输配电流体防振装置的研制

李 婷，李 博，韩翔宇，李建国

(1.内蒙古电力(集团)有限责任公司 乌兰察布市丰镇供电分公司，内蒙古 乌兰察布 012000；2.内蒙古电力(集团)有限责任公司 阿拉善供电公司，内蒙古 阿拉善 750306；3.内蒙古电力(集团)有限责任公司 乌兰察布市察哈尔右翼前旗供电分公司，内蒙古 乌兰察布 012000；4.内蒙古电力(集团)有限责任公司 内蒙古超高压供电公司，内蒙古 呼和浩特 010080)

架空输配电线路架设于野外，常年受到风力作用，其导、地线发生振动，使导、地线的正常运行受到一定的伤害，长期可使导线产生金属疲劳，年久发生断股现象，甚至发生断线事件。防振锤及护线条等措施可有效阻止部分风振，吸取导、地线振动能量，减少导、地线振动程度。

在实际输配电线路运行中，虽然防振锤、护线条等措施起到一定的作用，但导、地线的疲劳仍然得不到有效解决。

1 输配电线路导、地线振动的产生原因及后果

1.1 输配电线路导、地线振动的产生原因

如图1所示，输配电线路架设的档距内，导、地线受到垂直于线路方向的风力作用，且风力在1级～3级时，风速一般为0.5 m/s～10 m/s的均匀风速，通常频率为5 Hz～100 Hz；振型为正弦频波，振动概率很大。在导、地线的迎风面产生上下风阻，风力到其背面时汇集形成按一定频率上下交替的稳定涡流，引起导、地线周期性振动波，在导线与线夹接口处形成波节点，无论任何波长或频率，都是架空线夹出口处振动最严重。

振动与输配电线路所处的地形及档距大小与微风角度有很大关联，大档距跨越河流、高山等振动较剧烈。主要由于水面开阔、平坦，微风通过时不受阻挡，能保持层流状态。

图1 导、地线风振原理

1.2 导、地线振动造成的后果

导、地线振动严重影响着整条架空输配电线路的安全运行，甚至还可能导致电力输送中断。微风振动的实例主要危害是断股及金具、杆塔构件的损坏。

微风振动具有一定的隐蔽性，高跨塔架设所产生的振动，通常肉眼看不到它的振动现象，但经过仪器监测会发现振动所产生的能量，长期积累后有很大的危害。

2 输配电线路防振措施及其弊端

2.1 输配电线路防振措施

输配电线路防振要考虑诸多因素，除选择安装技术上可靠、经济上合理的消振装置外，还应考虑利用线路上的各组成部件本身的特性或选用适宜的设计参数，达到减弱或消除微风振动的目的。

2.1.1 分裂导线上安装间隔棒。220 kV及以上输电线路通常为多分裂导线，在其导线上安装间隔棒后，构成一种防振体系，子导线的分裂间距使子导线的直径增大，可以减轻或消除尾流对振动的影响，还能有效防止子导线发生鞭击现象。四分裂导线间隔棒如图2所示。

图2 四分裂导线间隔棒

2.1.2 加装防振锤。如图3实物与示意图所示，当导、地线振动时，防振锤随着导、地线同时振动，由于重锤的惯性，使防振锤两端的高强度钢绞丝不断上下弯曲，钢绞线股之间摩擦，从而消耗振动能量。当振动频率在6 Hz～50 Hz范围内，消振效果较好。

图3 输配电线路防振锤

2.1.3 护线条或阻尼线。护线条是由与导线或地线相同的材料制成的，形状为中间粗两头细。在悬挂点使用专用的护线条，当导、地线发生振动时，可以防止在悬垂线夹出口处发生剧烈的波折，减少导线的振动。阻尼线为同型号的导、地线，长度由同档距内的弧垂决定。装于导线的阻尼线，有一定的防振作用。

2.2 措施存在的弊端分析

上述几种防振措施，间隔棒、防振锤、护线条及阻尼线，在输配电线路起到了一定的防振作用。但其结构为了保证其安全性均采用了硬式连接，从而在防振意义上不是特别完善。其中：①间隔棒距挂点通常情况下为45 m以上，所以挂点周围的振动，还需要依靠防振锤、护线条、阻尼线来实现防振。②防振锤制作时两端重锤之间依靠钢绞线，为了保证安全，不易掉落，钢绞线截面积较大，弱性较差，吸收振动能量相对较弱。③护线条通常与导、地线牢牢扭矩在一起，其实增大了导、地线面积，容易由振动变为舞动。④阻尼线多数应用在大档距高跨塔中，例如黄河高跨塔，与线夹配合使用，在实际应用中，线夹导致导线断股现象经常发生，所以在一般输配电线路中使用较少。

3 新型防振装置研制

综上所述，防振措施为了保证防振金具的安全可靠，均采用了硬质连接，达到的效果并不完善。

笔者采用了封闭的罐装结构，内部镶嵌了弹簧与钢珠，在液体中不停地消除振动能量，达到更高一层的防振效果。

在实验中采用了亚克力透明材料，观察振动能量的消耗程度，有时液体会溅起水花，平常情况下液体振动时为波纹状，证明吸收了振动能量，效果良好。

3.1 装置组成及结构

如图4所示，此装置分别由线夹、复合阀门、消振罐、消振弹簧、钢珠、防冻液组成。

3.1.1 线夹。线夹采用握爪式或预绞式线夹均可，笔者建议使用预绞式线夹，这样既不损伤导线，握抓力又好；如若使用普通握爪式线夹，在导线或地线上缠绕铝包带或阻尼材料，例如橡胶套管等，有利于握紧力与吸收振动能量。

3.1.2 消振罐。消振罐为筒体结构，立式安装，因其导、地线受顺线路方向垂直风载，振动力为上下形式，故立式结构能更多地吸收振动能量。

3.1.3 复合阀门。为保证消振罐内气压平衡，在箱体上端部分设计空气阀和蒸气阀，例如汽车油箱盖，因两种阀门设计为一体，故又称复合阀门。复合阀门盖在四季过度中保证了箱体内的正常压力，从而保证装置长期使用。

注：①导线；②铝包带；③线夹；④复合阀门；⑤消振罐；⑥消振弹簧；⑦钢珠；⑧防冻液。

3.1.4 消振弹簧。消振弹簧安置在消振罐体内，当消振罐接收到振动能量时，弹簧随之由振动逐步变成颤动，能够吸收部分振动能量。

3.1.5 钢珠。由于钢珠受弹簧带动，振动变为颤动，钢珠的颤动能量最终由防冻液体吸收。

3.1.6 防冻液。当钢珠颤动时，因钢珠有2/3的部分浸入液体，带动液体表面产生波纹，从而吸收振动。

3.2 装置组成部件的选用标准

3.2.1 防冻液选择。在北方地区，液体应使用无水式无机防冻液，规格冰点为-50℃为宜。

3.2.2 复合阀门选择与作用。复合阀门按汽车油箱盖设计标准进行，因其空气阀门与蒸气阀合为一体，这样保证了装置不会自爆的现象，若液体不足1/3时，可携盖补充，平常液体为1/3或略高为宜，保证钢珠2/3浸入液体内。

3.2.3 弹簧选择。弹簧选择弹性较强，但在上下颤动时，钢珠碰不到底部为宜。

3.2.4 罐体选择。罐体为不锈钢材质，保证厚度的同时，外部刷白漆，保证夏季钢体过热，内部气压增高，液体降低。

3.3 装置工作原理

此新型防振装置安装位置仍按输配电线路设计位置进行，安装时线夹处缠有铝包带或橡胶材料，或采用预绞丝方式。当导线或地线受微风振动时，导线或地线上下振动，传递至装置时，弹簧接收，随之钢珠由振动变为颤动，最终传递至液体内，液体发生波动，从而消减了振动波；若振动较为强烈时，本身液体滞后与导线振动，反馈后的振动能量与导线抵消，起到了防振作用。

4 结束语

此新型防振装置在实验场内，使用了亚克力材料进行观察，当振动频率达到一定程度时，液体波动很大，时有溅起水花，充分证明了装置吸收了振动能量。而液体对频率较大的振动，本身有阻尼作用，且滞后于导、地线振动，即使能量反馈至罐体，也会与导线振动能量抵消，值得推广。