線路防振錘的技術分析

吉荔 劉華

摘 要：架空輸導線路的傳輸介質為圓形或接近圓形的導線，當風吹過導線后，導線的背風側將產生漩渦，漩渦上下交替產生，使導線產生振動。由于使導線振動的風速較低，因此該振動也被稱為微風振動。當導線在端部被固定以后，固定端的導線將承受由低速風引發的不利作用，這就造成導線的折斷。本文主要針對防振錘的技術發展路線，通過檢索、統計、分析了防振錘領域的專利申請，重點梳理了重要申請人、技術分布等狀況等信息，同時闡述了重點專利的技術發展脈絡。

關鍵詞：防振錘；技術演進；專利分析

一、前言

影響架空線振動的因素有以下幾點：風速、風向；導線直徑及材料；線路的檔距和張力；懸點高度；地形地物。茄子，風的作用除對導線和支撐架體的垂直線路方向的水平作用外，同樣是發生線路中振動的最主要因素，導線的振動將使導線折斷壽命縮短，造成電路故障，無法保證輸送電的可靠性。具體的，導線振動時有一個規律，導線上有些點做上下運動，時而向上、時而向下，這些點被稱為“波峰點”，而另外一些點，卻不發生位移，維持在原來的平衡點上，這些點被稱為“波節點”。導線上的“波節點”在振動中被來回不間斷地移動造成線纜的彎折，這些點就是造成線路的“疲勞”，進而折斷的原因。不可避免的是，線路端部懸掛點，無論在何種頻率下振動，總是被不斷地變為“波節點”。這也就解釋了，為什么在線夾出口處導線尤其容易產生彎折、斷裂等問題。因此，線路運行時著重注意振動，特別是導線的振動是十分必要的。基于此，研究微風振動，擬定有效的防振措施己引起國內外研究者的高度重視。

根據引起導線振動的因素和導線振動破壞原理，考慮防振措施可以設法防止或檢索振動，例如線路路徑避開風速容易引發導線振動的區域；利用線路設備本身對導線振動的阻尼作用，以減小導線振動，例如可以采用柔性橫擔、偏心導線、防振線夾；最常見的是在導線上加裝防振裝置以吸收或減弱振動能量，消除導線振動對線路的危害，譬如，防振錘和阻尼線。

二、防振錘關鍵技術發展歷程

防振錘的原理是：當導線振動時，防振錘隨導線一起上下振動，由于兩端重錘的惰性，鋼絞線不斷上下彎折，使鋼絞線股間及分子間都產生摩擦，從而消耗振動能量。防振錘鋼絞線彎曲的越厲害，消耗導線振動的能量越多，使振動減小到導線可以耐受的程度，進而阻止導線的損傷。

自從發現了微風振動現象，用于保護導線的消振裝置就被提出。從1950年研制的改進型“Stockbridge”防振錘，到目前為止，可供輸導線路使用的防振錘的種類已達數十種類型。國外的綜合資料表明，上世紀以來，澳大利亞、加拿大、意大利、西德和美國等很多國家對這方面的問題作了大量的研究工作，包括防振錘使用的正負效應、防振錘的應用效率及其參數之間的關系、防振錘的改進與發展等各方面都有涉足。自上個世紀70年代起，逐步引入計算機分析手段，建立了一些相應的發展分析軟件。其中，由于澳大利亞、加拿大、意大利等國的地理環境具有地域開闊，水域分布廣泛的基本特點，因此比其它國家更為重視防振錘在架空輸導線路中的應用研究，它們在該領域的發展也頗具有代表性。

早在20世紀30年代，澳大利亞就開始注意研究架空輸導線疲勞斷股的現象。最早在澳大利亞使用的防振器是由維多利亞洲立電氣委員會（State Electricity Commission of Victoria）的Ernest Bate發明的。

80年代左右，Dulmison在ES-2型防振錘的基礎上發明了變節距防振錘（亦稱Dulmison防振錘）。它與ES-2型防振錘的不同之處在于兩端的垂頭上各有一個附加環頭。把環頭移到不同的位置上，就得到不同的頻率特性。

近十年以來，澳大利亞開始生產寬諧振頻譜的4D系列防振錘，并以很快的速度在全國推廣應用。后面我們所要檢測的新型FR型防振錘也是以擴大諧振范圍進行高效能吸收為基本指導思想，結合我國實際輸導線路情況而設計的新型號。

目前我國在架空輸導線上廣泛采用防振錘來控制微風振動，已起到了明顯的防振效果，在防振器件的性能試驗等方面也積累了很多資料。在上世紀八十年代初，何曉雄教授領導的課題組就開始進行控制導線微風振動方面的研究，通過參與現場的測試，獲得了許多寶貴的資料，并且建立了比較完善的防振理論體系。1985年，哈爾濱工業大學提出了建立防振設計分析軟件的思想，1990年和電力建設研究所合作開始了“架空輸導線防振優化設計研究”課題，所擬建立的數據庫系統主要對防振錘、防振方案的數據文件進行存儲和信息處理。

盡管我國大量生產和使用防振錘，但在防振設計、性能研究方面還遠遠落后于發達國家，隨著我國電力建設步伐的加快，特別是國家“西部大開發”戰略的加速實施，500KV線路及眾多大跨越對安全的要求不斷提高，越來越多的線路設計者已充分認識到不能只是一般化地參考其它國家防振錘的主要尺寸進行生產，而應該借鑒先進的經驗，結合我國國情、地理特點，注重研究防振錘的設計方法及性能測試，做到在生產以前預先確定其特性，按特性要求來設計防振錘，在這方面還有許多工作可做。

參考文獻：

[1]《國家電網公司輸變電工程標準工藝》，劉振亞，北京：中國電力出版社，2014年2月。

[2]《專利復審和無效審查決定匯編叢書》，國家知識產權局專利復審委員會，北京：知識產權出版社，2016年4月。

[3]《輸配導線路設計》，韓宏亮，北京：知識產權出版社，2014年7月。