預(yù)絞式防振錘的技術(shù)特性及其工程應(yīng)用

趙 強(qiáng)，劉連光，姚建生，仇 堅(jiān)，朱小強(qiáng)

（1.華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，北京 102206；2.江蘇天南電力器材有限公司，江蘇 如皋 226522）

輸電線路微風(fēng)振動(dòng)，可能引發(fā)導(dǎo)線斷股以及輸電線路斷線等惡性電力事故[1]。例如，新疆220 kV樓哈線投運(yùn)3年發(fā)生導(dǎo)線斷股事件300余處[2]，對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行造成了嚴(yán)重影響。有效抑制輸電線路的微風(fēng)振動(dòng)，是重要的研究課題。雖然絕大部分的輸電線路采用防振錘抑制微風(fēng)振動(dòng)，但由于防振錘的安裝位置改變或滑動(dòng)，可能導(dǎo)致防振錘失效。

針對(duì)傳統(tǒng)防振錘易滑移、安裝不便、能耗大等不足，現(xiàn)已研發(fā)了預(yù)絞式防振錘。本文主要分析預(yù)絞式防振錘的制造工藝、技術(shù)特性及工程應(yīng)用等情況。

1 防振錘原理與特性

1.1 防振錘原理

輸電線路的導(dǎo)線具有自阻尼[3]，對(duì)一定范圍內(nèi)的微風(fēng)振動(dòng)有抑制作用，但不能消除微風(fēng)振動(dòng)。采用防振錘抑制微風(fēng)振動(dòng)，是一種常用的措施[4]。使導(dǎo)線輸入風(fēng)能與整檔導(dǎo)線的自阻尼能耗和防振錘能耗相平衡[5]，消除導(dǎo)線振動(dòng)，其表達(dá)式為

式中，

Pw為導(dǎo)線輸入風(fēng)能；

Ps為導(dǎo)線自阻尼能耗；

Pd為防振錘能耗。

研究表明，導(dǎo)線自阻尼消耗能量與振幅2.5次方成正比，而輸入風(fēng)能基本與振幅一次方成正比，故加上防振錘消耗的能量，導(dǎo)線的振幅會(huì)大幅度下降，從而有效抑制微風(fēng)振動(dòng)[6]。

1.2 防振錘特性

架空線路加裝防振錘后，不僅導(dǎo)線振幅大為下降，并且能夠形成穩(wěn)定振動(dòng)的諧振頻率，要比無(wú)防振錘時(shí)的自然頻率稀疏得多，也就是說(shuō)安裝防振錘后，導(dǎo)線振動(dòng)的幾率大為降低，因此可有效防止導(dǎo)線振動(dòng)。

圖1 傳統(tǒng)防振錘實(shí)物圖

盡管傳統(tǒng)防振錘在抑制微風(fēng)振動(dòng)方面，取得了一定的效果，但其自身設(shè)計(jì)制造上的缺陷，也是不容忽視的。其垂體材料為鑄鐵，易生銹；且垂體有空隙，易積水積雪，而影響防振錘防振性能；線夾采用局部壓板夾緊設(shè)計(jì)，形成閉合回路，會(huì)產(chǎn)生渦流損耗，增加線路能耗。

此外，由于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)采用螺栓安裝，易在防振錘夾板及線夾處產(chǎn)生集中應(yīng)力，不僅會(huì)出現(xiàn)防振錘滑移現(xiàn)象，且交變的集中應(yīng)力，經(jīng)多次交替作用后，最終將導(dǎo)致導(dǎo)線疲勞斷股。

2 預(yù)絞式防振錘特性

安裝防振錘的作用，是用來(lái)降低微風(fēng)對(duì)導(dǎo)線的疲勞損害，所以當(dāng)防振錘產(chǎn)生滑移后，反而會(huì)對(duì)導(dǎo)線造成更大的損害，因此必須要確保合理的制造工藝，以及具備相應(yīng)的技術(shù)特性。

2.1 制造工藝

防振錘是由錘頭、鋼絞線及線夾組成的一種阻尼器，通過(guò)線夾懸掛在導(dǎo)線上。預(yù)絞式防振錘錘體采用特殊合金材料制造，不易生銹；鋼絞線采用30%鋁包鋼制造，可保證不傷害導(dǎo)線；線夾為鋁合金制造，采用上掛式全握結(jié)構(gòu)，施工時(shí)便于直接掛在導(dǎo)線上，效率很高。

預(yù)絞式防振錘如圖2所示。

圖2 預(yù)絞式防振錘實(shí)物圖

2.2 技術(shù)特性

（1）防積水。預(yù)絞式防振錘錘體圓滑無(wú)空隙，可以完全消除積水積冰積雪，不會(huì)因結(jié)冰導(dǎo)致產(chǎn)品總質(zhì)量發(fā)生變化，而影響產(chǎn)品的防振性能。

（2）防滑性。預(yù)絞式防振錘與傳統(tǒng)防振錘最大的區(qū)別，在于采用預(yù)絞絲安裝[7]，減小人為因素帶來(lái)的影響，預(yù)絞絲與導(dǎo)線間的握力均勻分散在30～60 mm長(zhǎng)度的區(qū)域上，避免了導(dǎo)線的應(yīng)力集中，消除了螺栓固定式防振錘安裝力矩不均勻、易滑移的缺陷。

（3）多頻諧振性。預(yù)絞式防振錘采用特制的小節(jié)距鋼絞線，兩端的重錘成狗骨頭形狀，并分別置于鋼絞線的前后兩側(cè)，形成一定的角度，兼顧了音叉型與扭矩型防振錘的優(yōu)點(diǎn)，其有4個(gè)諧振頻率，分別在10 Hz、35 Hz、50 Hz、75 Hz附近[8]。

（4）節(jié)能性。預(yù)絞式防振錘線夾為鋁合金制造，且采用開(kāi)口設(shè)計(jì)，避免了由于使用鋼鐵材料而產(chǎn)生的渦流損耗，同時(shí)，接觸面積的增大，也有效地減少了接觸電阻，減少了能量損耗[9]。

（5）抗疲勞性。此外，纏繞在導(dǎo)線上的預(yù)絞絲，增強(qiáng)了導(dǎo)線與防振錘接觸區(qū)域的彎曲剛度，削弱了在這些區(qū)域的動(dòng)態(tài)彎曲應(yīng)力[10]。在同等條件下，預(yù)絞式防振錘與傳統(tǒng)螺栓壓緊型防振錘相比，有效改善了導(dǎo)線在懸掛點(diǎn)的應(yīng)力環(huán)境，使導(dǎo)線所受的靜態(tài)壓應(yīng)力、夾應(yīng)力、彎曲應(yīng)力和動(dòng)態(tài)應(yīng)力大大減小，延長(zhǎng)了導(dǎo)線的抗疲勞特性和使用壽命，具有很高的性價(jià)比。

3 預(yù)絞式防振錘選型

表1列出了6種適應(yīng)不同型號(hào)導(dǎo)、地線的預(yù)絞式防振錘。

表1 預(yù)絞式防振錘型號(hào)

上述預(yù)絞式防振錘，經(jīng)過(guò)1 000 kV交流電氣試驗(yàn)、800 kV直流電氣試驗(yàn)及疲勞試驗(yàn)等各種型式試驗(yàn)，結(jié)果表明，其各項(xiàng)指標(biāo)均滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 預(yù)絞式防振錘工程應(yīng)用

下面以一般地形10 km長(zhǎng)線路為例，從工程實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，與傳統(tǒng)防振錘相比，預(yù)絞式防振錘存在明顯的優(yōu)越性。

4.1 經(jīng)濟(jì)性

（1）安裝成本。傳統(tǒng)防振錘因采用螺栓安裝，均需安裝鋁包帶，增加了安裝成本。而預(yù)絞式防振錘采用預(yù)絞絲安裝，不用安裝鋁包帶，且無(wú)需任何安裝工具，徒手即可完成，安裝方便快捷，施工成本低廉。

（2）維護(hù)成本。后期運(yùn)行維護(hù)成本可描述為

式中，

Cw為每年后期維護(hù)總成本；

n為防振錘安裝數(shù)量；

Cx為單次單個(gè)巡視費(fèi)（1元）；

Px為每年巡視次數(shù)；

Ch為更換損壞產(chǎn)品的費(fèi)用。

傳統(tǒng)防振錘因采用螺栓安裝，易產(chǎn)生滑線，且會(huì)生銹易脫落，每年至少需巡視5次。而預(yù)絞式防振錘采用預(yù)絞絲安裝，絕無(wú)滑移現(xiàn)象，同時(shí)不易生銹，每年只需巡視1次即可。

此外，傳統(tǒng)防振錘性能較差，容易結(jié)冰，使用壽命一般，易產(chǎn)生滑移對(duì)導(dǎo)線帶來(lái)很大損害，滑移后需要進(jìn)行更換及復(fù)位操作，成本極大。

相比之下，預(yù)絞式防振錘因其性能優(yōu)越，不會(huì)結(jié)冰，且預(yù)絞絲一般采用與裸纜線相同的材料制成，減小了由于不同金屬間在電氣環(huán)境下所引起的電腐蝕，不僅延長(zhǎng)了防振錘的使用壽命，而且對(duì)導(dǎo)線能有效地保護(hù)，不會(huì)滑移，無(wú)需更換及進(jìn)行復(fù)位操作。

預(yù)絞式防振錘與傳統(tǒng)防振錘后期維護(hù)成本對(duì)比如表2所示。

表2 預(yù)絞式防振錘與傳統(tǒng)防振錘后期維護(hù)成本對(duì)比

4.2 安全性

傳統(tǒng)防振錘，前期工作量較大，采用鋁夾板及螺栓安裝[11]，需要扳手安裝，加大了高空作業(yè)難度，帶來(lái)施工安全隱患。

而預(yù)絞式防振錘，對(duì)操作人員的技術(shù)要求不高，具有安裝簡(jiǎn)便、迅速、可徒手安裝、無(wú)需安裝工具等特點(diǎn)，節(jié)省了大量的施工時(shí)間及施工材料，同時(shí)也降低了高空作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度和危險(xiǎn)性，確保施工安全。

一般情況下，熟練工人徒手安裝一套預(yù)絞式防振錘，只需要幾分鐘到十幾分鐘的時(shí)間。安裝完成后，其安裝品質(zhì)可用望遠(yuǎn)鏡在地面上觀察和判斷，極大地降低了工程驗(yàn)收難度，方便安全。

4.3 工程應(yīng)用

預(yù)絞式防振錘以其良好的防滑防振性能，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于江蘇、浙江、安徽、山東、河南、甘肅等省輸電線路，抑制微風(fēng)振動(dòng)工程。

以甘肅電網(wǎng)為例，受地形、氣候影響，河西地區(qū)750 kV輸電導(dǎo)線微風(fēng)振動(dòng)強(qiáng)烈，常有防振錘滑移、導(dǎo)線疲勞斷股等事件發(fā)生，嚴(yán)重威脅該地區(qū)輸電線路的安全與穩(wěn)定運(yùn)行。為此，結(jié)合運(yùn)行實(shí)際，采用了新型預(yù)絞式防振錘，來(lái)抑制微風(fēng)振動(dòng)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，預(yù)絞式防振錘不僅能有效抑制微風(fēng)振動(dòng)，而且安裝方便，不易滑移，極大地減小了后期維護(hù)的工作量。

5 結(jié)束語(yǔ)

電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行最重要，預(yù)絞式防振錘以其先進(jìn)的技術(shù)水平，獨(dú)特的無(wú)放電外型設(shè)計(jì)，錘體無(wú)空隙，消除了水及冰的沉積；錘頭間對(duì)稱斜度設(shè)計(jì)，能產(chǎn)生多個(gè)共振頻率，有效吸收不同頻率的振動(dòng)，降低導(dǎo)線疲勞損壞；采用全開(kāi)口設(shè)計(jì)，無(wú)磁滯及渦流損耗，節(jié)能效果顯著；在施工中采用預(yù)絞絲安裝，無(wú)需安裝工具，提高工作效率，確保施工安全，避免人為因素影響，徹底解決了長(zhǎng)期以來(lái)防振錘的滑移問(wèn)題，工程應(yīng)用效果顯著。

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