等各类天气的考验。

近年来，特殊、恶劣气候环境处于高发期，而风灾对线路危害相对较大，因此，导线
防风偏及振动技术是保证输电线路安全运行的重要手段。

本文通过风偏及振动形成机理、危害的分析，在输电线路中引入的多点支撑和缓冲吸收能量，设计并研发了“弹性预张及复合阻尼系统”装置用于防治输电线路的风载危害。

1 风载对输电导线的危害、成因分析
1.1 风载对导线的危害
1.1.1 风偏的连续作用导致的导线舞动危害
风载正面、持续作用于导线，易导致导线风偏，即导线舞动。

导线舞动时，舞动档的相导线间、相地线间、耐张塔的跳线和塔身间距离减小，引起空气间隙减小闪络或者碰线，烧伤线股或导线，造成停电事故。

此外，长时间的舞动会使横担损坏、铁塔连接螺栓松动或脱落、绝缘子串(尤其是V型串)因承受压缩负荷造成脚球和球窝磨损、缩紧销辗碎、脚球折断，使球窝连接脱开掉串、悬垂线卡处的导线断脱、铰链式连接金具严重磨损及疲劳断裂、开口销及闭口销被挤出、球头挂环折断、U 型磨损、间隔棒和防震锤损坏等。

一般来说，导线舞动发生的随机性较大，产生的冲击强，一旦连续作用的时间较长，造成的危害会非常严重。

1.1.2 微风造成的导线振动的危害
微风对导线的吹拂在导线的背风面形成涡流，这种均布涡流载荷会激发导线的振动。

这种振动振幅小、频率高，易造成导线的薄弱部位和系接点的疲劳应力作用，产生导线断丝、断股破坏，危及线路运行安全。

当这种激振频率与线路系统的固有频率发生叠加时，振荡加大，危害将会加剧。

1.2 导线风偏和振动成因分析
外载作用:风载、覆冰、电晕、地震、爆破等对运行线路施加除重力载荷以外荷载
的力的作用或者几种力的复合作用，是导线风偏和振动的能量来源。

线路原因:分为设备和安装原因。

像设备中的导线、绝缘子串属于挠性构件，杆塔
属于细长杆件，都是易激振的对象，稍有外载就会发生振动。

另外线路档距、弧垂、跳线、塔高、一个耐张段内相邻直线段间谐振等原因也是激振及振荡放大的原因。

环境影响:相对于外载影响因素，线路走向中易产生外载地段也是导线风偏和振动
的高发区，像平原、风口、大面积水面、高山等风力大、易形成凝结冰区域。

2 弹性预张及复合阻尼系统
2.1 设计思想
基于常规设计和安装的输电线路，不需要对标准修改，也不需对线路进行改造的基础上，有效降低或消除输入能量，控制振荡幅度，使得振动急剧衰减而达到目的。

2.2 弹性预张及复合阻尼系统结构分析
弹性预张及复合阻尼系统由左、右力臂、空气阻尼器、弹簧张力器、缓冲器构成，系统结构图如图1所示。

左、右力臂的A、B点为系统与线路连接的挂点，通过线卡与铰接连接实现线路与系统的良好连接，连接时必须做好线卡出头线部位的应力保护。

弹簧张力器由张力弹簧、中心调节丝杆、框架拉杆构成，与左、右力臂为铰接连接。

通过调节中心调节丝杆的螺母能够压缩张力弹簧，减小力臂A、B点间的距离，张紧导线，减小导线弧垂，实现弹性预张的作用。

空气阻尼器为对口空套的两个半封闭筒体，与左、右力臂为铰接连接，均呈自由状态。

当对口空套的两个半封闭筒体间发生相对位移时，空气就会流过环形缝隙，产生流阻，实现节流阻尼作用。

缓冲器也是与左、右力臂铰接连接，是系统中与弹簧张力器相互支撑的构件。

由环形橡胶缓冲垫及其支持系统构成，缓冲敏感度高，能有效吸收一般频率及低频率振动能量。

2.3 弹性预张及复合阻尼系统工作原理
图1 弹性预张及复合阻尼系统结构图
图2 弹性预张及复合阻尼系统工作原理图
图3 弹性预张与复合阻尼系统挂点受力分析
如图2所示当设置好的系统对称加挂在绝缘子串下方导线上时，档间导线被预张，弧垂减小。

档间导线的张力部分转移到系统上，加挂前由绝缘子串独立承担的力的作用改由绝缘子串和系统组合承担，合力的作用点为A、B两点，导线上生成的振动能量也将同时传递到系统和绝缘子串上，受力分析参见图3所示。

由于系统的结构设计均为铰接结构，其力学特性为二力杆，只承受拉伸和压缩载荷。

这样，当导线上的振动能量传递到系统上时就体现了对系统支撑机构的拉伸和压缩，形成系统对振动能量的吸收，减小了振动能量对导线的反馈，实现导线振动的阻尼衰减。

2.4 弹性预张及复合阻尼系统在线路上的安装方法
弹性预张及复合阻尼系统安装前的自由状态为喇叭口的张开状态，张开程度由导线需要的张紧行程决定。

依据自由张开状态选择压缩弹簧的长度，同时根据冬季最小弧垂时导线最大张紧状态的许用安全负荷，选择弹簧的弹性模量及弹簧规格。

加挂系统以弹簧自由伸展确定A、B的张口位置，同时A、B点在悬垂线卡的两边对称位置。

按照施工规范将A、B点的线卡与导线紧固连接。

完成系统挂线后，开始并紧弹簧张力调节螺母，实现导线张紧到设计位置，完成系统安装。

弹性预张及复合阻尼系统在一个耐张段内的安装必须为依次安装或者进行一个挂点的间隔安装，耐张塔、转角塔、终端塔不做安装。

2.5 弹性预张及复合阻尼系统效能实现的机理
弹性预张及复合阻尼系统除了对接受到的振动能量进行吸收外，还对张紧的导线舞动时实现长度缓释，降低舞动冲击作用。

分析如下:
导线舞动发生时，A、B间张力小于张力弹簧作用力时，在弹簧张力作用下，A、B 间距减小，吸收导线重力消失的长度增加，减小舞动振幅，同时空气阻尼器收缩动
作，节流阻尼作用产生，吸收振动能量;导线舞动发生时，A、B间张力大于张力弹簧作用力时，在舞动张力作用下，A、B间距增大，弹簧张力由于变形增大，弹力也增大，阻碍舞动振幅的增大，同时空气阻尼器张开动作，节流阻尼作用产生，吸收振动能量。

由于弹簧的有效压缩释放导线，还能缓冲巨大冲击对线路的损害。

当导线发生激振时，由于振幅不大，频率较高，空气阻尼器敏感度较低，对振动能量的吸收能力也较低。

张力弹簧和缓冲器由于一直是在预压缩状态，激振能量部分传递到达时就被其吸收，减小了振动能量的反馈，实现降低激振的目的。

3 成本及效益分析
3.1 成本分析
在不改变原有线路状态的情况下，进行加装弹性预张及复合阻尼系统，其成本由生产成本和安装成本构成，设备造价低，一般选择停电安装作业(有条件可开展等电
位带电作业)，系统整体地面组装完成后，直接吊装到安装位置实施吊装，因此停
电时间短。

3.2 效益分析
除了恶劣的地质灾害和气象灾害外，该系统能有效防治输电线路外载对导线加载所产生的舞动和激振影响，满足状态检修要求，对维护线路运行安全，保障供电可靠性，建立坚强电网有着较大的积极作用。

4 结束语
弹性预张及复合阻尼系统的设计是针对减小和消除振动为目标，成本低廉，工艺简单。

近年来，安庆供电公司依托培训基地的高压输电示范培训线路开展线路状态检修、防坠落全过程安全防护等课题研究，本项目在防风偏和振动方面进行了深入探索，经过反复论证、试验，研发出“弹性预张及复合阻尼系统”装置，形成专利成果，并应用于220kV、110kV等多条示范培训线路，效果明显，为防风载危害提
供了创新方法。

参考文献:
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