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1、2012年7月 “草根大讲堂”系列学习活动之二 输电线路的防振 主 讲 人 ：刘 震 送 电 工 程 部 1参阅文献 2一般规定 一般规定 3 电线振动的种类、损坏及防护电线振动的种类、损坏及防护 6 防振锤安装数量及安装距离防振锤安装数量及安装距离 汇报大纲 8舞动舞动 5 电线防振措施电线防振措施 4振动基本理论振动基本理论 7 大跨越防振大跨越防振 9智能电网中的防振应用智能电网中的防振应用 (1)电力工程高压送电线路设计手册（第二版） 东北电力设计院编著 (2)110kV750kV架空输电线路设计规范（GB 50545-2010） 一、参阅文献 110kV750kV架空输电线路设计规范
2、（GB 50545-2010） 二、一般规定 5.0.13 导、地线防振措施应符合下列规定： 1. 铝钢截面比不小于4.29的钢芯铝绞线或镀锌钢绞线，其导、地 线平均运行张力的上限和相应的防振措施，应符合表5.0.13的规 定。当有多年运行经验时可不受表5.0.13的限制。 2. 对本规范第5.0.13条第1款以外的导、地线，其允许平均运行张 力的上限及相应的防振措施，应根据当地的运行经验确定，也 可采用制造厂提供的技术资料，必要时通过试验确定。 3. 大跨越导、地线的防振措施，宜采用防振锤、阻尼线或阻尼线 加防振锤方案，同时分裂导线宜采用阻尼间隔棒，具体设计方 案宜参考运行经验或通过试验确定
3、。 情况 平均运行张力的上限 （拉断力的百分数）（%） 防振措施 钢芯铝绞线镀锌钢绞线 档距不超过500m 的开阔地区 1612不需要 档距不超过500m 的非开阔地区 1818不需要 档距不超过120m1818不需要 不论档距大小22-护线条 不论档距大小2525 防振锤（阻尼线） 或另加护线条 注：4分裂以上导线采用阻尼间隔棒时，档距在500m及以下可不再采用其他防振措施。阻尼间隔棒宜不等距、不对称布置 ，导线最大次档距不宜大于70m，端次档距宜控制在28m35m。 110kV750kV架空输电线路设计规范（GB 50545-2010） 二、一般规定 5.0.14 线路经过导线易发生舞动地
4、区时应采取或预留防舞措施。 安徽易舞动区详见2010安徽舞区分布图： （全省舞动分布图，1、2级舞动区域共分成6片，其中2级舞动区2 片，1级舞动区4片。 ） 6.0.9 线路经过易舞动区应适当提高金具和绝缘子串的机械强度 三、电线振动的种类、损坏及防护电线振动的种类、损坏及防护 项目 振动类别微风振动舞动复导线次档距振荡 振动 状态 频率（Hz）31500.11.015 振幅（单峰 ） 一般小于电线直径12m以下电线直径500mm 持续时间数小时数小时数小时 风速（m/s）0.510515515 主要振动方 向 垂直垂直或椭圆水平或椭圆 产生振 动的原 因 主因 均匀微风作用下，在 电线下风
5、侧发生周期 性的卡门涡流激起电 线上下振动 电线外形不对称，风对 电线产生上扬力和拽力 所至 两根子导线较接近且 构成的水平面与风向 相接近时，上风侧导 线的尾流招致下风侧 导线失去平衡，又引 起上风侧导线同时产 生振荡 从因 电线运行应力大（消 耗振动功率小），电 线自阻尼性能差，风 受到扰乱少的地形， 档距长 覆冰不对称，绞线表面 线股凹凸大，导线截面 大 分裂间距与电线直径 的比值太小，风很少 受干扰的地形，次档 距太长 三、电线振动的种类、损坏及防护电线振动的种类、损坏及防护 振动类别 项目 微风振动舞动复导线次档距振荡 危害 电线疲劳断股，损坏防 振装置、绝缘子和金具 ，振松紧固螺栓
6、。磨损 电线 相间短路烧伤或烧断电 线，引起电线、护线条 断股，间隔棒、防振装 置、绝缘子、金具及杆 塔等损坏 子导线鞭击磨损导线，损 坏间隔棒、金具 防护措施 安装防振装置，降低电 线运行应力，改善线夹 性能，加强悬点抗弯刚 度，使用自阻尼好的电 线盒分裂导线，采用组 合线线夹 增大线间距离和上下线 的水平位移，缩小档距 ，加装相间间隔棒及舞 动阻尼器，采用不易覆 冰的光滑电线，避开舞 动地区，减小弧垂 增大子导线间距，变更下 风侧子导线位置使不受上 风侧子导线的屏蔽，采用 阻尼间隔棒等 微风 振动 在风速不大的情况下产生的垂直平 面内的高频低辐的振动现象。 四、振动基本理论振动基本理论 振
7、动 的原因 当架空导线受到风速为0.55m/s稳定的横向 均匀风力作用时，在导线的背面将产生上下交 替变化的气流旋涡，又称卡门旋涡;从而使导 线受到上下交变的激励。当这个交变的激励频 率与导线的固有频率相等时，导线将在垂直平 面上发生谐振，形成有规律的一上下波浪状的 往复运动，即微风振动。 风冲击力频率 四、振动基本理论振动基本理论 电线振动频率 驻波振动 四、振动基本理论振动基本理论 波节点最大振动角 四、振动基本理论振动基本理论 振动强度及其影响因素 送电线路的电线振动，由风力输入给振动体的能量和振 动体系内消耗的能量达到平衡状态时，就确定了导线稳 定振动的振幅。 振动强度是指振动幅值及其
8、振动延续时间的多少。 1. 振动输入能量： 振动时输入风功率的大小与风速、振幅、电线直径、频率以及 档距的长度有关。 2. 电线振动的自阻尼作用 电线引起结构和材料固有的自阻尼作用消耗输入能量，耗能也 随振幅而增加，当输入能与耗能平衡是，电线边维持在该振幅下稳 定振动。 总阻尼耗能量大小与电线张力、振动波长、幅值及频率等因 素有关。（可以采用自阻尼导线） 五、绝缘与金具 3. 防振器对振动的阻尼作用 绝大多数防振器的消振院里都是将振动能量吸收并转化 为热能或声能而散发掉，从而降低了导线的振幅，或是 将大部分振动行波反射回到档距中及限制那些严重的振 动传给不耐振的悬挂点。 4. 按能量平衡原理估
9、算振动幅值 风能的输入应与整档电线自阻尼能量及所有防振锤 校核能量之和相平衡而得到的。 四、振动基本理论振动基本理论 5. 影响电线振动强度的因素 （1）振动频率对幅值的影响 （2）地形及地物对振动的影响 （3）风速、风向对振动的影响 （4）档距及悬挂点高度的影响 （5）导线张力对振动的影响 （6）电线规格及结构对振动的影响 （1） 对已运行线路，档距长度及导线张力等都是 已知数值，假定一个频率值，就可按功率平衡关系确 定一个对应的振幅值。 （2） 产生振动的必要条件是气流的均匀性及风向 的恒定性。 平坦、开阔地区有利于气流的均匀流动， 易形成强烈的振动条件，并延长振动的持续时间。 （3） 维
10、持导线振动的下限风速一般取0.5m/s，风速增 大仍能引起导线振动的最大风速为上限值（一般线路46m/s ，大跨越810m/s因在光滑水面上方）。上限值受地形、 地物及悬点高度等影响，风速越大不均匀气流距地面高度亦 增高，若超过悬挂点高度酒不会引起振动。 能否产生稳定振动还与风向有关，一般风向与电线轴线 的夹角在4590时，易产生稳定振动；当在3045时，振 动的稳定性小；在20以下时，一般不出现振动。 （4） 在无防振措施的情况下，电线输入风能和自身耗能以 及产生振幅的大小与档距长度无关，但若安装了相同数量的防 振锤后（其阻尼耗能假定相同），则小档距振幅下降多，而大 档距振幅下降少(长档距输
11、入风能多)。 当电线悬挂点高度增加时，在平坦开阔地区可能使振动上 限风速提高，使振动频率的范围扩大，也使振动延续时间增加 。 （6） 电线断面形状及其表面状况的影响 电线断面形状如果破坏风在电线背风侧卡门漩涡的建立（ 三股），就不会建立稳定振动。 光滑型导线其直径与截面比值较小，虽能减少风荷载和减 少覆冰及舞动，单微风振动的幅值及延续时间则变得严重 。 风输给电线的振能随电线直径增加而增大，振动频率 又随直径增加而变低，二低频范围的电线自阻尼又减小。 这两种因素使大直径导线振动严重。为此，可采用分裂导 线来减振。 导线直径与其单位质量的比值越大则振动越严重，故铝绞 线比铜绞线和钢绞线振动严重，
12、铝钢截面比大的比小的振 动严重。（5） 提高导线张力不仅会增加振动强度（振幅和振动次数 ），而且会降低导线的疲劳极限。 电线张力提高后，其自阻尼作用下降，振幅增大且波长也 增大。 提高导线张力引起导线疲劳极限（应力）降低。 四、振动基本理论振动基本理论 电线无危险振动的判断 电线悬挂点及各种线夹处事振动疲劳损害最危险的部位 。一般都是测量该处附件的振动弯曲幅值，间接求出振 动角或动弯应变来表振动强弱。 目前国际上以测量线夹出口89mm处电线相对于线夹的振 动弯曲幅值A89，间接计算出线夹出口处的振动角等 来衡量振动的强度是否免于振动疲劳断股。 五、电线防振措施 1.电线平均运行张力与防振措施的
13、关系 2.电线T/m值与防振措施的关系 电线的张力越大，单位长度质量越小，其振动越严重 。 以此考虑防振也就照顾到了高强度铝合金导线和特强刚芯 铝绞线的振动严重性（T/m值大）； 并充分利用了大铝截面导线的耐振强度（ T/m值小）。 情况 平均运行张力的上限 （拉断力的百分数）（%） 防振措施 钢芯铝绞线镀锌钢绞线 档距不超过500m 的开阔地区 1612不需要 档距不超过500m 的非开阔地区 1818不需要 档距不超过120m1818不需要 不论档距大小22-护线条 不论档距大小2525 防振锤（阻尼线） 或另加护线条 注：4分裂以上导线采用阻尼间隔棒时，档距在500m及以下可不再采用其他
14、防振措施。 阻尼间隔棒宜不等距、不对称布置，导线最大次档距不宜大于70m，端次档距宜控制在 28m35m。 五、电线防振措施 全线杆塔一览图（1） 防振锤类型及特性 自从发现了微风振动现象，用于保护导线的消振装置就被提 出。从1950年研制的改进型“Stockbridge”防振锤(直到现 在仍被广泛应用)，到目前为止，可供输电线路使用的防振锤 的种类以达数十种类型。国外的综合资料表明，上世纪以来 ，澳大利亚、加拿大、意大利、西德和美国等很多国家对这 方面的问题作了大量的研究工作，包括防振锤使用的正负效 应、防振锤的应用效率及其参数之间的关系、防振锤的改进 与发展等各方面都有涉足。并自上个世纪7
15、0年代起，逐步引 入计算机分析手段，建立了一些相应的发展分析软件。其中 ，由于澳大利亚、加拿大、意大利等国的地理环境具有地域 开阔，水域分布广泛的基本特点，因此比其它国家更为重视 防振锤在架空输电线路中的应用研究，它们在该领域的发展 也颇具有代表性。 铸铁 锤头 线夹 夹板钢绞线 FDZ型防振锤 五、电线防振措施 防振锤类型及特性 18 20世纪30年代，澳大利亚由维多利亚洲立电气委员会(State Electricity Commission of Victoria)的Ernest Bate发明的BATE防振 器也被称为BRETELLE防振器，目前在法国和挪威的海峡跨越上仍有使用 。 BAT
16、E防振器采用一段与导线规格相同的导线，两端跨过悬垂线夹， 形成一定的弧垂值，端部用轻型线夹于导线固定，见图示。 （1）BATE防振器 19 在大截面导线上使用时，还可采用双跳线。上个世纪30年代和40十年 代间，BATE防振器在实际应用中还出现了许多变形，对于很长的跨距，诸 如河流和海峡的跨越，可以使用一种花边防振器，某些长跨距使用多达十个 的花边防振器而使总长达到近50米。见图2.2.3。 BATE防振器的局限性： 在微风振动严重地区，其本身以及线夹连接处的导线也会遭受疲劳磨损， 特别是在防振器不发生振动的微风振动频率下，线夹处会成为反射点而承受加 在这些点上的应力。此外，尽管经过多年的不断研究，使得此种防振器在某些 方面得以改善，但该防振器对于引起振动的风速范围内的大多数频率仍无反应 。 20 （2）Stockbridge防振锤 1926年，Monroe和Templin发明了Stockbridge防振锤。1950年， Alconac Pty公司将该种防振锤引入澳大利亚，
