超高壓輸電線路防舞動裝置的研究與應用

牟晨

摘 要：舞動是一種對輸電線路危害極大的自然災害，主要是因空氣動力不穩所導致。舞動容易導致導線鞭擊及電弧燒傷或斷線、斷股現象，易導致金具嚴重磨損、斷裂、脫落，或絕緣子鋼腳斷裂、桿塔傾倒以及線路跳閘等多種現象的發生，從而造成大面積的停電現象，給社會生產和人們的生活造成難以估量的損失。為此，采用彈簧振子阻尼結構研制了防舞動裝置。

關鍵詞：超高壓；輸電線路；防舞動裝置；彈簧振子

中圖分類號：TM752 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.11.126

文章編號：2095-6835（2016）11-0126-02

作為舞動發生最頻繁的國家之一，我國的舞動帶南起湖南，北抵吉林，且舞動涉及各個電壓等級的輸電線路。之所以如此分布，是因為在每年冬、春兩季（即每年的11月、12月和次年的1月、2月、3月），我國西北南下的氣流與東南北上的氣流在東北部和中部相匯，由此形成凍雨或雨凇。再加上這兩個季節的強風天氣，從而造成導線覆冰。在我國，傳統的強舞動區域以遼寧、湖北和河南三省為主。

1.2 應用分析

在實際應用中，阻尼總是存在的。阻尼雙自由度系統受迫振動機理分析同上。通過選擇適當的減振器質量和阻尼，可以進一步降低系統固有頻率上的共振幅值。

2 防舞動間隔棒結構說明

2.1 采用彈簧防凍液阻尼系統消除舞動

設計產品與導線連接的部件采用現有普通分裂導線間隔棒，另設計防舞動部件——防舞器。防舞器采用彈簧-振子-阻尼結構。導線舞動時，間隔棒運動，帶動彈簧質量系統的質量振子運動，吸收舞動能量。彈簧質量系統的動能再通過彈簧和質量振子與防凍液摩擦轉換為熱能，消耗舞動能量，從而達到消除舞動的目的。

2.2 防凍液的選擇

防凍液選擇汽車常用的乙二醇防凍冷卻液。乙二醇沸點高，揮發性小，黏度適中，且隨溫度變化小，熱穩定性好。通過調整配比，保證乙二醇在-40～60 ℃的溫度下保持液態，避免彈簧的性能因阻尼液低溫凝結而降低乃至失效。防凍液添加成分為防腐蝕添加劑，也可保護彈簧-振子系統。

3 產品設計

設計產品主要部件為常規四分裂間隔棒和防舞器。防舞動間隔棒與導線連接部分采用常規四分裂間隔棒。四分裂間隔棒迎風面線夾換裝旋轉型線夾。旋轉型線夾可在迎風面子導線覆冰時隨覆冰子導線旋轉，從而改變子導線扭轉固有頻率，降低導線束起舞的可能性。防舞器起吸收能量和阻尼耗能的作用。

3.1 相關資料和統計數據

導線舞動頻率多在3階及以上。設計產品為抑制導線3～5階固有頻率的舞動。導線的三階固有頻率和固有角頻率為f3=3×f1=0.363 Hz，ω3=3×ω1=2.283 rad/s。

3.2 彈簧-振子阻尼系統

3.2.1 質量

按設計要求，本項目研制的防舞器的質量參照同等線路條件下適用的雙擺防舞器的擺錘質量。

每個擋距安裝11套雙擺防舞器。本產品數量也為11套。設計產品的防舞器（部件）質量要求接近18 kg。

3.2.2 防舞器安裝角度

導線舞動的軌跡一般為一接近垂直的橢圓。本產品的防舞器要求與水平面、順線方向垂直面、切線方向垂直面均呈45°。此時，防舞器與各方向的夾角均為54.74°。

3.2.3 彈簧-振子參數設計計算

彈簧-振子系統安裝于不銹鋼筒內，筒內注滿防凍液。防凍液起阻尼作用。

不銹鋼筒直徑的選擇需保證足夠彈簧-振子安裝。直徑過大會導致整個防舞器質量超過18 kg。經多方面考慮，選取不銹鋼筒直徑為φ60 mm。

振子質量取4.5 kg。振子與不銹鋼筒內壁間留有0.5 mm的間隙，以保證阻尼作用的有效發揮，同時起定位作用。定位處裝有橡膠套，避免有微風時，振子與鋼筒高頻率的撞擊而產生噪聲。

彈簧有效工作圈的總剛度k=583 N/m。

將相關數據代入式（7），可得ωSM=11.392 rad/s。

該值為彈簧-振子系統順彈簧軸向的固有振動頻率。本項目研制的防舞器與水平、順線、垂直各向均呈54.74°。因此，彈簧-振子系統振動時，在垂直方向的振動頻率ωc=ωSM×cos54.74°=6.576 rad/s=8.64ω1.

此處計算未考慮彈簧-振子阻尼系統的阻尼作用。可通過阻尼進一步降低ωSM 值。防舞器總質量為16.15 kg。

4 總結

新型防舞動間隔棒是從吸能、耗能角度出發研制的。防舞器部分質量參照同規格導線適用的雙擺質量，因此還能起到壓重防舞作用。新型防舞動間隔棒的線夾夾頭可更換為旋轉夾頭，以增加防止迎風面子導線扭轉誘發舞動的功能。同時，在水平方向、順線方向和垂直方向發生導線擺動或舞動時，均可發揮吸能和阻尼作用。

參考文獻

[1]郭應龍，李國興，尤傳永，等.輸電線路舞動[M].北京：中國電力出版社，2003.

[2]孫渭清，王鋼，楊雪峰，等.防舞動動力減振器的研制[J].電力金具，2012，33（2）.

〔編輯：劉曉芳〕