导地线防振防舞分析.doc

《导地线防振防舞分析.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《导地线防振防舞分析.doc（14页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、导地线防振防舞分析肖明 兰亮（赣州宏远电力勘测设计院，江西 赣州 341000）1 概述线路上电线受风的作用经常出现的是均匀低风速下的微风振动，在电线下风侧发生周期性的卡门涡流激起电线上下振动，一般风速越平稳,风向越是垂直于架空输电线,微风振动就越易发生。电线的微风振动，容易造成电线疲劳断股，损坏防振装置、绝缘子和金具，振松紧固螺栓，磨损电线。电线覆冰后外形不对称，导线表面线股凹凸大小不一，风对电线产生上扬力和曳力，致使导线舞动。电线的舞动，容易造成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。本文通过对导地线的微风振动和舞动的分析，建议导地线采用预

2、绞式防滑型防振锤防振，不采取防舞动措施，但建议预留加装防舞动装置的措施。2 工程概况2.1 线路路径以110kV版石变新建线路T接至安寻线工程未例，起点为安远县版石镇拟建110kV版石变电站，终点为安远县城内110kV安寻线3#-5#之间的T接点，途经安远县版石镇、车头镇。线路亘长约23.0km，其中在版石变出线段及T接点处约1.4km按双回同塔设计(本期架设单回线)，其它按单回设计，最大档距为585.0米，全线共用杆塔63基，耐张与直线比例为1：1.74。沿线地形山地占83、丘陵占9、泥沼占8，海拔处于250-450米之间。人力运距450m，汽车运距5.33km。2.2 气象条件 本工程气象

3、条件如下：表2-1 设计气象条件表序号代 表 情 况温度()风速(m/s)冰厚(mm)1最高气温40002最低气温-40003最 大 风-526(28.6)04覆 冰-51010(15)5平均气温15006安 装-51007大气过电压(无风)15008大气过电压(有风)151009操作过电压1515010冰的比重(g/cm3)0.911雷暴日数(天)63.4注：括号内数值为杨梅坑附近中冰区导线气象，全线地线覆冰比导线增加5mm设计，基本风速以当地气象台、站10min时距平均的年最大基本风速，并结合实际运行情况确定。3 导地线防振3.1 振动的形成当电线受到稳定的横向风均匀作用时，在电线被风面将

4、形成按一定频率上下交替出现的气流旋涡，它的依次出现和脱离使电线受到同一频率的上下交变的冲击力，该冲击力的频率与风速和电线直径有关。各点旋涡的脱离是随机的，故作用在电线的力，沿着电线长度上各点的相位也是随机的。因此不是一定有风，电线就会振动的。如果电线以某一频率振动，且该频率与冲击力频率相近在20%范围内，则旋涡的脱离，受电线的振动频率控制，同时沿电线各点脱离，形成同步，结果电线的微风振动就开始了。3.2 导地线防振型式目前，国内外尚无判断无危险振动的一致标准，大都是根据各自的经验加以规定，我国用振动角的大小来判断振动有无危险，判断标准如下表：表3-1 无危险振动的判断标准导线类型导线类型振动角

5、普通线路铝绞线、钢芯铝绞线150铝合金绞线、钢芯铝合金绞线150钢绞线、铝包钢绞线及钢芯铝包钢绞线300大跨越线路铝绞线、铝合金及钢芯铝绞线100钢绞线、铝包钢绞线及钢芯铝包钢绞150电线悬挂点及各种线夹处是振动疲劳损坏最危险的部位，此处电线所受的动弯应力大小要想通过计算或测量都是困难的，一般都是测量该处附近的振动弯曲幅值，间接的求出振动角或动弯应变来表示振动强弱。当导地线的微风振动强度超过允许范围时，就必须采取防振措施来降低动弯应力和振动持续时间。微风振动的防护方法有许多，如限制平均运行应力，改善导地线结构以提高自阻尼效果、改善线夹结构以减小悬挂点的动弯应力、加装各种防振器(如防振锤、阻尼线

6、及护线条等)和阻尼间隔棒等，其中应用最为广泛的是加装防振锤进行防振。考虑到目前我国在架空输电线路上广泛采用防振锤来防振，已起到了明显的防振效果，同时安装方便，在防振锤的性能试验等方面也积累了丰富的资料，对防振锤有较为成熟的设计、制造和运行维护经验，防振锤的价格也相对较低，所以本工程仍考虑导地线加装防振锤。 防振锤主要是电线振动时通过防振锤钢绞线内摩擦和股间摩擦消耗能量，将振动能量吸收转化为热能或声能而散发掉，从而降低了振幅，或是将大部分行波反射回到档距中从而限制那些严重的振动传给不耐振的悬挂点，达到抑制导线振动之目的。3.3 防振锤型式的确定目前，国内有多种防振锤，主要有传统型防振锤和预绞式防

7、振锤。传统防振锤虽针对共振频率采取了不同的设计技术，但在安装方式上均采用螺栓安装，采用螺栓安装施工不便、能耗大，无法保证安装力矩，运行时易出线滑移现象，对线路造成很大危害。近年来，随着技术的不断进步，预绞式防滑型防振锤由于出色的防振效果，及防滑动效果好、安装方便等原因，也越来越多的应用于电网中，作为本线路的首选。3.3.1 防振锤的性能比较 下表为传统型防振锤和预绞式防滑型防振锤的性能比较：表3-2 型号性能预绞式防振锤传统型防振锤锤体材料采用特殊合金材料制造，通过酸洗抛光处理，表面光洁，不会氧化，锤体绝不生锈采用生铁铸造，油漆防腐，极易生锈，导致断裂锤体积水性锤体圆滑无空隙，完全消除积水积冰

8、积雪锤体有空隙，易积水积雪，导致生绣及影响防振性能频率控制三个及以上的频率响应设计，可有效控制多个频率只有两点响应，无法控制多频钢绞线采用小节距低应力高强度钢绞线，抗振性能优越，耐疲劳采用一般钢绞线，抗振性能普通，疲劳性能一般应用维护性1、整体安装不用装铝包带，前期工作量很小1、整体安装需要装很多铝包带，前期工作量很大2、采用预绞式安装，恒定的安装力矩，附着力分布均匀，决无滑线之忧2、采用铁夹板及螺栓安装，人为因素巨大，容易产生滑线现象3、不会锈蚀，多频共振，防振性能好，有效保护导线3、极易生锈，影响防振性能，防振性能一般4、特别对于山区及风力较大地区，决不会滑线，可免除后期运检维护4、容易产

9、生滑移，受安装因素及数量影响，后期维护工作量极大作用防振性能优越，不会滑移，不会结冰，多频共振，有效保护导线防振性能很差，会结冰，极易生锈，对导线带来极大损害由表3-2可知，预绞式防滑型防振锤性能指标明显优于传统型防振锤。3.3.2 防振锤的本体费用以传统防振锤为基准，比较两种绝缘子本体费用，如下表：表3-3 防振锤本体费用比较表 比较项目防振锤个数(个)单价(元)合计 (万元)安装费用(万元)合计(万元)传统防振锤(导线)372582.160.212.37传统防振锤(地线)248511.260.141.40预绞式防滑型防振(导线)3721866.920.207.12预绞式防滑型防振(地线)2

10、481363.370.133.50注：防振锤单价为厂家11月报价。根据表3-3可知，传统防振锤在一次性投资成本上要低于预绞式防振锤。3.3.3 各种防振锤的运行费用 根据江西赣州供电公司文件赣供生200913号关于印发基层单位承担输变配电工程施工的取费规定（试行）的通知，可知运行维护费用及工日如下表：表3-4 运行维护费用表工作项目综合工日(单基)差旅费标准(元)合计(元)技工民工技工民工防振锤滑移校正28060160 3.3.4 防振锤的能耗比较传统的防振锤采用铸铁和螺栓组合而成，电晕损失和涡流损失较严重，而预绞式防滑型防振锤采用合金材质，本身具有防电晕功能。下表为传统型防振锤与预绞式防滑型

11、防振锤各种电流情况下的能耗比较：表3-5 材质损耗比较表（单位：W）电流(A)功率损耗铸铁损耗合金损耗铸铁 - 合金500.0530.0120.0111002.0500.0502.0001505.6500.7504.9002009.5000.8008.70025011.2501.3759.87530019.0002.00017.00035027.0004.62522.37540036.2006.60029.60045047.1258.55038.57550058.75011.05447.696 从表3-3可知，采用铸铁材质的损耗随电流的增加而增加的幅度较大，采用合金材质的损耗增加的幅度较小。3

12、.3.5 全寿命周期内经济比较 全寿命周期费用(Life-Cycle Cost，简称LCC)，就是从长远和全面的观点出发，对防振锤整个使用寿命中所发生的全部费用进行综合分析，而不是只考虑某一阶段所发生的费用。 这样，可以全面考核防振锤方案的经济性，以避免因小失大。目前，我国电力建设采用的是工程造价管理模式，是以定额为计价基础的全过程工程造价管理模式，随着经济的发展，从全过程工程造价管理向全寿命周期工程造价管理转变是十分必要的。线路工程全寿命周期管理目标的核心是要从工程项目全寿命周期出发，要考虑设计标准、工程设计、工程施工、运行维护各阶段的投入和损耗，研究最终成本，实现工程项目整个寿命周期总成本

13、的最小化。实际上就是处理好初始投资和运行费用之间的关系。基于我国国民经济的发展，输电线路各部件（导线、金具、绝缘子、杆塔和基础）等材料价格的提高，输电线路最大负荷利用小时数和销售电价的改变，以及国家节能减耗要求的加强，因此在全寿命周期内进行综合技术经济比较，防振锤选型方案确定的LCC计算模型： （1）式中 IC-一次投资成本 OC-运行成本 FC-中断供电损失成本 TC-时间成本 DC-报废回收成本预绞式防滑型防振锤性能优越，不易结冰，使用寿命长，对导线也能有效的保护，不滑移，运行时无需更换和复位操作。本工程共用杆塔63基，最大负荷利用小时数为4500，经济使用年为30年，电价为0.30元/k

14、Wh计算，采用固定效率法，由于两种防振锤的FC和TC概率都是一样的，因此不考虑比较，而且地线防振锤对电能损耗影响很小，也不参与比较，全寿命周期内各个阶段的经济成本，结果下表：表3-6 各防振锤方案全寿命周期费用比较（单位：万元） 型号项目预绞式防滑型防振锤传统型防振锤导线地线导线地线一次性投资成本IC7.123.502.371.40运行成本OC2.07-28.956.05中断供电损失成本FC-报废回收成本RC-LCC年费用0.880.411.132.34LCC现值12.260.64154.2232.39注：防振锤校正考虑5年1次。由表3-4可知，传统型防振锤的全寿命周期费用远远大于预绞式防振锤

15、。3.3.6 防振锤选型的确定 综合上述比较，预绞式防滑型防振锤无论是在性能上还是在全寿命经济评价上，均优于传统型防振锤，特别是在能耗上，节省费用较大，因此，本专题推荐导地线防振采用预绞式防滑型防振锤防振。3.4 防振锤的安装数量我国在电线振动与防护方面积累了大量的科研、测试、设计和运行经验，目前采用平均运行应力的控制原则，限制并降低使用应力，增加防振锤的安装数量，降低振动危害。我国目前的防振锤安装数量一直参照下表：表3-7 我国单、双根相导线及地线防振锤安装数量 档距(m)电线外径(mm)档距(m)一个二个三个D12300300-600600-90012D22350350-700700-10

16、0022D37.1450450-800800-1200我国线路上安装防振锤数量是目前世界上最多的少数国家之一，上表安装数量为我国20世纪60年代开始试行至今，有必要在总结经验的基础上进行调整，由于目前暂没有新标准，因此本工程导地线防振锤安装数量仍参照表3-5选取。3.5 防振锤的安装距离防振锤应安装在靠近振动波的波腹处，才能使防振锤上下滞后振动及锤头回转的幅度加大，从而最大限度地消耗电线振动能量。然而电线谐振的频率是在一个频带范围内变化的，一般在3-60Hz振动较为严重，在更高频段由于电线自阻尼作用的显著增大，不会造成危险振动。而在低频情况下，电线的自阻尼作用减弱，防振锤的频率特性也较差，往往

17、是防振设计的危险频段，如果没有取得电线振动的实际密集频率范围，可根据线路引起振动风速的上限及下限值（一般平坦开阔地区的振动下限风速取0.5m/s，而上限取5-6m/s），按式（2）计算振动频率范围， （2）式中：fw-风的冲击频率，（HZ） u-垂直于电线的风速，（m/s） d-电线的直径，（mm） K-系数，与雷诺数有关，K=185-210，一般用200并按式（3）计算振动的最大、最小半波长， （3）式中：-波长，（m） u-垂直于电线的风速，（m/s） d-电线的直径，（mm） T-电线张力，（N） m-电线单位质量，（kg/m）选择能保护该振动频率范围内的防振锤，计算防振锤的安装位置，使

18、之在最大及最小波长范围内均能起到防振作用。 假定线夹出口是所有振动波的波节，当安装第一个防振锤时，防振锤的安装位置应在线夹出口所有振动波的第一个半波之内。具体位置应考虑：在最长和最短波的情况下，防振锤的位置在第一个半波长内对最长和最短波节点都有最可能大的相同相角，详见下图：防振锤最佳安装位置图解即安装位置对最大和最小半波具有相同的布置条件，或对最大、最小波腹接近程度相同。依此得出第一个防振锤的安装距离b1的计算式： (4)式中Tav-电线平均运行张力，（N) m-最小振动波长，（m） d-电线外径，（mm） m-单位长度质量，（kg/m） vM-振动风速的上限 值，（m/s） 导线论述，本工程

19、导线选用铝包钢芯铝绞线JL/LB20A-240/30，直径为21.6mm，平均运行张力为19272.5N，单位质量为0.8837kg/m，因此，根据式（4）计算，防振锤安装距离b1=1.834（m） 地线论述，本工程地线选用镀锌钢绞线GJ-80,直径为11.5mm，平均运行张力为25062.5N，单位质量为0.6284kg/m，因此，根据式（3）计算，防振锤安装距离b1=1.321（m） 若导地线档距每端安装多个同型号防振锤时，仍依上述原理采用等距安装法。3.6 防振锤安装要求防振锤安装是否合理直接关系着振动强度的高低，如果安装不合理，还会起到相反的作用，因此安装防振锤要遵循以下基本要求：(1

20、) 防振锤应与地面垂直，两侧的重锤保持水平状态；通常大锤头安装在靠近杆塔处，这样可以在较低频率和较长档距时获得最佳减振效果。(2) 地线上安装防振锤时，紧固螺母应朝向铁塔侧。(3) 防振锤安装距离偏差不应大于30mm；在悬垂线夹出口处，若有预绞式护线条，防振锤应安装在离护线条末端至少50mm处。4 导地线防舞4.1 舞动的形成导线由于覆冰不均匀，形成不对称截面，绞线表面凹凸大小不一，当受到水平方向的风吹后，产生上扬力和曳力，诱发导线产生一种低频频率(约0.13 Hz)、大振幅(可达10 m以上)的自激振动，是较高风速引起的结构物的驰振，由于其形态上下翻飞，形如龙舞，也称舞动。舞动产生的危害主要

21、是相间短路烧伤或烧坏电线，引起电线、护线条断股，间隔棒、防振装置、绝缘子、金具及杆塔损坏。4.2 导地线的防舞措施 防止线路舞动的措施一般采取避舞、抗舞和抑舞三种。对于现运行的线路舞动，当其危及安全运行时，主要是采用安装抑舞设施。（1）线路避开易舞动地区路径选择时考虑避开电线易覆冰、冬季多风且风向与线路交角接近正交的开阔江河、峡谷、迎风山坡和山脊等地段。（2）抗舞动措施主要是在通过提高线路的电气和机械强度来抵抗电线舞动造成危害，使线路设备能在舞动下不被损坏并保持安全运行。提高线路设备的电气强度，主要是增大线间距离和上下的水平位移，缩小档距等措施。提高线路设备的机械强度，主要是指杆塔结构应能承受

22、舞动时的动态荷载，导线及金具应在舞动下不被损坏和松动等。（3）抑制舞动的措施抑制舞动的措施是指在已运行的线路上舞动严重的线段采取措施破坏舞动形成的条件，抑制舞动的幅度，消除舞动可能造成的危害，以达到线路安全运行。抑制舞动的措施主要是安装空气动力稳定器、阻尼线、防舞动鞭等。4.3 导地线防舞型式的确定根据新建线路沿线附近的110kV、35kV线路的运行记录，该区域输电线路没有发生过舞动情况，因此本工程不采取防舞动措施，但建议预留加装防舞动装置的措施。 5 导地线防振及防舞结论通过对导线微风振动、导地线舞动进行分析研究，本专题结论如下：1）推荐本工程导地线采用预绞式防滑型防振锤进行防振，对处于峡口、风口等微地形的大档距，采用阻尼线和防振锤联合保护方式。2）根据新建线路沿线附近的110kV、35kV线路的运行记录，该区域输电线路没有发生过舞动情况，因此本工程不采取防舞动措施，但建议预留加装防舞动装置的措施。