楊 超

(特變電工沈陽(yáng)電力勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，沈陽(yáng) 110025)

架空輸電線路導(dǎo)線疲勞損傷及防護(hù)措施

楊 超

(特變電工沈陽(yáng)電力勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，沈陽(yáng) 110025)

通過(guò)對(duì)疲勞導(dǎo)線受損原因的分析，計(jì)算出導(dǎo)線振動(dòng)的頻率數(shù)和半波長(zhǎng)大小。為了保證架空輸電線路的安全運(yùn)行，先對(duì)架空輸電導(dǎo)線產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的特點(diǎn)進(jìn)行有針對(duì)性的分析，以制造出更可行的保護(hù)器具(也可稱為防護(hù)金具)，同時(shí)，要對(duì)振動(dòng)給導(dǎo)線帶來(lái)的損傷進(jìn)行有效控制。

架空輸電線路；導(dǎo)線的疲勞及損傷；防護(hù)方法

1 架空輸電導(dǎo)線的疲勞及損傷原因

物體因?yàn)槭艿搅送饨绲挠绊懚l(fā)生變形，在物體的各部分間會(huì)產(chǎn)生一種相互作用的力量，單位面積上產(chǎn)生的內(nèi)力被稱之為應(yīng)力。架空輸電線路中的導(dǎo)線一般都采用嵌入模式握緊線夾來(lái)固定的。根據(jù)對(duì)實(shí)際工程的檢測(cè)和對(duì)材料的力學(xué)分析，可把導(dǎo)線承受的主要應(yīng)力分為兩種類型：一是靜態(tài)應(yīng)力，二是動(dòng)態(tài)應(yīng)力。

1.1 靜態(tài)時(shí)的應(yīng)力

架空輸電的導(dǎo)線在線夾的連接處保持靜態(tài)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，可以分為三種：一是導(dǎo)線自身所帶來(lái)的張力；二是導(dǎo)線懸于高空中，其懸垂點(diǎn)彎曲導(dǎo)致彎曲的應(yīng)力；三是導(dǎo)線在連接時(shí)支撐點(diǎn)位置形成的徑向擠壓應(yīng)力。

1.1.1 張力

導(dǎo)線自身所帶的張力在導(dǎo)線處于靜態(tài)時(shí)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力。導(dǎo)線內(nèi)的材質(zhì)多有不同，但大多使用的是鋼芯鋁絞線，這種導(dǎo)線中因所處點(diǎn)不同，應(yīng)力也不相同，加上大自然的溫度是在不斷變化的，所以，導(dǎo)線的張力也隨之發(fā)生不同的變化。當(dāng)自然溫度低于-40℃時(shí)，導(dǎo)線內(nèi)的應(yīng)力可以達(dá)到70～100 MPa，這時(shí)導(dǎo)線自身的振動(dòng)會(huì)變得愈加強(qiáng)烈，使得振動(dòng)更加嚴(yán)重。

1.1.2 靜態(tài)時(shí)的彎曲應(yīng)力

導(dǎo)線懸空下垂時(shí)的弧度、導(dǎo)線自身的張力、導(dǎo)線本身的柔韌程度、線夾外形狀都是導(dǎo)致導(dǎo)線在靜態(tài)時(shí)發(fā)生彎曲應(yīng)力變化的因素。

1.1.3 擠壓應(yīng)力

指能讓物體有壓縮趨勢(shì)的一種應(yīng)力，也是導(dǎo)線在受力時(shí)的一個(gè)重要組織因素，它會(huì)跟隨導(dǎo)線自身張力與導(dǎo)線懸垂線夾握力的增加而變得越來(lái)越大。

1.2 靜態(tài)時(shí)的應(yīng)力

導(dǎo)線在被覆冰、風(fēng)力不同、自然環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的應(yīng)力，其數(shù)值變化很大，它可以根據(jù)導(dǎo)線振動(dòng)程度的不同分為微風(fēng)中振動(dòng)、大風(fēng)中舞動(dòng)、被分裂的導(dǎo)線與子導(dǎo)線之間的檔距振動(dòng)、覆冰脫落時(shí)產(chǎn)生的跳躍式振動(dòng)以及電暈時(shí)引發(fā)的不同程度的振動(dòng)。

1.2.1 微風(fēng)中振動(dòng)

導(dǎo)線在每秒鐘0.5 m～5 m的勻速微風(fēng)中作垂直作用時(shí)，會(huì)在高空的架空線背風(fēng)一側(cè)形成頻率為5 Hz～150 Hz的風(fēng)力漩渦流。當(dāng)這個(gè)漩渦流對(duì)高空的架空線沖擊的頻率與架空線自身原有的振動(dòng)頻率相等時(shí)，架空線垂直的平面內(nèi)部會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)生的共振而使原有振動(dòng)更加嚴(yán)重，導(dǎo)致架空線的振動(dòng)。微風(fēng)中產(chǎn)生振動(dòng)的振幅比較小，如果長(zhǎng)時(shí)間振動(dòng)，會(huì)使高空架空線與相關(guān)的金具變得疲勞并受損，使線路的安全性也受到影響。

1.2.2 大風(fēng)中舞動(dòng)

在風(fēng)力勻速作用下，外形沒(méi)有達(dá)到對(duì)稱的導(dǎo)線會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)力，從而形成較大幅度的振動(dòng)，也可稱作舞動(dòng)。導(dǎo)線上出現(xiàn)的覆冰有時(shí)會(huì)不均勻，加上在風(fēng)力變化的作用下會(huì)產(chǎn)生一種頻率較低、振動(dòng)幅度較大的振動(dòng)，經(jīng)常會(huì)做垂直和扭轉(zhuǎn)方向的運(yùn)動(dòng)。舞動(dòng)發(fā)生的幾率較低，但是，能量較大，時(shí)間較長(zhǎng)、帶來(lái)的危害也較大。危害一般有機(jī)械危害和電氣危害。機(jī)械危害容易造成斷線和停電等事故；電氣危害易造成導(dǎo)線被燒壞，跳閘等事故。

1.2.3 次檔距的振動(dòng)

在風(fēng)速為每秒4～8 m的條件下，架空導(dǎo)線上兩個(gè)間隔棒之間的導(dǎo)線會(huì)發(fā)生振動(dòng)，也可稱為振蕩，它的振幅可以達(dá)到導(dǎo)線直徑的幾倍甚至幾十倍，它會(huì)使導(dǎo)線同間隔棒之間的機(jī)械受損。

1.2.4 覆冰脫落時(shí)產(chǎn)生的跳躍式振動(dòng)

覆冰脫落的瞬間可以使架空導(dǎo)線的彈性和能量得到快速釋放，使架空導(dǎo)線被彈起，造成導(dǎo)線上下跳動(dòng)，很容易讓上下兩層導(dǎo)線產(chǎn)生短路現(xiàn)象。

1.2.5 電暈時(shí)引發(fā)的振動(dòng)

較高電壓的輸電線路在潮濕環(huán)境中，且電位的梯度也在一定的范圍內(nèi)時(shí)，比較小的截面或?qū)Ь€的破股處都會(huì)有電暈放電現(xiàn)象發(fā)生。隨著這種現(xiàn)象的加劇，會(huì)使帶電的水微粒被彈射出，電暈時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)頻率相對(duì)較低，振幅較小，危害較輕。

2 架空輸電導(dǎo)線振動(dòng)的原理分析

在微風(fēng)的條件作用下，架空輸電線路中的導(dǎo)線(避雷線)，就會(huì)在導(dǎo)線的后面形成氣流渦，這個(gè)氣流渦需要達(dá)到一定頻率時(shí)上下交替產(chǎn)生變化才能形成，最后使導(dǎo)線形成一個(gè)上下交替不停變化的電沖擊動(dòng)力。當(dāng)導(dǎo)線自身帶有的振動(dòng)頻率數(shù)值與氣流生產(chǎn)漩渦的變化頻率數(shù)值一樣時(shí)，導(dǎo)線就會(huì)在垂直的平面內(nèi)產(chǎn)生共振，使導(dǎo)線開(kāi)始振動(dòng)。導(dǎo)線在振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的波形為駐波，波形不發(fā)生變化，只有波腹上下交替發(fā)生變化。導(dǎo)線的振動(dòng)頻率無(wú)論怎樣變化，最終第一波節(jié)點(diǎn)都是線夾口位置，所以，在線夾出口處的導(dǎo)線容易反復(fù)扭折，使材料造成疲勞，以致于發(fā)行斷股和斷線事故，這對(duì)于線路安全運(yùn)行的危害很大，要做出有效的防振策略和相應(yīng)的措施。

3 架空輸電導(dǎo)線發(fā)生振動(dòng)時(shí)的相應(yīng)預(yù)防及保護(hù)措施

從振動(dòng)產(chǎn)生的角度看，提高導(dǎo)線的抗疲勞性可以增加桿塔數(shù)量，降低導(dǎo)線的應(yīng)力，但這種方法在投資成本上相對(duì)較高。

防振的措施還可以從以下幾點(diǎn)來(lái)考慮：

3.1 減弱振動(dòng)和防止振動(dòng)的相關(guān)方法

一是給導(dǎo)線安裝防振動(dòng)裝置，減弱或吸收振動(dòng)產(chǎn)生的能量；二是用線路自身特性對(duì)導(dǎo)線產(chǎn)生振動(dòng)的阻礙作用，減小導(dǎo)線的振動(dòng)幅度；三是從線路被安裝的地區(qū)消除可能使導(dǎo)線引發(fā)振動(dòng)可能性。

3.2 提高高空線路耐震動(dòng)性能的方法

一是將防護(hù)線條安裝在線夾處的導(dǎo)線上，以減少線夾口處導(dǎo)線彎曲時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力、受動(dòng)擠壓時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，磨損程度也能相應(yīng)得到減少，同時(shí)，這也對(duì)導(dǎo)線產(chǎn)生的振動(dòng)起到了阻礙作用；二是建議使用防振動(dòng)的線夾，它可使線夾的耐震動(dòng)性能得到很好的改善；三是在技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，控制與降低導(dǎo)線自身的靜態(tài)應(yīng)力。

4 結(jié)語(yǔ)

使架空輸電導(dǎo)線造成疲勞及損傷的原因與靜態(tài)應(yīng)力和動(dòng)態(tài)應(yīng)力有關(guān)，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，可以采用可行的防護(hù)器具，延長(zhǎng)導(dǎo)線的壽命。處于風(fēng)口區(qū)域架空輸電的導(dǎo)線會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)舞動(dòng)情況，針對(duì)這一問(wèn)題，可以將防舞動(dòng)鞭安放于風(fēng)口路段的檔距處，降低導(dǎo)線舞動(dòng)的頻率。導(dǎo)線的次檔距離如果經(jīng)常發(fā)生振蕩，就會(huì)使隔棒與導(dǎo)線相互磨損。為了提高運(yùn)行中線路的安全可靠性，可以考慮用阻尼型并具有防翻轉(zhuǎn)性能的間隔棒來(lái)防止導(dǎo)線產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，也可有效的消除此振動(dòng)所帶來(lái)的磨損。

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Fatiguedamageofoverheadpowertransmissionlinesandprotectivemeasures

YANG Chao

(TBEA Shenyang Electric Power Survey and Design Co. Ltd., Shenyang 110025, China)

Based on the analysis of the causes of fatigue wire fatigue, the frequency of vibration and the half-wave length are calculated. In order to ensure the safe operation of overhead transmission lines, the characteristics of overhead transmission lines should be firstly analyzed in order to make more feasible protection devices (also called protective fittings). At the same time, wire damage caused by the vibration should be effectively controlled.

Overhead transmission line; Wire fatigue and damage; Protection method

TM773

B

1674-8646(2017)24-0078-02

2017-10-25

楊超(1983-)，男，本科。