架空线路振动原因与防振措施的探讨

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架空线路常年受到风、冰、低温等气象条件的影响和电压、电流的作用，除使架空线和杆塔产生垂直于线路方向的水平荷载外，还会引起架空线路振动。架空线路的振动按频率和振幅可分为微风振动(简称风振动)和舞动，采用分裂导线的线路，振动的形式为次档距振动。风振动的时间常年达30%～50%左右，使架空线在悬挂点处和针式绝缘子导线固定处，反复被拗折引起材料疲劳，最后导致导线断股、断线事故。舞动容易引起导线相互碰撞或相互缠绕，造成相间短路开关跳闸或烧伤导线的事故。次档距振动将使每相分裂导线间互相鞭击，因而损伤导线和间隔棒，甚至损坏金具而使导线落地。为了保证电网安全运行，需要对导线振动原因进行研究并采取防振技术措施。以史为鉴，可以知兴亡，笔者在实际工作中，曾多次经历过因导线振动造成的事故，并参加过事故处理，深知导线振动的危害，因此对导线振动原因和防振措施进行浅略探讨。

1风振动

影响架空线风振动的主要因素有：风速、风向、档距、导线悬点高度，导线直径、路径地形、地物以及导线应力等。但均匀的微风和风向对导线的角度是引起风振动的基本因素。

1.1导线风振动的原因和特性

当均匀稳定的微风吹过架空线，风向与线路成45°～90°角时，就会在导线背风面产生上下交替变化的气流旋涡，如图1a所示，从而使架空线受到上下交变的脉冲力，当风脉冲力的频率：

和架空线的固有自振频率：

(HZ)二者相等时，即fF=fD时，架空线在垂直面内便产生谐振即产生稳定振动波，在架空线内部产生交变应力并和架空线紧线应力相叠加，使架空线的应力增加。

上式中：V——风速，每秒取下限Vmin=0.5m/S，每秒取上限Vmax=4m/S;

d——架空导线直径，(mm);

λ——振动的波长，(m);

σ——档距内架空线的应力，N/mm2;

g1——架空线自重比载，N/m,mm2;

S——秒

1.2架空线风振动波特性：

1.2.1波峰和振幅：架空线振动时，导线离开原位置最高点的垂直距离A0叫波峰。两个波峰之间的垂直距离A=2A0(m)，称为波幅

在运行的架空线上，实际振动角经测试一般在30'-50'之间。当振动特别强烈，振动角φ接近1°时，这样大的振动角，不需要很长时间就会使导线断股，故许多国家规定：架空线紧线后立即固定安装防振器具，决不能拖过夜间。线路设计中一般情况下要求最大振动角，一般要求φmax不大于10'，大跨越处不宜大于5'。这是防振设计应达到的标准。

1.3防止风振动的技术措施

根据理论计标和运行经验，当风作用在架空线上时，无论任何波长或频率，都是在架空线线夹出口处，或在针式绝缘子导线固定处振动最严重。这主要是架空线线夹出口处和瓷瓶导线固定处始终是一个波节“死点”，而振动波不易通过“死点”而传至相邻档距内，使振动的大多数能量均集中在架空线“死点”处被吸收和消耗。因此强烈的折射和反折射使“死点”的架空线最容易疲劳而损坏，造成断股或断线事故。

目前，国内外为防止或减轻架空线振动所采取的消能防振措施，大体有两种：一种是超高压送电线路，采用防振线夹和间隔棒等办法;另一种是在架空线上装设防振设施，如护线条、阻尼线、防振锤等，用来吸收振动能量，以达到防止或减轻架空线振动的效果，防振设施有：

1.3.1护线条：护线条均为单质金属制作，均采用与导线规格配套的预绞式铝合金等径护线条，使用时在悬垂线夹处的导线上均匀的缠绕即可。设计技术规程规定：对钢芯铝绞线单独用护线条作为防振保护时，年平均运行应力不得超过应力的22%。故在重要线路上，常常采用护线条和防振锤联合使用方式。对于35kV线路导线防振，采用-1×10mm的铝包带代替护线条，并和防振锤联合使用。10kV配电线路，导线在绝缘子或线夹固定处缠绕铝包带，缠绕长度超出接触部分30mm作为防振护线，水平档距只有超过120m或大跨越杆塔应和防振锤联合使用。

1.3.2阻尼线：阻尼线取材为挠性较好的G-35平方的镀锌钢绞线或与导线同质同截面的一段线材，按花边状的悬挂形式，在线夹处两侧绑扎在导线上，一般档距在悬挂点中心两侧有两个花边。第一个花边绑扎点在距线夹中心点距离：

即 S1点位于最小半波长的波幅处。对外侧第三个绑扎点距线夹中心点的距离：

即S3点位于最大半波长的波幅点处。第二个绑扎S2点在第一和第三绑扎点中间位置即：

S2=(S3-S1)/2(m)

阻尼线花边的弛度一般取50-100(mm)

阻尼线在高频情况下，比防振锤有更好的防振性能，常用于大跨越线路LGJ-35-70平方，小截面导线的架空线路。对10kV配电线路，跨越公路、通讯线的加强杆，在针式瓷瓶导线固定处绑扎一段截面相同的导线。

1.3.3防振锤：目前，我国广泛使用的防振锤是FD-1~FD-3、FD-5型适用于LGJ-70-400平方的钢芯铝导线，FD-4型、FD-6型适用于GJ-70、GJ-50、GJ-35钢绞线的避雷线，防振锤的使用在国内外均有几十年的运行经验，对减弱或消除架空线振动的效果较为显著。

防振锤的安装位置最好在“波峰”点处，使其上、下甩动幅值较大，从而起到消耗最大振动能量的作用。由于架空线振动时的波长λ是随风速和应力大小变化的，在振动风速范围内，波长是在最大值和最小值之间变化，所以防振锤应安装在最大和最小波节一个半波长的重合部分内，其安装距离按下式计算：

防振锤安装距离S，对悬垂线夹，系指线夹中心线至防振锤夹板中心线的距离，对耐张线夹，系指线夹转动中心线至防振锤夹板中心线的距离。

防振锤安装个数的选择，是按架空线档距、导线直径以及风在架空线上的能量大小有关，安装个数可参照表1：

表1防振锤安装个数选择

2导线舞动

2.1导线舞动的原因及危害

架空线舞动的频率较低(周期约为几秒钟一次)而振幅值很大(可达3米、大者超过10米)，舞动波为进行波，波长λmax等于半档距或整档距长。舞动时，全档距架空线作定向波浪式运动，且有摆动，导线上任一点的摆动轨迹投影呈竖长式，椭圆状见图2a。由于舞动的振幅大，且有摆动，一次持续时间几小时，因此容易引起导线混线相间短路或导线相互缠绕在一起，造成线路跳闸停电或烧伤导线等事故。

(a)架空线舞动轨迹投影 (b)次档距振动轨迹

图2架空线舞动次档距振动轨迹示意图

导线舞动很少发生，它主要发生在架空线复冰且有大风速的地区。当导线复冰厚度达3毫米以上，复冰厚度又不均匀，使导线弧垂三相不等，汽温在0°左右，如遇大风则很容易发生舞动。在线路本身方面容易引起舞动的因素是：导线截面大(直径超过40毫米);分裂导线根数较多;导线离地面较高，弧垂较大不均等。在电气方面：线路容易发生电晕的地区;变电站出线有端发生短路，短路电流较大的线段。

目前国内对导线舞动的形成尚在研究中。架空线在运行中，能使导线舞动的力有三个：一个是风力，最大风速超过气象区设计标准，或导线复冰时风速过大。第二是电动力，送电架空线发生电晕时，要消耗电能发热，不仅增加线路电能损耗，而且严重时将导致导线和线路金具、绝缘子表面被烧毁，线路电晕放电使三相绝缘子闪络造成相间的短路故障。第三是外力。

线路发生短路时，因流过很大的冲击短路电流，会使导线间产生很大的电动力，也能使导线发生舞动，10kV配电线路也会发生舞动。例如涿鹿供电分公司，在110kV变电站10kV出线端，曾有4条10kV线路因在首段发生永久性短路故障，产生的电动力在短路点前侧导线发生舞动，并在较大的档距内(80m)，使三相导线缠绕在一起，而且都是在气温较高风速很小的情况下发生的。

根据毕奥—沙瓦定律法：当线路发生三相短路时，三相导线流过的短路电流值相等且方向相同，中间B相受到A相和C相两相导线电动力的吸引力，B相受到最大的电动吸引力，可以按下式计算：

作用在两边线(A相和C相)的电动吸引力，最大值可按下式计算：

两相短路时，导线流过的短路电流相反，两相产生的电动力相互排斥，其最大电动力可按下式计算：

线路开关能闸后，经0.5秒重合闸动作，开关再次合闸在故障点上，短路冲击电流又使导线所受的电动力增大，其值就是把第一次最大的电动力Fmax乘上动态应力系数β=1.3，Fmax= Fmax×β(N)。导线在Fmax作用下，使导线振动增大，成为强迫振动，原有的振动频率和强迫振动频率很接近，导线就会发生共振，使导线的振幅值增大，且又有摆动，导线在吸引或排斥电动力的作用下发生舞动。严重时，使三相导线缠绕在一起。

2.2防止架空线舞动的技术措施

2.2.1覆冰

在严重覆冰地区，架空线在设计和选择路径时应注意到：

(1)要调查清楚已有的线路和植物等覆冰情况(冰厚、覆冰范围)、季节风速、风向、覆冰类型，线路不要在覆冰严重地段通过。

(2)避免靠近河泊，且要求在结冰季节的下风向侧通过，避免在山峰附近风口迎风面侧通过，以免出现严重结冰现象。

(3)避免出现大档距、高杆塔，尽量不采用导线重直排列的杆塔，宜采用三角式或水平排列的杆塔，导线垂直排列时，因在风速较大的情况下，容易发生混线。导线覆冰后需脱冰，当脱冰或不均匀脱冰时会使上、下层导线跳动，发生导线与导线、导线与避雷线混线。

(4)施工架线三相导线弧垂要求一致。因导线覆冰厚度不均，三相弧垂不同，垂直比载不同，大风时导线摆动频率、振幅值不同，容易发生混线。

2.2.2电晕

送电线路导线发生电晕情况，与气候条件、海拔高度及导线截面有关，技术规程规定：在海拔高度不超过1000米的地区，送电线路如果导线直径不小于表2所列数值，一般可以不验算电晕，反之则应进行电晕校验。

表2不验算电晕的导线最小直径

2.3送电线路在沿海地区架设，由于空气比较潮湿容易发生电晕，绝缘子会闪络放电，因此应加强线路绝缘，增加悬式绝缘子的片数。

2.3.1电动力

110kV及以上电压等级的送电线路设计和施工质量都很高，运行中很少发生相间短路故障，而且导线的线间距离又大，因此就是发生相间短路时，产生的电动力也不足于使导线发生舞动混线。

10kV配电线路线长面广，经多年运行质量较差，常受到自然灾害和外力破坏，因此发生相间短路故障的机率较多。由于110kV变电站的10kV母线，系统阻抗小，尤其在10kV线路首端发生相间短路时，短路电流较大，产生的电动力会使架空线发生舞动，又因线间距离较小，所以容易使导线缠绕在一起。

为减少事故的发生，应对多年运行质量较差的线路进行更新改造。对110kV站10kV线路首端段，杆塔水平档距最大不超过70m，导线要三角排列，线间距离为1.1米，要提高新建线路的施工质量。对三相次暂态短路电流过大的10kV配电线路，应按设备选型要求，在变电站的出口端考虑装设限流电抗器，以限制三相短路电流对配电线路的危害。

3次档距振动

次档距振动是指送电线路每相分裂导线，相邻间隔棒之间相线的振动，其频率(为1-2赫兹)和振幅(约为10-20厘米)均介于前两种振动之间，所以也有称它为次档距舞动。当风速在3米/秒，及以上的大范围内的风，风向与架空线中心线的水平夹角45度以内时，能引起各种排列方式的导线发生次档距振动，除双回路垂直排列的导线外，振动的发生与复冰无关。它的运动轨迹多为椭圆状的，个别也有竖椭园状的。次档距振动将使同相分裂导线互相鞭击，因而损伤导线和间隔棒，甚至损坏金具而使导线落地。防止次档距振动，除按上述防止振动技术措施外，分裂导线要选用LGJJ加强型钢芯铝绞线，每档安装的间隔棒数量和间隔棒之间的距离要适宜。要选用质量合格的金具，有防振功能的间隔棒和导线固定线夹。间隔棒固定分裂导线之间的距离要满足设计要求。

参考文献

(1)鲁鹏著送电线路、中国电力出版社 1991年2月

(2)周振山著 高压送电线路机械计算，水利电力出版社 1987年

(3)范锡普著 发电厂电气部分，水利电力出版社1987年11月

(4)架空送电线路设计技术规程，水利电力出版社 1989年

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