架空輸電線路導線疲勞損傷及防護措施

楊 超

(特變電工沈陽電力勘測設計有限公司，沈陽 110025)

架空輸電線路導線疲勞損傷及防護措施

楊 超

(特變電工沈陽電力勘測設計有限公司，沈陽 110025)

通過對疲勞導線受損原因的分析，計算出導線振動的頻率數(shù)和半波長大小。為了保證架空輸電線路的安全運行，先對架空輸電導線產(chǎn)生振動時出現(xiàn)的特點進行有針對性的分析，以制造出更可行的保護器具(也可稱為防護金具)，同時，要對振動給導線帶來的損傷進行有效控制。

架空輸電線路；導線的疲勞及損傷；防護方法

1 架空輸電導線的疲勞及損傷原因

物體因為受到了外界的影響而發(fā)生變形，在物體的各部分間會產(chǎn)生一種相互作用的力量，單位面積上產(chǎn)生的內(nèi)力被稱之為應力。架空輸電線路中的導線一般都采用嵌入模式握緊線夾來固定的。根據(jù)對實際工程的檢測和對材料的力學分析，可把導線承受的主要應力分為兩種類型：一是靜態(tài)應力，二是動態(tài)應力。

1.1 靜態(tài)時的應力

架空輸電的導線在線夾的連接處保持靜態(tài)時也會產(chǎn)生應力，可以分為三種：一是導線自身所帶來的張力；二是導線懸于高空中，其懸垂點彎曲導致彎曲的應力；三是導線在連接時支撐點位置形成的徑向擠壓應力。

1.1.1 張力

導線自身所帶的張力在導線處于靜態(tài)時會產(chǎn)生應力。導線內(nèi)的材質(zhì)多有不同，但大多使用的是鋼芯鋁絞線，這種導線中因所處點不同，應力也不相同，加上大自然的溫度是在不斷變化的，所以，導線的張力也隨之發(fā)生不同的變化。當自然溫度低于-40℃時，導線內(nèi)的應力可以達到70～100 MPa，這時導線自身的振動會變得愈加強烈，使得振動更加嚴重。

1.1.2 靜態(tài)時的彎曲應力

導線懸空下垂時的弧度、導線自身的張力、導線本身的柔韌程度、線夾外形狀都是導致導線在靜態(tài)時發(fā)生彎曲應力變化的因素。

1.1.3 擠壓應力

指能讓物體有壓縮趨勢的一種應力，也是導線在受力時的一個重要組織因素，它會跟隨導線自身張力與導線懸垂線夾握力的增加而變得越來越大。

1.2 靜態(tài)時的應力

導線在被覆冰、風力不同、自然環(huán)境溫度發(fā)生變化時會產(chǎn)生動態(tài)的應力，其數(shù)值變化很大，它可以根據(jù)導線振動程度的不同分為微風中振動、大風中舞動、被分裂的導線與子導線之間的檔距振動、覆冰脫落時產(chǎn)生的跳躍式振動以及電暈時引發(fā)的不同程度的振動。

1.2.1 微風中振動

導線在每秒鐘0.5 m～5 m的勻速微風中作垂直作用時，會在高空的架空線背風一側形成頻率為5 Hz～150 Hz的風力漩渦流。當這個漩渦流對高空的架空線沖擊的頻率與架空線自身原有的振動頻率相等時，架空線垂直的平面內(nèi)部會因為產(chǎn)生的共振而使原有振動更加嚴重，導致架空線的振動。微風中產(chǎn)生振動的振幅比較小，如果長時間振動，會使高空架空線與相關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 大風中舞動

在風力勻速作用下，外形沒有達到對稱的導線會產(chǎn)生脈動力，從而形成較大幅度的振動，也可稱作舞動。導線上出現(xiàn)的覆冰有時會不均勻，加上在風力變化的作用下會產(chǎn)生一種頻率較低、振動幅度較大的振動，經(jīng)常會做垂直和扭轉(zhuǎn)方向的運動。舞動發(fā)生的幾率較低，但是，能量較大，時間較長、帶來的危害也較大。危害一般有機械危害和電氣危害。機械危害容易造成斷線和停電等事故；電氣危害易造成導線被燒壞，跳閘等事故。

1.2.3 次檔距的振動

在風速為每秒4～8 m的條件下，架空導線上兩個間隔棒之間的導線會發(fā)生振動，也可稱為振蕩，它的振幅可以達到導線直徑的幾倍甚至幾十倍，它會使導線同間隔棒之間的機械受損。

1.2.4 覆冰脫落時產(chǎn)生的跳躍式振動

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

1.2.5 電暈時引發(fā)的振動

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，比較小的截面或?qū)Ь€的破股處都會有電暈放電現(xiàn)象發(fā)生。隨著這種現(xiàn)象的加劇，會使帶電的水微粒被彈射出，電暈時產(chǎn)生的振動頻率相對較低，振幅較小，危害較輕。

2 架空輸電導線振動的原理分析

在微風的條件作用下，架空輸電線路中的導線(避雷線)，就會在導線的后面形成氣流渦，這個氣流渦需要達到一定頻率時上下交替產(chǎn)生變化才能形成，最后使導線形成一個上下交替不停變化的電沖擊動力。當導線自身帶有的振動頻率數(shù)值與氣流生產(chǎn)漩渦的變化頻率數(shù)值一樣時，導線就會在垂直的平面內(nèi)產(chǎn)生共振，使導線開始振動。導線在振動時產(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。導線的振動頻率無論怎樣變化，最終第一波節(jié)點都是線夾口位置，所以，在線夾出口處的導線容易反復扭折，使材料造成疲勞，以致于發(fā)行斷股和斷線事故，這對于線路安全運行的危害很大，要做出有效的防振策略和相應的措施。

3 架空輸電導線發(fā)生振動時的相應預防及保護措施

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

防振的措施還可以從以下幾點來考慮：

3.1 減弱振動和防止振動的相關方法

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

3.2 提高高空線路耐震動性能的方法

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

4 結語

使架空輸電導線造成疲勞及損傷的原因與靜態(tài)應力和動態(tài)應力有關，針對這個問題，可以采用可行的防護器具，延長導線的壽命。處于風口區(qū)域架空輸電的導線會經(jīng)常出現(xiàn)舞動情況，針對這一問題，可以將防舞動鞭安放于風口路段的檔距處，降低導線舞動的頻率。導線的次檔距離如果經(jīng)常發(fā)生振蕩，就會使隔棒與導線相互磨損。為了提高運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)性能的間隔棒來防止導線產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，也可有效的消除此振動所帶來的磨損。

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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。