第四章導(dǎo)線及振動(dòng)和防振

1、第四章 導(dǎo)線和地線的振動(dòng)和防振第一節(jié) 振動(dòng)的類型和特點(diǎn)張緊在空間的導(dǎo)線，由于受到各種因素的影響而引起導(dǎo)線的振動(dòng)。現(xiàn)在已知的在架空線上發(fā)生的振動(dòng)的類型主要有微風(fēng)振動(dòng)、次檔距振蕩、脫冰跳躍、橫向碰擊、電暈舞動(dòng)、短路振蕩和湍流振動(dòng)等。下面簡(jiǎn)要敘述這些振動(dòng)的特點(diǎn)、產(chǎn)生的原因、危害和防止措施。一、微風(fēng)振動(dòng)。微風(fēng)振動(dòng)是在風(fēng)速為0.510m/s的均勻風(fēng)垂直吹向?qū)Ь€時(shí)，在導(dǎo)線背風(fēng)面形成穩(wěn)定的渦流。由于周期性渦流升力分量的作用，使導(dǎo)線發(fā)生振動(dòng)。二、舞動(dòng)。當(dāng)風(fēng)速為515m/s左右的風(fēng)力作用在非對(duì)稱外形的導(dǎo)線上，最常見(jiàn)的情況是作用在覆冰厚度不對(duì)稱的導(dǎo)線上時(shí)，由于風(fēng)力作用角度的變化產(chǎn)生的脈動(dòng)風(fēng)力，破壞了導(dǎo)線的靜力平衡

2、，而形成大幅度舞動(dòng)。一般認(rèn)為，在一個(gè)檔距中，舞動(dòng)的起始點(diǎn)發(fā)生在弧垂較低的部位，而不是在導(dǎo)線懸掛點(diǎn)較高的部分。因?yàn)榛〈棺畹忘c(diǎn)受到的垂直重力和水平分力最小，故最容易被特定的風(fēng)力舉起，于是舞動(dòng)振蕩現(xiàn)象便會(huì)向全檔距傳播。其特點(diǎn)是振動(dòng)大、頻率低、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)（振幅在10m以下、頻率為0.11Hz）。在一個(gè)檔距中，往往會(huì)出現(xiàn)14個(gè)半的振動(dòng)波。振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間可達(dá)數(shù)小時(shí)之久。在一個(gè)檔距中發(fā)生舞動(dòng)時(shí)，常常波及到相鄰檔。導(dǎo)線某一點(diǎn)的振動(dòng)軌跡通常呈橢圓形。導(dǎo)線覆冰不均勻是導(dǎo)致舞動(dòng)現(xiàn)象的根本因素。通常發(fā)生在氣溫0左右的平原或丘陵地區(qū)，而且粗的導(dǎo)線比細(xì)的導(dǎo)線，分裂導(dǎo)線比單導(dǎo)線，更容易引起舞動(dòng)。舞動(dòng)現(xiàn)象在線路上極少發(fā)生，而

3、一旦發(fā)生，便會(huì)造成嚴(yán)重后果。不僅導(dǎo)線、絕緣子、金具或桿塔構(gòu)件受到損傷，還可能引起相間或相對(duì)地的短路事故。如2008年1月下旬，在河南、湖南、江西等地因凍雨和暴雪持續(xù)半月至一月余，出現(xiàn)了持續(xù)70小時(shí)以上、振幅達(dá)8米以上的強(qiáng)烈舞動(dòng)，動(dòng)態(tài)荷載達(dá)靜態(tài)荷載的3倍以上，造成多處倒塔事故。防止舞動(dòng)造成危害的主要措施是增大線間距離、縮小檔距、采用防冰導(dǎo)線和研制舞動(dòng)抑制器等。三、次檔距振蕩。次檔距振蕩是指發(fā)生在分裂導(dǎo)線相鄰兩間隔棒之間的檔距中的一種振蕩。由于該振動(dòng)的頻率很低，故一般稱為“振蕩”。次檔距振蕩在線路中較少出現(xiàn)，通常在風(fēng)速為515m/s的風(fēng)力作用下，由于迎風(fēng)導(dǎo)線產(chǎn)生的紊流，影響到背風(fēng)導(dǎo)線而產(chǎn)生氣流的擾

4、動(dòng)，破壞了導(dǎo)線的平衡而形成振蕩。它的表現(xiàn)形式，常常是各子導(dǎo)線不同期的擺動(dòng)，周期性的分開和聚攏，導(dǎo)線在空間的運(yùn)動(dòng)軌跡呈橢圓形。次檔距振蕩的振幅與次檔距長(zhǎng)度、風(fēng)速大小和分裂導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，一般次檔距振蕩的振幅從相當(dāng)于導(dǎo)線直徑到0.5m，頻率為13Hz，一個(gè)次檔距中可出現(xiàn)一個(gè)或數(shù)個(gè)半波。容易產(chǎn)生次檔距振蕩的條件如下：1.分裂導(dǎo)線的間距與子導(dǎo)線直徑的比值。當(dāng)分裂導(dǎo)線的間距與子導(dǎo)線直徑的比值小于10時(shí)，便可能產(chǎn)生嚴(yán)重的次檔距振蕩。因此要求該比值在1518之間。我國(guó)500kV超高壓線路，采用的四分裂導(dǎo)線的子導(dǎo)線的標(biāo)稱截面為300400mm，直徑為2428mm，我國(guó)的阻尼間隔棒規(guī)范中，三分裂和四分裂導(dǎo)線

5、的子導(dǎo)線間距為450mm，間距與子導(dǎo)線直徑的比值為1619。加大子導(dǎo)線間距的優(yōu)點(diǎn)是減小了尾流效應(yīng)（即風(fēng)吹子導(dǎo)線時(shí)在其背風(fēng)面產(chǎn)生的渦流對(duì)相鄰子導(dǎo)線的影響）。2.線路的地理?xiàng)l件。最嚴(yán)重的次檔距振蕩總是發(fā)生在開闊地帶，如近海、近湖或平坦開闊地帶。因?yàn)檫@些地區(qū)容易產(chǎn)生均勻的風(fēng)速。3.次檔距大小。當(dāng)次檔距較大時(shí)，容易產(chǎn)生次檔距振蕩。次檔距振蕩是分裂導(dǎo)線一種特定的主要振動(dòng)，其危害和微風(fēng)振動(dòng)相同?？赡茉斐蓪?dǎo)線、間隔棒、絕緣子和金具等的損傷。防止次檔距振蕩的主要措施是對(duì)雙分裂導(dǎo)線采用垂直布置，避免子導(dǎo)線間的尾流效應(yīng)；采用具有消振作用的阻尼間隔棒和增大子導(dǎo)線間距等。四、電暈舞動(dòng)。電暈舞動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生在電位梯度超過(guò)2

6、kV/mm，并且處于潮濕地區(qū)的高壓線路中。一般認(rèn)為是由于電暈放電導(dǎo)致氣流產(chǎn)生動(dòng)力作用而形成電暈舞動(dòng)。電暈舞動(dòng)的振幅通常在1m以下，頻率很低，一般為零點(diǎn)幾Hz至1Hz，在一個(gè)檔距中可產(chǎn)生數(shù)個(gè)半波，導(dǎo)線振蕩軌跡常呈橢圓形。電暈舞動(dòng)可導(dǎo)致導(dǎo)線、絕緣子和金具等的損傷，同時(shí)還造成電暈電力損耗和對(duì)通信、無(wú)線電、電視等設(shè)施的干擾。防止電暈舞動(dòng)的措施是采用較粗的導(dǎo)線如擴(kuò)徑導(dǎo)線或分裂導(dǎo)線以防止電暈放電。五、橫向碰擊。橫向碰擊是由于周期性風(fēng)速的變化，作用在導(dǎo)線的某一段上所形成的來(lái)回?cái)[動(dòng)。擺動(dòng)的幅度可達(dá)數(shù)米，在一個(gè)檔距內(nèi)可發(fā)生一個(gè)半波長(zhǎng)的基本波，其持續(xù)時(shí)間可達(dá)數(shù)小時(shí)。橫向碰擊易發(fā)生在山谷或水壩口等風(fēng)力集中的地方，但

7、極少發(fā)生。一旦發(fā)生橫向碰擊，首先造成線間短路，其次是絕緣子和金具等的損壞。防止措施是在選擇線路路徑時(shí)，注意避開風(fēng)力集中的地段或增大線間距離。六、短路振蕩。短路振蕩僅發(fā)生在分裂導(dǎo)線的線路上。短路時(shí)短路電流產(chǎn)生的電磁吸引力，使同相分裂的子導(dǎo)線間相互吸引，每個(gè)次檔距內(nèi)都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)半波長(zhǎng)的碰擊振蕩。其后果是造成間隔棒和導(dǎo)線的碰擊損傷。改善措施是縮短間隔棒的間距和增加間隔棒的強(qiáng)度。七、湍流振動(dòng)。導(dǎo)線有時(shí)在強(qiáng)風(fēng)作用下也會(huì)發(fā)生振動(dòng)。曾觀察到在10m/s風(fēng)速時(shí)，測(cè)出的振動(dòng)頻率只有20Hz左右，振幅與微風(fēng)振動(dòng)的振幅相差甚微。湍流振動(dòng)的波形，一般是在低頻振動(dòng)波中寄生著高頻振動(dòng)波。上述輸電線路所有振動(dòng)類型中，以微風(fēng)

8、振動(dòng)發(fā)生的地區(qū)最普遍，發(fā)生的次數(shù)最頻繁和振動(dòng)持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)。因而這是危及導(dǎo)線安全運(yùn)行最為普遍的一種振動(dòng)形式。 第二節(jié) 振動(dòng)的基本理論 一、振動(dòng)的起因架空輸電線路的導(dǎo)線（地線）受到穩(wěn)定的微風(fēng)作用時(shí)，便在導(dǎo)線背后形成以一定頻率上下交替變化的氣流漩渦，如圖4-2-1所示，從而使導(dǎo)線受到一個(gè)上下交變的脈沖力作用。當(dāng)氣流漩渦的交替變化頻率與導(dǎo)線的固有自振頻率相等時(shí)，導(dǎo)線在垂直平面內(nèi)產(chǎn)生共振即引起導(dǎo)線振動(dòng)。導(dǎo)線振動(dòng)的波形為駐波，即波節(jié)點(diǎn)不變，波腹上下交替變化，而且一年中導(dǎo)線振動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)全年時(shí)間的30%50%。無(wú)論導(dǎo)線以什么頻率振動(dòng)，線夾出口處總是一個(gè)波節(jié)點(diǎn)。所以，導(dǎo)線振動(dòng)使導(dǎo)線在線夾出口處反復(fù)拗折，引起材

9、料疲勞，最后導(dǎo)致斷股、斷線事故，對(duì)線路的正常安全運(yùn)行危害較大。圖4-2-1引起導(dǎo)線振動(dòng)的氣流漩渦 圖4-2-2 導(dǎo)線振動(dòng)的波形二、 導(dǎo)線振動(dòng)的特性1. 振動(dòng)波形、振幅和振動(dòng)角。導(dǎo)線的振動(dòng)是沿整檔導(dǎo)線呈駐波分布的，即導(dǎo)線離開平衡位置的位移大小無(wú)論在時(shí)間上還是沿檔距長(zhǎng)度上都是按正弦規(guī)律變化的。同時(shí)在同一頻率下，波腹點(diǎn)a（最大振幅）及波節(jié)點(diǎn)b在導(dǎo)線上的位置衡定不變。圖4-2-2為某一頻率時(shí)導(dǎo)線振動(dòng)的波形示意圖。O為波節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)線離開平衡位置OX軸的距離Ax稱為振幅，位移中最大者Am稱為最大振幅。試驗(yàn)表明，導(dǎo)線的振幅與導(dǎo)線的張力的大小有關(guān)。當(dāng)導(dǎo)線張力為其破壞張力的8%時(shí)，振幅接近于零；當(dāng)導(dǎo)線張力增加到其

10、破壞張力的10%15%時(shí)，振幅迅速增大；當(dāng)導(dǎo)線張力增加到其破壞張力的20%以后，振幅趨于飽和而變化很小。振幅的大小還與空氣氣流對(duì)導(dǎo)線的沖擊形式和氣流能量的大小有關(guān)，并與導(dǎo)線各股間的摩擦有關(guān)。波腹點(diǎn)的振幅與波長(zhǎng)有關(guān)，且在相當(dāng)于低頻率振動(dòng)又是最大波長(zhǎng)時(shí)的振幅最大。實(shí)際上，振幅一般不超過(guò)導(dǎo)線的直徑，最大振幅也不會(huì)超過(guò)導(dǎo)線直徑的23倍。在評(píng)價(jià)線夾出口處導(dǎo)線振動(dòng)彎曲程度時(shí)，以線夾出口處的振動(dòng)角來(lái)表示更為直觀。所謂振動(dòng)角是指導(dǎo)線振動(dòng)波的波節(jié)點(diǎn)處，導(dǎo)線對(duì)中心平衡位置的夾角，如圖4-2-2中的。顯然就是振動(dòng)波在波節(jié)點(diǎn)處的斜率角，且最大振幅時(shí)振動(dòng)角也最大。如果在運(yùn)行中測(cè)得距線夾出口處為x點(diǎn)的振幅為Ax，則可按下

11、式求得最大振動(dòng)角m為 （4-2-1）式中 m最大振動(dòng)角；振動(dòng)波波長(zhǎng)，m； Ax測(cè)量點(diǎn)振動(dòng)波的振幅，m；x測(cè)量點(diǎn)與線夾出口處的距離，m。運(yùn)行的線路上，導(dǎo)線的振動(dòng)角一般在3050之間，當(dāng)振動(dòng)特別強(qiáng)烈時(shí)接近1°。這樣大的振動(dòng)角，不需要很長(zhǎng)時(shí)間就會(huì)使導(dǎo)線斷股。因此一般架空輸電線路均需采取防振措施，且在導(dǎo)線緊線后應(yīng)盡快安裝防振器具，以使導(dǎo)線的振動(dòng)角減小到允許范圍之內(nèi)。導(dǎo)線的允許振動(dòng)角如表4-2-1，這是衡量振動(dòng)的嚴(yán)重程度和評(píng)價(jià)防振裝置的防振效果的標(biāo)準(zhǔn)。表4-2-1 導(dǎo)線的允許振動(dòng)角平均運(yùn)行張力允許振動(dòng)角（）25%Tp25%Tp1052. 導(dǎo)線的振動(dòng)頻率和波長(zhǎng)。引起導(dǎo)線振動(dòng)的原因是氣流漩渦交替變

12、化的頻率與導(dǎo)線的固有自振頻率相等而發(fā)生共振。根據(jù)試驗(yàn)，當(dāng)導(dǎo)線受到穩(wěn)定的微風(fēng)作用時(shí)，氣流漩渦的交替變化頻率與風(fēng)速和導(dǎo)線直徑有關(guān)，其頻率可由下式確定 （4-2-2）式中fF氣流漩渦的交替變化頻率，Hz； v風(fēng)速，m/s；d導(dǎo)線直徑，mm；s司脫羅哈數(shù)，s=185210，一般取200。一個(gè)物體在振動(dòng)過(guò)程中，如果沒(méi)有能夠影響它振動(dòng)的力去干擾它，那么它振動(dòng)的振幅將保持不變，并只在回復(fù)力的作用下永遠(yuǎn)繼續(xù)下去，這樣的振動(dòng)叫自由振動(dòng)。物體作自由振動(dòng)的頻率叫物體的固有自振頻率。固有自振頻率是由組成物體的系統(tǒng)本身決定的。輸電線路的導(dǎo)線可以看成是兩端固定的一條弦線，它的固有自振頻率可以下式表示（4-2-3）或 （4

13、-2-4）式中fD導(dǎo)線的固有自振頻率，Hz；導(dǎo)線的張力，；導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的重力，/m；p1導(dǎo)線的自重單位荷載，N/m。導(dǎo)線的振動(dòng)是在氣流漩渦引起的上下交變的沖力作用下維持的振動(dòng)，因此是一種受迫振動(dòng)。物體作受迫振動(dòng)時(shí)，其振動(dòng)頻率總是等于策動(dòng)力的頻率，它的振幅與其固有自振頻率和策動(dòng)力的頻率有關(guān)，當(dāng)物體的固有自振頻率和策動(dòng)力的頻率相等時(shí)，其振動(dòng)的振幅最大，這種現(xiàn)象稱為共振。我們所說(shuō)的導(dǎo)線振動(dòng)，就是指導(dǎo)線固有自振頻率和氣流漩渦的交替變化頻率相等時(shí)的振動(dòng)，即fF =fD。由fF和fD計(jì)算式可知，導(dǎo)線固有自振頻率fD和導(dǎo)線張力T有關(guān)，隨著張力的變化，導(dǎo)線有不同的固有自振頻率。而氣流漩渦的交替變化頻率fF與風(fēng)

14、速有關(guān)。因此，當(dāng)氣流漩渦的交替變化頻率fF與導(dǎo)線某一固有自振頻率fD相等時(shí)，導(dǎo)線在該頻率下產(chǎn)生共振，此時(shí)振幅達(dá)到最大值。當(dāng)風(fēng)速變化致使fF變化時(shí)，振幅將有所下降，同時(shí)導(dǎo)線張力也有所變化，導(dǎo)致固有自振頻率也隨之變化，有可能在另一頻率下又實(shí)現(xiàn)fF =fD，產(chǎn)生新的共振。因此，導(dǎo)線振動(dòng)的頻率不是唯一的。根據(jù)共振的條件fF =fD，可以求出導(dǎo)線振動(dòng)的波長(zhǎng)為 （4-2-5）振動(dòng)的半波長(zhǎng)為 （4-2-6）三、影響導(dǎo)線振動(dòng)的因素影響導(dǎo)線振動(dòng)的因素主要有：風(fēng)速、風(fēng)向、檔距、懸點(diǎn)高度、導(dǎo)線直徑和張力以及地形、地物等。1. 風(fēng)的影響。引起振動(dòng)的基本因素是均勻穩(wěn)定的微風(fēng)。因?yàn)橐环矫鎸?dǎo)線振動(dòng)的產(chǎn)生和維持需要一定的能量

15、（克服空氣阻力、導(dǎo)線股線間的摩擦力等所需的最小能量），而這些能量需由氣流漩渦對(duì)導(dǎo)線的沖擊能量轉(zhuǎn)化而來(lái)。一般產(chǎn)生導(dǎo)線振動(dòng)的最小風(fēng)速可取0.50.8m/s，風(fēng)速再小就不會(huì)發(fā)生振動(dòng)。另一方面，維持導(dǎo)線的持續(xù)振動(dòng)，其振動(dòng)頻率必須相對(duì)穩(wěn)定，也即要求風(fēng)速應(yīng)具有一定的均勻性。如果風(fēng)速不規(guī)則地大幅度變化，則導(dǎo)線不可能形成持續(xù)的振動(dòng)，甚至不發(fā)生振動(dòng)。影響風(fēng)速均勻性的因素有風(fēng)速的大小、導(dǎo)線離地面高度、檔距、風(fēng)向和地貌等。當(dāng)風(fēng)速較大時(shí)，由于和地面摩擦加劇，使地面以上一定高度范圍內(nèi)的風(fēng)速均勻性遭到破壞。如果檔距增大，則為保證導(dǎo)線對(duì)地距離，導(dǎo)線懸掛點(diǎn)必然增高。離地面越高，風(fēng)速受地貌的影響越小，均勻性越好。所以必須適當(dāng)選

16、擇引起導(dǎo)線振動(dòng)的風(fēng)速范圍，防振設(shè)計(jì)中一般取表4-2-2所列數(shù)值。表4-2-2 引起導(dǎo)線振動(dòng)的風(fēng)速范圍檔距（m）懸掛點(diǎn)高度（m）風(fēng)速范圍（m/s）下限 vn上限 vm1502503004505007007001000122540700.50.50.50.54.05.06.08.0根據(jù)在平原開闊地區(qū)的觀察結(jié)果表明，當(dāng)風(fēng)向和線路方向成45°90°夾角時(shí)，導(dǎo)線產(chǎn)生穩(wěn)定振動(dòng)；在30°45°時(shí)，振動(dòng)的穩(wěn)定性較??；夾角小于20°時(shí)，則很少出現(xiàn)振動(dòng)。2. 導(dǎo)線的直徑和檔距的影響。由波長(zhǎng)計(jì)算式（4-2-5）可知，振動(dòng)波的波長(zhǎng)和導(dǎo)線直徑有關(guān)；另一方面在振動(dòng)過(guò)程中，

17、檔距l(xiāng)中振動(dòng)波的半波數(shù)n為整數(shù)，即則 將上式代入式（4-2-6）可得即當(dāng)風(fēng)速和導(dǎo)線張力不變時(shí)有。由此可知，檔距越大、導(dǎo)線直徑越小，檔中形成完整半波數(shù)的機(jī)會(huì)越多，導(dǎo)線振動(dòng)程度也越嚴(yán)重。實(shí)際觀測(cè)證實(shí)：檔距小于100m時(shí)，很少見(jiàn)到振動(dòng)；檔距在120m以上時(shí)，導(dǎo)線振動(dòng)就多了一些；在跨越河流、山谷等桿塔高檔距大的地方，可以觀測(cè)到較強(qiáng)烈的振動(dòng)。綜上所述，一般開闊地區(qū)易產(chǎn)生平穩(wěn)、均勻的氣流，因此，凡輸電線路通過(guò)平原、沼澤地、漫崗、橫跨河流、湖泊、海峽、曠野和平坦的風(fēng)道，就認(rèn)為是易振區(qū)，且線路走向和全年主導(dǎo)風(fēng)向垂直或夾角大于45°時(shí)，有較強(qiáng)的振動(dòng)。 3. 張力對(duì)振動(dòng)的影響。由前述已知，導(dǎo)線的張力是影

18、響導(dǎo)線振動(dòng)烈度的關(guān)鍵因素，且對(duì)導(dǎo)線振動(dòng)的頻帶寬度有直接影響。靜態(tài)張力越大，振動(dòng)的頻帶寬度越寬，越容易產(chǎn)生振動(dòng)。另一方面，導(dǎo)線長(zhǎng)期受振動(dòng)的脈動(dòng)力作用，相當(dāng)于一個(gè)動(dòng)態(tài)張力疊加在導(dǎo)線的靜態(tài)張力上，而導(dǎo)線的最大允許張力是一定的。由此可見(jiàn)，靜態(tài)張力越大，振動(dòng)越厲害，動(dòng)態(tài)張力越大，對(duì)線路的危害越嚴(yán)重。而且，隨著靜態(tài)張力的增大，導(dǎo)線本身對(duì)振動(dòng)的阻尼作用顯著降低，更加重了振動(dòng)的烈度，更易使導(dǎo)線疲勞，引起斷線斷股事故。4. 懸掛點(diǎn)高度和檔距的影響。一般情況下，能引起振動(dòng)的風(fēng)速范圍是0.510m/s，導(dǎo)線的懸掛點(diǎn)愈高，則吹向?qū)Ь€的風(fēng)受到地面摩擦的影響就愈小，對(duì)風(fēng)的均勻性的破壞就愈弱。在平坦開闊地區(qū)，大跨越檔距的風(fēng)

19、速上限值可達(dá)到10m/s以上，一般線路的風(fēng)速上限值為46m/s。 風(fēng)速上限值與懸掛點(diǎn)高度的關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式為 vm=0.0667h+3.33 (h>12m) （4-2-7） 而風(fēng)速上限值與檔距的關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式為vm =0.04(l/100)²+4 (l>250m) (4-2-8)式中 vm風(fēng)速上限值，m/s；h，l導(dǎo)線的懸掛點(diǎn)高度，檔距，m；0.0667，0.04經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，1/s；3.33，4經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，m。在線路設(shè)計(jì)考慮防振問(wèn)題時(shí)，選擇一個(gè)導(dǎo)線長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中運(yùn)行時(shí)間最多，最有代表性的氣象條件，即年平均氣溫，并規(guī)定這個(gè)氣象條件下導(dǎo)線的實(shí)際張力不得超過(guò)某一規(guī)定值，即年平均運(yùn)行張

20、力。鋁鋼截面比不小于4.29的鋼芯鋁絞線或鍍鋅鋼絞線的年平均運(yùn)行張力上限和相應(yīng)的防振措施的規(guī)定如表4-2-3所示；導(dǎo)線和地線的年平均運(yùn)行張力上限和相應(yīng)的防振措施，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐倪\(yùn)行經(jīng)驗(yàn)確定，也可采用制造廠提供的技術(shù)資料，必要時(shí)通過(guò)試驗(yàn)確定。表4-2-3 架空輸電線路的導(dǎo)線和地線的年平均運(yùn)行張力上限和防振措施情 況防振措施年平均運(yùn)行張力上限(瞬時(shí)破壞張力%)鋼芯鋁絞線鋼絞線檔距不超過(guò)500m的開闊地區(qū)不需要1612檔距不超過(guò)500m的非開闊地區(qū)不需要1818檔距不超過(guò)120m不需要1818不論檔距大小護(hù)線條22不論檔距大小防振錘(阻尼線)或另加護(hù)線條2525大跨越檔風(fēng)的輸入能量大及導(dǎo)線運(yùn)行張力大，

21、因?qū)Ь€的自阻尼吸收能力小，也容易引起振動(dòng)，經(jīng)常導(dǎo)致導(dǎo)線股的疲勞破壞和使金具、絕緣子損傷，所以需要加強(qiáng)防振措施。5. 地區(qū)、地理?xiàng)l件的影響。當(dāng)線路經(jīng)過(guò)開闊、平坦地區(qū)，地面對(duì)氣流的擾動(dòng)程度小，氣流的均勻性不易被破壞，因而容易引起導(dǎo)線的振動(dòng)。當(dāng)線路經(jīng)過(guò)地區(qū)接近建筑物、森林時(shí)，由于這些物體的屏蔽作用，會(huì)影響到風(fēng)的方向改變、風(fēng)速減小，甚至擾亂不大的風(fēng)速。因此，風(fēng)速的上限值就會(huì)下降，引起導(dǎo)線振動(dòng)的風(fēng)速相應(yīng)減小，從而導(dǎo)線振動(dòng)的延續(xù)時(shí)間及振幅都相應(yīng)地減小，甚至導(dǎo)線不振動(dòng)，起著防止導(dǎo)線振動(dòng)的作用。但是，將它作為線路的保護(hù)措施意義不大。因此，除個(gè)別穿過(guò)大森林區(qū)或大城市的線路外，一般不考慮這一有利因素。如果線路的個(gè)

22、別檔距或線路路徑在風(fēng)口上，或跨江、河、湖泊地帶時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)防振措施，以確保線路的安全運(yùn)行。第三節(jié) 導(dǎo)線和地線的振動(dòng)方程式一、導(dǎo)線和地線振動(dòng)的波動(dòng)方程在風(fēng)力作用下，導(dǎo)線振動(dòng)的規(guī)律是以其內(nèi)因?yàn)榛A(chǔ)的。架空線路是由導(dǎo)線、線夾、絕緣子串和桿塔等連在一起的復(fù)雜系統(tǒng)，要建立一個(gè)包含各方面因素的確切方程式是比較困難的。因此，從工程實(shí)際出發(fā)，需要對(duì)問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化。檔距與導(dǎo)線直徑相比，數(shù)值相差懸殊，因此，導(dǎo)線的剛度和阻尼對(duì)振動(dòng)影響較小，故對(duì)于一般自由檔距內(nèi)的導(dǎo)線振動(dòng)，在第一次近似計(jì)算中，可按照弦振動(dòng)理論來(lái)處理。圖4-3-1中，檔距長(zhǎng)度為l，導(dǎo)線張力為T，在彎曲不大時(shí)，可認(rèn)為張力沿導(dǎo)線軸線方向不變。取一微段導(dǎo)線長(zhǎng)度為

23、dx，導(dǎo)線垂直于x方向的位移為y，單位長(zhǎng)度重力為G，把弦上任一點(diǎn)運(yùn)動(dòng)看成小弧段dx的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)其受力特點(diǎn)，由慣性力可寫成下式圖4-3-1 無(wú)阻尼導(dǎo)線 （4-3-1）式中，a為導(dǎo)線上任一點(diǎn)在y方向運(yùn)動(dòng)的加速度。式（4-3-1）又可寫成 （4-3-2）式中g(shù)是重力加速度。方程式左邊方括號(hào)內(nèi)的量是由于x產(chǎn)生了dx的變化而引起的的改變量，可用微分近似來(lái)代替，即 （4-3-3）將（式（4-3-3）右端的值代入式（4-3-2）的方括號(hào)內(nèi)，得兩端除以，得因?yàn)樵趶埩^大時(shí)，弦振動(dòng)的加速度比重力加速度g大很多，所以上式右端g可略去不計(jì)，得 （4-3-4） （4-3-5）式中 v振動(dòng)波沿導(dǎo)線傳播速度；其它符號(hào)意義

24、同前。式（4-3-4）就是弦振動(dòng)的微分方程，稱為一維波的波動(dòng)方程。2、 導(dǎo)線和地線的自由振動(dòng)方程圖4-3-2 導(dǎo)線振動(dòng)波形通常認(rèn)為，導(dǎo)線在振動(dòng)過(guò)程中，其懸掛點(diǎn)固定不動(dòng)。因此，可將導(dǎo)線的自由振動(dòng)和有界弦的振動(dòng)看成是相類似的。設(shè)架空線路在一檔內(nèi)的導(dǎo)線長(zhǎng)度為L(zhǎng)，坐標(biāo)原點(diǎn)選在檔距左端的導(dǎo)線懸掛點(diǎn)處，如圖4-3-2，則導(dǎo)線在振動(dòng)時(shí)的邊界條件為：y(0,t)=0，yx=0=0；y(L,t)=0，yx=L=0。解方程（4-3-4）還需要知道初始條件，一般給出t=0時(shí)，弦振動(dòng)的初始位移和初速度。我們討論導(dǎo)線的振動(dòng)問(wèn)題，主要了解振動(dòng)的基本規(guī)律（如波長(zhǎng)、頻率、振幅等），并不十分關(guān)注每一瞬時(shí)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。給出初始條件

25、時(shí)，可使問(wèn)題簡(jiǎn)化。例如，假設(shè)初位移為y(x,t)t=0=(x)=0，則初速度為 （4-3-6）上述假設(shè)意味著在t=0時(shí)開始振動(dòng)，這只影響最后解答中導(dǎo)線振動(dòng)的初相位。根據(jù)以上討論，歸結(jié)為解下列問(wèn)題 （4-3-7）用分離變量法解這個(gè)問(wèn)題。求方程（4-3-4）的分離變量形式y(tǒng)(x,t)=X(x)T(t)的非零解，并滿足式（4-3-7）的齊次邊界條件。上式中X(x)、T(t)分別表示僅與x、t有關(guān)的待定函數(shù)。把和代入式（4-3-4）中，得 （4-3-8）上式左邊是x的函數(shù)，右邊是t的函數(shù)，故當(dāng)它們均為常數(shù)時(shí)才相等，令此常數(shù)為，則式（4-3-8）為或 （4-3-9） （4-3-10）利用邊界條件式（4-

26、3-7）得y(0,t)=X(0)T(0)=0；y(L,t)=X(0)T(t)=0。由于T(t)0（若T(t)=0，得到零解，非為所求），故得X(0)=X(L)=0 (4-3-11)當(dāng)為非零的實(shí)數(shù)時(shí)，2>0，此時(shí)式（4-3-9）的通解為 （4-3-12）將邊界條件或式（4-3-10）代入上式可得到A=0，BsinL=0，由于B0（否則y也僅有零解），所以sinL=0，故 （n=1,2,3，···） （4-3-13）將值代入式（4-3-12）中，得（n=1,2,3，···） （4-3-14）將值代入式（4-3-10）中，得其通解為（

27、n=1,2,3，···） （4-3-15）根據(jù)給定的初始條件，yt=0=0，可得yt=0=X(x)T(t)t=0=0。由于X(x)0,所以T(t)t=0=0，可以定出常數(shù)Cn=0，則因而 （4-3-16）式（4-3-16）是導(dǎo)線作弦自由振動(dòng)時(shí)的方程式，它是方程（4-3-7）的特解，其中n為任意正整數(shù)。3、 導(dǎo)線自由振動(dòng)的波長(zhǎng)與頻率振動(dòng)波長(zhǎng)為 （4-3-17）將式（4-3-5）代入上式得 (Hz) （4-3-18）上三式中 y(x,t)某一振動(dòng)頻率下，n為正整數(shù)時(shí)，導(dǎo)線上任一點(diǎn)離開其平衡位置的位移，mm；A0某一頻率下波腹點(diǎn)的最大振幅，mm；fD導(dǎo)線的固有振動(dòng)頻率，

28、Hz；L一檔內(nèi)導(dǎo)線的長(zhǎng)度，m；波長(zhǎng)，m； T導(dǎo)線張力，N； G導(dǎo)線單位長(zhǎng)度質(zhì)量，kg/m； x距離，m； t時(shí)間，s。4、 導(dǎo)線振動(dòng)的波形在穩(wěn)定風(fēng)速的作用下，導(dǎo)線振動(dòng)的波形是沿導(dǎo)線呈駐波分布，如圖4-3-3所示。在振動(dòng)的過(guò)程中，同一頻率振動(dòng)波的波節(jié)和波腹的位置是固定不變的。圖4-3-3 導(dǎo)線振動(dòng)的駐波波形 第四節(jié) 導(dǎo)線和地線振動(dòng)的疲勞特性導(dǎo)線振動(dòng)時(shí)除承受靜態(tài)應(yīng)力外，還承受著動(dòng)態(tài)的交變應(yīng)力。在這種綜合應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線遠(yuǎn)低于瞬時(shí)破壞應(yīng)力時(shí)，就發(fā)生疲勞破斷。1、 導(dǎo)線和地線振動(dòng)破損處的受力狀況導(dǎo)線在懸掛點(diǎn)處，受到的綜合應(yīng)力最集中，而且振動(dòng)波在這里是一個(gè)必然的波節(jié)點(diǎn)。實(shí)踐證明，絕大多數(shù)振動(dòng)

29、斷股，都發(fā)生在線夾出口附近的最外層線股上。如果防振措施設(shè)計(jì)或安裝不合理，例如防振設(shè)備安裝在波節(jié)點(diǎn)附近，特別是波節(jié)點(diǎn)處，振動(dòng)斷股就可能發(fā)生在安裝防振設(shè)備的固定點(diǎn)附近。導(dǎo)線因疲勞破斷和拉伸破斷，兩者所產(chǎn)生的斷面形狀是截然不同的，疲勞破壞的斷面呈現(xiàn)尖銳的鋸齒狀棱緣，而拉伸破斷的斷面呈現(xiàn)逐漸變細(xì)的瓶口形狀。導(dǎo)線在懸掛點(diǎn)線夾出口處，所受到的應(yīng)力主要有如下兩種。 1. 導(dǎo)線和地線靜止拉力產(chǎn)生的直接拉應(yīng)力1該應(yīng)力是指導(dǎo)線在振動(dòng)過(guò)程中的拉應(yīng)力，由于振動(dòng)時(shí)的氣象情況很難預(yù)先確定，因此一般取導(dǎo)線的平均運(yùn)行拉應(yīng)力。對(duì)于鋼芯鋁絞線，鋁部和鋼部的應(yīng)力是按各自的彈性系數(shù)成正比分配的，在進(jìn)行疲勞試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)予以分別考慮。2.

30、 導(dǎo)線和地線振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)彎曲應(yīng)力2導(dǎo)線振動(dòng)時(shí)，其形狀是按式（4-3-16）作周期性的變化，每一段導(dǎo)線都在反復(fù)地彎曲（見(jiàn)圖4-4-1）。以導(dǎo)線中性層（軸線水平面）為界，其上下層鋁股承受著交變的拉、壓應(yīng)力。在一個(gè)振動(dòng)周期中，導(dǎo)線上下層的應(yīng)力狀態(tài)改變兩次，這就是動(dòng)態(tài)應(yīng)力。線夾附近的一小段導(dǎo)線，相當(dāng)于以線夾壓板固定點(diǎn)為支點(diǎn)的一段懸臂梁。根據(jù)美國(guó)電工與電子學(xué)會(huì)（IEEE)的試驗(yàn)研究，認(rèn)為距線夾出口89mm內(nèi)的導(dǎo)線，上述懸臂梁的假定原則是切合實(shí)際的。按照通常懸臂梁的彎曲理論，線夾出口處導(dǎo)線外層線股的最大應(yīng)變，基本上是在振動(dòng)時(shí)這段導(dǎo)線相對(duì)于線夾固定點(diǎn)的振幅（以下簡(jiǎn)稱為相對(duì)振幅）和從中性面至最遠(yuǎn)線股外緣距

31、離的函數(shù)。如果絞線各股之間沒(méi)有滑動(dòng)，即導(dǎo)線如同一根實(shí)心棒，則上述中性面至最遠(yuǎn)線股外緣距離，就是整個(gè)導(dǎo)線直徑d的一半。如果導(dǎo)線各線股之間沒(méi)有摩擦而可以自由滑動(dòng)時(shí)，則中性面至最遠(yuǎn)線股外緣的距離，將等于外層線股直徑d0的一半。實(shí)際情況，導(dǎo)線是介于以上兩個(gè)假定之間來(lái)進(jìn)行研究的。以下按照具有均勻分布荷載的懸臂梁理論，推導(dǎo)計(jì)算彎曲應(yīng)力的公式。圖4-4-1 振動(dòng)產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力導(dǎo)線在振動(dòng)時(shí)，需克服均勻荷載產(chǎn)生的彎曲變形，這時(shí)在線夾固定處產(chǎn)生的最大彎矩M（圖4-4-1）為 （N·mm） （4-4-1）式中 G單位長(zhǎng)度導(dǎo)線的均勻荷載，N/mm； l距線夾出口處導(dǎo)線的長(zhǎng)度，取89mm。 根據(jù)梁的變形理論，

32、當(dāng)梁彎曲變形時(shí)，距線夾出口處為x的任意斷面上的撓曲微分彎矩Mx的方程式為，由此得 積分一次，可求出任意處的彎曲變形的斜率為 （4-4-2）在上式中，當(dāng)x=0, ,可得積分常數(shù)，因此，對(duì)再積分一次，可得距線夾出口任意x處的相對(duì)振幅 （4-4-3） 在上式中，當(dāng)x=0, f=0,可得積分常數(shù)，因此，式（4-4-2）的，當(dāng)x=l=89mm時(shí)，可得距線夾出口為89mm處的相對(duì)振幅為(mm) (4-4-4)式中 E導(dǎo)線的彈性系數(shù)，MPa；J導(dǎo)線截面的慣性矩，mm4； 其它符號(hào)同前。由梁的彎曲主應(yīng)力公式，可得線夾出口處導(dǎo)線的彎曲應(yīng)力為2=Mb/J，代入式（4-4-1）得 （4-4-5）式中，b為中性面至最

33、遠(yuǎn)線股外緣的距離，由于振動(dòng)彎曲應(yīng)力是反復(fù)變化的，因此式中有正負(fù)號(hào)。根據(jù)美國(guó)IEEE學(xué)會(huì)的試驗(yàn)，鋼芯鋁絞線的b約為外層股線直徑d0的0.705倍，而l=89mm，則 （4-4-5）3. 導(dǎo)線振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的伸長(zhǎng)應(yīng)力3導(dǎo)線振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)波沿著導(dǎo)線往返傳播，改變了導(dǎo)線靜止時(shí)的形狀，這種幾何形狀的改變，會(huì)引起導(dǎo)線伸長(zhǎng)而產(chǎn)生伸長(zhǎng)應(yīng)力。由于振動(dòng)角很小，所以此應(yīng)力可忽略不計(jì)。4. 導(dǎo)線和地線重力引起的靜態(tài)彎曲應(yīng)力4一檔內(nèi)導(dǎo)線重力由兩側(cè)線夾固定點(diǎn)加以支持，同時(shí)使導(dǎo)線產(chǎn)生了弧垂。因此，在線夾出口處的導(dǎo)線承受了一個(gè)向下的靜態(tài)彎曲力矩，使上層線股產(chǎn)生拉應(yīng)力，下層線股產(chǎn)生壓應(yīng)力。該彎曲應(yīng)力方向是靜止不變的，與上述動(dòng)態(tài)彎曲應(yīng)

34、力截然不同。靜態(tài)彎曲應(yīng)力數(shù)值上雖然相當(dāng)可觀，但與靜態(tài)拉應(yīng)力相比仍然較小，對(duì)導(dǎo)線的不利影響以考慮在平均運(yùn)行應(yīng)力的范圍內(nèi)，一般已計(jì)及了這個(gè)因素。5. 導(dǎo)線和地線重力引起的在線夾處的剪應(yīng)力5半個(gè)垂直檔距的導(dǎo)線重力，完全由線夾支撐。因此，在導(dǎo)線出口處的導(dǎo)線截面上，承受著較大的靜態(tài)剪應(yīng)力。該應(yīng)力與上述各種應(yīng)力的方向彼此垂直。為減小此應(yīng)力，可通過(guò)護(hù)線條、預(yù)絞絲等來(lái)加強(qiáng)線夾出口處的導(dǎo)線強(qiáng)度和有效截面積。6. 線夾對(duì)導(dǎo)線和地線握力產(chǎn)生的壓應(yīng)力6一般懸垂線夾是通過(guò)壓板螺栓將導(dǎo)線緊緊握著的。這個(gè)握力使導(dǎo)線受到擠壓應(yīng)力，而在線夾壓板出口處使導(dǎo)線受到剪應(yīng)力。所以對(duì)線夾的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，必須考慮導(dǎo)線的防振要求。例如，線夾出口

35、的曲率應(yīng)大于導(dǎo)線振動(dòng)時(shí)可能出現(xiàn)的最大曲率，以保持表面光滑，握著力均等。雖然在線夾出口處，導(dǎo)線承受了各種應(yīng)力。實(shí)踐證明，導(dǎo)線的振動(dòng)損壞主要控制于導(dǎo)線的拉應(yīng)力1和動(dòng)態(tài)彎曲應(yīng)力2的組合，其它應(yīng)力是次要的。2、 導(dǎo)線和地線振動(dòng)的微應(yīng)變 導(dǎo)線振動(dòng)時(shí)，既然在線夾出口處產(chǎn)生了彎曲應(yīng)力，就必然會(huì)引起變形。由彎曲應(yīng)力2和導(dǎo)線的彈性系數(shù)E，便可算出線夾出口處、導(dǎo)線外層股線上的應(yīng)變量為：，將式（4-4-4）代入，得，即。再?gòu)氖剑?-4-3）得，代入式，得 （4-4-6）b=0.705d0和l=89mm的關(guān)系代入，得 （4-4-7）從式（4-4-6）可看出，應(yīng)變是一個(gè)無(wú)單位的比值。由于實(shí)際工程中測(cè)出的應(yīng)變很小，工程上

36、常以應(yīng)變量的百萬(wàn)分之一表示稱作微應(yīng)變并以作為相對(duì)單位，如以0代表微應(yīng)變，則0=×10-6。將這一關(guān)系代入式（4-4-7），得出微應(yīng)變的計(jì)算公式為 （4-4-8）式中，由于振動(dòng)時(shí)彎曲應(yīng)變是反復(fù)變化的，故有正負(fù)號(hào)。 三、導(dǎo)線和地線的疲勞極限設(shè)計(jì)線路時(shí)，雖然考慮了導(dǎo)線的極限抗拉強(qiáng)度，足以應(yīng)付在各種氣象情況下可能出現(xiàn)的最大靜態(tài)應(yīng)力而不致破壞，但是，許多線路上的導(dǎo)線，一經(jīng)發(fā)生振動(dòng)，就會(huì)在遠(yuǎn)低于其極限拉應(yīng)力的情況下，出現(xiàn)了破斷。導(dǎo)致這一嚴(yán)重后果的原因，在于導(dǎo)線承受交變動(dòng)態(tài)應(yīng)力時(shí)，導(dǎo)線材料發(fā)生了疲勞破壞。導(dǎo)線耐疲勞的能力與許多綜合性因素有關(guān)，其中最主要的是：導(dǎo)線的材料和構(gòu)造型式、振動(dòng)時(shí)彎曲應(yīng)力的大

37、小、振動(dòng)的累計(jì)次數(shù)、承受靜態(tài)綜合應(yīng)力的大小、以及固定方式等。如前所述，導(dǎo)線振動(dòng)的動(dòng)態(tài)彎曲應(yīng)力是疊加在許多靜態(tài)應(yīng)力上的。就導(dǎo)線實(shí)際受力而言，導(dǎo)線的平均靜態(tài)拉應(yīng)力，是各種靜態(tài)應(yīng)力中最主要的。故在衡量導(dǎo)線耐疲勞能力時(shí)，一般只考慮平均運(yùn)行應(yīng)力和振動(dòng)彎曲應(yīng)力的疊加作用。第五節(jié) 導(dǎo)線的防振措施一、防振措施根據(jù)引起振動(dòng)的原因及其影響因素和導(dǎo)線振動(dòng)破壞機(jī)理，考慮防振措施可從以下兩方面著手。1.設(shè)法防止和減弱振動(dòng)，方法有：1）設(shè)法從根本上消除引起振動(dòng)的條件。如線路路徑避開易振區(qū)，年平均運(yùn)行張力降低到不易發(fā)生振動(dòng)的程度等。但這些措施在實(shí)際工程中往往不易實(shí)現(xiàn)，甚至不可能。2）設(shè)法利用線路設(shè)備本身對(duì)導(dǎo)線的阻尼作用，以

38、減小導(dǎo)線的振動(dòng)。如采用柔性橫擔(dān)、偏心導(dǎo)線、防振線夾等。3）在導(dǎo)線上加裝防振裝置以吸收或減弱振動(dòng)能量，消除導(dǎo)線振動(dòng)對(duì)線路的危害。目前我國(guó)廣泛采用的防振裝置是防振錘和阻尼線。2.提高設(shè)備的耐振性能。因?yàn)閷?dǎo)線振動(dòng)對(duì)線路的危害主要是引起線夾出口處導(dǎo)線斷股斷線，所以提高耐振性能的措施主要有：圖4-5-1 錐形護(hù)線條組裝示意圖 圖4-5-2 打背線1）在線夾處給導(dǎo)線加裝護(hù)線條或打背線，以增加線夾出口附近導(dǎo)線的剛性，減少?gòu)澢鷳?yīng)力和磨損，同時(shí)也能對(duì)導(dǎo)線振動(dòng)起一定的阻尼作用。鋼芯鋁絞線常用的護(hù)線條型式有錐形護(hù)線條和預(yù)絞絲護(hù)線條。圖4-5-1為錐形護(hù)線條的組裝示意圖。打背線是用一段與導(dǎo)線材料相同的線材同導(dǎo)線一起安

39、裝于線夾中，并在其兩端與導(dǎo)線扎固在一起，如圖4-5-2所示。護(hù)線條應(yīng)按導(dǎo)線型號(hào)選用，打背線也不能在線夾出口處與背線端部之間進(jìn)行扎固，否則將在護(hù)線條或背線端部形成新的波節(jié)點(diǎn)，引起該處導(dǎo)線斷股斷線。2）改善線夾的耐振性能，如要求線夾能隨著導(dǎo)線的上下振動(dòng)而靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，減小導(dǎo)線在線夾出口處的彎曲應(yīng)力。3）在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件許可的情況下，盡可能降低導(dǎo)線的靜態(tài)張力。在實(shí)際工程中，根據(jù)需要可選用一種防振措施或兩種以上防振措施配合使用。如對(duì)一般輸電線路普遍采用防振錘防振；有些線路采用防振錘同時(shí)加裝護(hù)線條進(jìn)行防振；對(duì)500kV線路的重要跨越檔距，有時(shí)需專門設(shè)計(jì)一套綜合防振措施。如500kV平武輸電線路跨越漢江和長(zhǎng)江

40、段，跨越塔上的防震裝置是由導(dǎo)線線夾兩側(cè)各超出槽體鞍座500mm的16根預(yù)絞絲護(hù)線條、線夾兩側(cè)5個(gè)花邊狀弧垂的阻尼線、4只釋放型埋頭無(wú)暈防振錘組成。二、防振錘的安裝1. 防振錘的防振原理。最常用的防振錘形式如圖4-5-4(a)所示，它是由一段短的鋼絞線在其兩端各裝一個(gè)重錘，中間有專為裝于導(dǎo)線上使用的夾板組成。當(dāng)導(dǎo)線振動(dòng)時(shí)，夾板隨著導(dǎo)線上下移動(dòng)，由于兩端重錘具有較大的慣性而不能和夾板同步移動(dòng)，致使防振錘的鋼絞線不斷上下彎曲。重錘的阻尼作用減小了振動(dòng)的振幅，而鋼絞線的變形及股線間的摩擦則消耗了導(dǎo)線振動(dòng)傳給它的能量，從而減小了導(dǎo)線的振動(dòng)。導(dǎo)線振動(dòng)的振幅越大，防振錘的鋼絞線上下彎曲的撓度越大，則消耗的能

41、量越多。振幅減小，防振錘消耗的能量隨著下降，最后在能量平衡的條件下導(dǎo)線以很低的振幅振動(dòng)。這就是防振錘的防振原理，從中我們可以看出防振錘并不是防振，而是將振動(dòng)限制到無(wú)危險(xiǎn)的范圍。從防振錘的防振原理可見(jiàn)，要使防振錘最大限度地消耗導(dǎo)線振動(dòng)的能量，就要在選擇和安裝防振錘時(shí)，以防振錘的鋼絞線能產(chǎn)生最大撓度為原則。在選擇防振錘型號(hào)時(shí)，首先防振錘的固有自振頻率應(yīng)與導(dǎo)線可能發(fā)生的振動(dòng)頻率范圍相適應(yīng)；其次防振錘的重量要適當(dāng)，太輕則消振效果差，太重又可能在防振錘安裝位置形成新的波節(jié)點(diǎn)；另外還應(yīng)與導(dǎo)線型號(hào)相配合。防振錘型號(hào)及適用絞線直徑如表4-5-1。表4-5-1防振錘型號(hào)及適用絞線直徑用途防振錘型號(hào)絞線直徑(mm

42、)質(zhì)量(kg)用途防振錘型號(hào)絞線直徑(mm)質(zhì)量(kg)導(dǎo)線FD-17.59.61.50地線FG-357.81.80FD-210.814.02.40FG-509.09.62.40FD-314.517.54.50FG-7011.011.54.20FD-418.122.05.60FG-10011.613.05.90FD-523.029.07.20FD-629.135.08.602. 防振錘安裝位置的確定。在確定防振錘安裝位置時(shí)，因?yàn)閷?dǎo)線的振動(dòng)是沿整檔導(dǎo)線呈駐波分布的，無(wú)論何種頻率的振動(dòng)，導(dǎo)線懸掛點(diǎn)處均為一固定的波節(jié)點(diǎn)，因此防振錘應(yīng)安裝在懸掛點(diǎn)附近；另外，防振錘應(yīng)安裝在波腹點(diǎn)附近，這樣防振錘甩動(dòng)幅度

43、最大，消耗振動(dòng)能量最多。然而，導(dǎo)線振動(dòng)的頻率和波長(zhǎng)并非是唯一的，而是在一定范圍內(nèi)變化，為使防振錘的安裝能對(duì)各種頻率和波長(zhǎng)的振動(dòng)都能發(fā)揮一定的防振作用，就應(yīng)照顧到出現(xiàn)最大及最小半波長(zhǎng)時(shí)，都能起到一定的防振作用，如此自然對(duì)中間波長(zhǎng)的振動(dòng)具有更好的防振效果。圖4-5-3 防振錘安裝位置示意圖綜上所述，當(dāng)安裝一個(gè)防振錘時(shí)，其安裝位置的確定原則是：在最大波長(zhǎng)和最小波長(zhǎng)情況下防振錘的安裝位置在線夾出口處第一個(gè)半波范圍內(nèi)，并對(duì)這兩種波長(zhǎng)的波節(jié)點(diǎn)或波腹點(diǎn)具有相同的接近程度，即在這兩種情況下，防振錘安裝點(diǎn)的相角的正弦絕對(duì)值相等。即sinm=sinn，如圖4-5-3所示。根據(jù)上述原則，可以推得防振錘安裝距離計(jì)算式

44、為 （4-5-1）式中 （4-5-2） （4-5-3）將式（4-5-2）、（4-5-3）代人式（4-5-1） （4-5-4） 式中 b防振錘的安裝距離，m；m振動(dòng)波的最大波長(zhǎng)，m；n振動(dòng)波的最小波長(zhǎng)，m；Tn最高氣溫時(shí)的導(dǎo)線張力，N；Tm最低氣溫時(shí)的導(dǎo)線張力，N；9.8重力加速度，m/s²；d導(dǎo)線直徑，mm；p1導(dǎo)線自重單位荷載，N/m； vn振動(dòng)的下限風(fēng)速，m/s，一般取0.5 m/s；vm振動(dòng)的上限風(fēng)速，m/s，當(dāng)懸掛點(diǎn)高度h12m或檔距l(xiāng)250m時(shí)，vm =4.0 m/s，當(dāng)懸掛點(diǎn)高度h12m或檔距l(xiāng)>250m時(shí)，按式（4-2-7）計(jì)算。圖4-5-4 防振錘安裝圖防振錘的

45、安裝距離b，對(duì)懸垂線夾和一般輕型螺栓式或壓接式耐張線夾來(lái)說(shuō)，是指自線夾出口至防振錘夾板中心間的距離，如圖4-5-4（b）、(c)所示。當(dāng)導(dǎo)線檔距較大，懸掛點(diǎn)高度較高，風(fēng)的輸入能量很大而使導(dǎo)線振動(dòng)強(qiáng)烈時(shí)，安裝一個(gè)防振錘不足以將此能量消耗至足夠低的水平，這時(shí)就需裝多個(gè)防振錘。實(shí)際工程中，檔距兩側(cè)各需安裝的防振錘個(gè)數(shù)一般可按表4-5-2確定。表4-5-2 防振錘安裝個(gè)數(shù)導(dǎo)線直徑(mm)檔距范圍（m）<12300300600600900122235035070070010002237.14504508008001200防振錘安裝個(gè)數(shù)1233多個(gè)防振錘的安裝距離等距離安裝。一般輸電線路上多個(gè)防振錘

46、均按等距離安裝，即按前述方法計(jì)算得第一個(gè)防振錘的安裝距離b，則第二個(gè)為2b，第三個(gè)為3b，如圖4-5-4所示。這種安裝方法的第一個(gè)防振錘一定在第一個(gè)最小半波內(nèi)，但其它防振錘就不一定在最小半波，可能會(huì)裝在節(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)附近而不能起到防振作用。不等距離安裝。在高桿塔、大跨越的線路上，由于風(fēng)速上限值vm較大，由式（4-5-2）、（4-5-3）看出m /2n /2，因此，m /2+n /2m /2，式（4-5-1）可寫成 （4-5-5）由式（4-5-5）看出，第一個(gè)防振錘恰好安裝在最小波的波節(jié)點(diǎn)位置上，如果多個(gè)防振錘都按等距b安裝，則所有防振錘都安裝在最小波的波節(jié)點(diǎn)上。安裝在波節(jié)點(diǎn)上的防振錘不但起不到防振

47、作用，還會(huì)起相反的作用，不利于線路的安全運(yùn)行。為了避免等距離安裝時(shí)防振錘安裝在節(jié)點(diǎn)上起反作用的問(wèn)題，多個(gè)防振錘可采用不等距離安裝。當(dāng)需要安裝兩個(gè)防振錘時(shí)，第一、二個(gè)防振錘的安裝距離分別b1=1.05n /2，b2=1.6n /2，即第一個(gè)防振錘處于最小半波長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)附近，第二個(gè)防振錘處于最小半波長(zhǎng)波腹附近。當(dāng)需要安裝兩個(gè)以上的防振錘時(shí)，可采用下式計(jì)算 （4-5-6）式中 i防振錘序號(hào)；n應(yīng)安裝防振錘的總個(gè)數(shù)； 其它符號(hào)意義同前。三、 阻尼線的安裝圖4-5-5 阻尼線安裝示意圖阻尼線是一種消振性能很好的防振裝置，它采用一段撓性較好的鋼絲繩或與導(dǎo)線同型號(hào)的絞線，平行地敷設(shè)在導(dǎo)線下面，并在適當(dāng)?shù)奈恢糜肬

48、形夾子或綁扎方法與導(dǎo)線固定，沿導(dǎo)線在線夾兩側(cè)形成遞減型垂直花邊波浪線，如圖4-5-5所示。阻尼線的防振原理，一方面相當(dāng)于多個(gè)聯(lián)合防振錘，使一部分振動(dòng)能量被架空導(dǎo)線本身和阻尼線股之間的摩擦所消耗，另一方面，在阻尼線花邊的連結(jié)點(diǎn)處，使振動(dòng)傳來(lái)的能量產(chǎn)生分流，振動(dòng)波在折射（并有少量反射）過(guò)程中能量被消耗，并有部分通過(guò)花邊傳到了線夾另一側(cè)，因此，傳遞至線夾出口處的振動(dòng)能量很小。阻尼線取材方便、重力小、頻率特性寬。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，低頻率振動(dòng)時(shí)，防振錘的效果較好，高頻率振動(dòng)時(shí)，阻尼線的消振效果較好。從前面分析可知，導(dǎo)線直徑小，懸掛點(diǎn)高，導(dǎo)線的振動(dòng)頻率高。所以阻尼線適合于小截面導(dǎo)線的防振。對(duì)大跨越檔距，往往采

49、用阻尼線加防振錘的聯(lián)合防振措施，以充分發(fā)揮各自的長(zhǎng)處。阻尼線的扎固點(diǎn)，應(yīng)考慮導(dǎo)線發(fā)生最大和最小振動(dòng)波長(zhǎng)時(shí)均能起到消振作用。當(dāng)扎固點(diǎn)位于波腹點(diǎn)或兩個(gè)相鄰綁扎點(diǎn)的相對(duì)變位最大時(shí)消振性能最好。所以阻尼線扎固點(diǎn)到線夾中心的距離可按下式確定 （4-5-7）式中符號(hào)意義見(jiàn)圖4-5-5和式（4-5-2）（4-5-4）。阻尼線花邊的個(gè)數(shù)，一般隨檔距的大小而定。對(duì)一般的檔距，懸點(diǎn)每側(cè)采用兩個(gè)花邊（三個(gè)扎固點(diǎn)）；檔距500m以上采用35個(gè)花邊?；ㄟ吇〈沟拇笮?duì)消振效果影響不大，一般取50100mm。從工藝上要求，一般各花邊的弧垂按圖4-5-5形式布置，并做成線夾兩側(cè)對(duì)稱?！纠?-5-1】某架空輸電線路中，有一個(gè)耐

50、張段各檔檔距分別為200、360、273m，導(dǎo)線為L(zhǎng)GJ-95/20型，導(dǎo)線直徑為13.87mm，自重單位荷載p1=4.0099 N/m，代表檔距l(xiāng)0=300 m。已知導(dǎo)線最高氣溫時(shí)的張力為7812 N，最低氣溫時(shí)的張力為11333 N。試選防振錘型號(hào)、安裝距離并統(tǒng)計(jì)該耐張段所需防振錘個(gè)數(shù)。解：由表4-5-1，選用FD-2型防振錘。用Excel工作表計(jì)算的結(jié)果如表4-5-3表4-5-3l(m)200360273Tm(N)113331133311333Tn(N)781278127812vm(m/s)4.0004.5184.298=IF(l<250,4,(IF(l>=250,4+0.0

51、4*(l/100)2)vn(m/s)0.50.50.5p1(N/m)4.00994.00994.0099d(mm)13.8713.8713.87b(m)1.0860.9721.017=0.00783*d*( Tn / p1)0.5/( vm + vn*( Tn / Tm)0.5)由表4-5-2，該耐張段的防振錘數(shù)和安裝距離如表4-5-4。表4-5-4防振錘安裝表?xiàng)U號(hào)1234檔距（m）200360273防振錘個(gè)數(shù)336633安裝距離（m）1.090.971.02第六節(jié) 分裂導(dǎo)線的防振分裂導(dǎo)線是用間隔棒把幾根子導(dǎo)線連接成一束，在發(fā)生振動(dòng)時(shí)，子導(dǎo)線互相牽制而起到破壞諧振條件的阻尼作用，其振動(dòng)水平與單導(dǎo)線相比約為分裂根數(shù)n的1/n。因此，只有在檔距較大時(shí)才在各子導(dǎo)線上安裝防振錘，防振錘的安裝距離的計(jì)算方法如上節(jié)所述。GB50545 -2010110750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)定：“4分裂及以上導(dǎo)線采用阻尼間隔棒時(shí)，檔距在500m及以下可不再采用其它防振措施，阻尼間隔棒宜不等距、不對(duì)稱布置。導(dǎo)線最大次檔距不宜大于70m，端次檔距宜控制在28m35m”。間隔棒的作用是防止子導(dǎo)線之間的鞭擊、抑止微風(fēng)振動(dòng)和次檔距振蕩。導(dǎo)線上