寧東直流輸電線路黃河大跨越導、地線防振試驗研究

摘要：以寧東-山東±660kV直流輸電線路示范工程黃河大跨越段為研究對象，對微風振動機理及防治方法進行了深入的研究。從五個方面對大跨越的多種不同的防振方案進行了試驗研究，并推薦了合理的防振方案，它們均小于最大允許值，具有一定的安全裕度。

關鍵詞：直流輸電線路 大跨越 防振

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2011）12（c）-0000-00

引言

大跨越工程具有檔距大、懸掛點高、所處地形開闊等特點，水面上空易形成層流風，其微風振動可使導線線股產生交變的應力。若振動水平太大，容易引起導線疲勞斷股或金具損壞，嚴重威脅著輸電線路的安全，需根據大跨越的設計條件進行防振裝置試驗研究。本文以寧東-山東±660kV直流輸電線路示范工程黃河大跨越段為研究對象，針對微風振動開展了理論和實驗研究，確定了合適的防振方案。

1 大跨越段概況

本文主要以寧東直流線路工程的黃河大跨越段為研究對象，該段線路長3.249km，跨越耐張段長度為3249m，采用耐－直－直－直－耐方式跨越，主跨檔為1237m，主跨越塔呼稱高112m。

該工程導線采用：4×AACSR/EST-500/230（子導線間距500mm）型加強鋼芯鋁合金絞線；地線采用：JLB14-240鋁包鋼絞線和OPGW-240光纜(24芯)。

2 防振試驗的基本原理

防振試驗研究基于能量平衡原理，可用下式表示：

Pw=Pc+Pd+Ps （1）

式中：Pw ——風能功率，mW/m；

PC ——導線自阻尼消耗功率，mW/m；

Pd ——防振裝置消耗功率，mW/m；

PS ——阻尼間隔棒消耗功率，mW/m。

2.1 風能曲線的選取

從安全的角度考慮，本文的數據處理選用Slethei風能曲線。迎風側子導線吸收的風能用Slethei 風能曲線來計算，背風側子導線吸收的風能采用修正后的Slethei 風能曲線來計算。

2.2 導線自阻尼數據的擬合方法

導線自阻尼試驗方法采用IEEE 中使用的功率法。為便于數據處理，將其擬合成解析式，如下式：

（2）

式中：Pc —導線吸收功率，mW/m；

f —導線振動頻率，Hz；

D —導線外徑，mm；

Y —導線波腹雙振幅，mm。

α，β 需通過試驗測定，擬合成頻率f 的多項式形式。

根據導線自阻尼試驗結果，應用能量平衡原理，可計算得到導線未安裝防振方案時的頻響特性曲線。

2.3 導線平均運行應力的取值

由大跨越工程設計技術規定，結合工程實際，本文導線平均運行應力取20%UTS。

3 導地線防振方案試驗

由于導線和地線在防振方案的設計上并無本質區別，現以導線為例，介紹其防振方案試驗。

3.1 防振方案的設計、試驗和優選

通過一定方法獲得導線自阻尼參數和防振錘特性后，結合工程的其他參數，進行導線防振方案設計，為試驗做準備。

試驗中采用Bate阻尼線+防振錘型式的防振方案。其微風振動試驗示意圖如圖1所示。

根據導線自阻尼特性、防振錘特性設計初始的防振方案，在導線上進行試驗，對試驗結果進行處理評價該防振方案的防振效果，做出是否改進的判斷，直到獲得滿足防振要求的防振方案為止。

4 防振試驗研究及分析

4.1 自阻尼特性試驗

導線和地線的自阻尼特性試驗采用功率法。為便于使用，對導線自阻尼試驗數據進行擬合，得到導線自阻尼解析表達式與式(2)相同，參數如下：

對于導線：α＝1.213274＋0.018405f

β＝-0.009264＋0.108158f-0.00048f2

對于地線：α＝-0.002969+0.095222f-0.000765f2

β＝ 0.021539+0.080176f-0.000200f2

根據上式計算，可得出的導、地線自阻尼功率特性。

4.2 直線檔防振方案試驗及分析

根據阻尼線安裝數量和剝層情況不同，導線直線檔（1237m、1071m）分為三種不同的防振方案。三種方案的最大應變值如表1所示。

從表1和圖2中可以看出，安裝了防振裝置的導線的最大動彎應變大大降低，三個方案相比，方案一的效果整體更優，因此推薦方案一作為優選方案。

4.3 導線耐張檔防振方案試驗及分析

導線耐張檔（530m、411m）防振方案的設計思路同導線直線檔（1237m、1071m）的設計思路，具體分析過程在此不再贅述。

4.4 復核試驗及分析

為了更加接近實際情況，需對單導線上優選出的導線防振方案在四分裂導線上進行復核試驗。每根子導線試驗張力與單導線相同，子導線間距為500mm，試驗檔中安裝兩個阻尼間隔棒。

4.4.1 導線直線檔的復核試驗

將在單導線上優選得到的直線檔防振方案在四分裂導線上進行復核試驗，其頻響特性及最大動彎應變值見下圖、表。

（1）懸垂線夾出口處的最大動彎應變出現在頻率為24.74Hz時，為21με，滿足小于120με的防振要求，且有較大的安全裕度；

（2）阻尼線線夾出口處最大動彎應變出現在頻率為49.88Hz時，為52με，滿足小于120με的防振要求，且有較大的安全裕度；

（3）間隔棒線夾出口處的最大動彎應變出現在頻率為44.32Hz時，為28με，滿足小于120με的防振要求，且有較大的安全裕度。

由上述復核試驗的結果可知，優選的四分裂導線直線檔（1237m、1071m）防振方案可將導線的微風振動水平控制在安全范圍內，推薦工程使用。

由于篇幅有限，導線耐張檔的復核試驗的具體分析情況在此不做過多分析。

5 導、地線用防振錘功率特性試驗分析

5.1 試件

5.2 試驗條件

依據《防振錘技術條件和試驗方法》（DL/T 1099-2009），試驗在D-300-3型電動振動臺上進行。防振錘夾頭速度選用7.5cm/s。試驗頻率范圍為5～100Hz，線性掃描速度為0.2Hz/s。試驗數據由智能信號采集處理系統采集、處理。

5.3 導線用防振錘功率特性測試結果

由上述試驗結果可以得到本次導線用防振錘試件的諧振頻率及耗能水平。

地線用防振錘功率特性測試結果在此不再贅述。

5.4 試驗結果分析

（1）此次試驗的三種型號防振錘的諧振頻率的分散性均較小，符合標準的要求；

（2）此次試驗的三種型號防振錘的最大峰谷比均小于5，符合標準的要求；

（3）本次試驗結果表明，三種型號的防振錘性比較理想，能夠在防振方案中起到較好的效果。

6 研究取得的成果及應用

本文針對寧東直流輸電線路黃河大跨越設計條件，通過分析研究，推薦采用Bate阻尼線＋防振錘型式的聯合防振方案。根據多個防振方案的試驗結果，進行分析和優選，最終選出推薦方案供工程使用。

參考文獻

Lu， M. L.， Chan， J. K. An Efficient Algorithm for Aeolian Vibration of Single Conductor With Multiple Dampers[J]. Power Delivery， IEEE Transactions on， 2007， 22(3): 1822-1829.

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