浅谈风与线路防振潘国斌

潘国斌

摘要：微风振动是高压输电线振动最普遍的形式,同时也是造成输电线路损伤的主要原因。本文简单介绍了微风振动的原理以及引起输电线微风振动的因素,得出微风振动危害的一些特点,以激发起输电线路工人对微风振动的足够重视。线路部件的松动、疲劳、受损主要原因是风对线路振动及线路部件老化等原因导致，那么探索线路振动是如何产生必然是解决线路部件振动受损的重要因素。

关键词：导线；振动；松动；损伤；防振

佛山位于珠三角的中西部，地形主要以平原、丘陵为主，随着输电线路运行时间的增加，在佛山已经有80％以上的线路运行超过10年，线路部件受自然力及本身问题的影响，逐渐出线连接器松动甚至老化受损状况，面对如此大面积的问题，该如何有效处理，避免将隐患扩大为事故呢？

2015年我班所辖线路进行红外测温显示110kV输电线路共23条，其中出现引流板温度过高的线路共15条32处，其中110kV竹丹乙线箩行支线#6塔线夹温度高达180度，这32处线夹发热问题经过处理得出的结论都是螺栓松动引流不畅导致的发热问题，大量的运行资料显示：线路部件的松动、疲劳、受损主要原因是风对线路振动导致，那么振动是如何产生必然是解决线路部件振动受损的重要因素。

导线振动机理：

①导线的振动定义：在架空线路的档距中间，由于风力的作用而引起导线的周期性振荡称为导线的振动。这种振动发生在导线的垂直方向，也即导线的振动力是向上或向下垂直于导线方向的。风作用于导线后，由于产生涡流，导线会按一定的频率开始振动，根据导线风洞试验发现，当导线以某频率f0振动以后，气流将受到导线振动的控制，在导线背后的漩涡将表现为很好的顺序性，其频率也为f0，当风速在一定范围内变化，导线的振动频率和漩涡的频率都不变化仍保持f0,这种现象称为“同步效应”即“锁定效应”当风作用于导线后，由于以上现象的发生，导线将在垂直平面内产生谐振，形成上下有规律的波浪状的往复运动，即微风振动波形图见（图2）

②振动机理：架空电力线路，架设在空中其导线可视为是一个长圆柱体，根据空气动力学原理，当空气在空中遇到圆柱体(如导线)时，在柱体的后面形成涡流，如果涡流在柱体上部和下部交替着形成，此种状态就能继续存在下去。当涡流在导线(柱体)下部形成时，柱体上部气流速度较柱体下部为大，这时，风对柱体的压力就有一个垂直向上的分量，当这量大到一定程度时，就能使柱体向上移动。当涡流在柱体的上部形成时，同理柱体受到一个垂直向下的冲击，使导线向下移动。当风向与线路垂直，且交替地产生向上或向下的作用力，如果这一作用力的频率相等或接近时就造成导线的振荡，这种振荡称为"振动"，导线的振动是产生在垂直面内。这些“漩涡”的周期性“脱落”，产生了一组周期性的策动力，促使架空线发生周期受迫振动。随着n(半波数)的变化，架空线的固有频率不是一个值，而是一组值，当作用于架空线的策动力频率fs与某一阶架空线的固有频率fn相等或接近时，架空线将产生极为剧烈的共振一微风振动

③影响振动的因素：使导线产生稳定振动的原动力是有规律的周期性的冲击作用，也就是说涡流的形成是周期性的，而这种周期性的涡流只有当均匀的气流(风速在0.4～8m/s)碰到导线时才能发生，因而可以说使导线发生稳定性的振动的先决条件是均匀气流。均匀气流形成与下列因素有关：

a.气流的均匀性与风速及导线距地面高度有关。离地高度不超过15m时，4m/s以内的风速都能形成均匀气流；离地高度在25m以内时，5m/s以内的风速都能形成均匀气流；在离地高度40m时，6～8m/s以内风速都能形成均匀气流。b.导线振动还与电压等级有关，电压越高导线悬挂点越高，造成稳定性振动的可能性也就越大，导线因振动受到的破坏越严重。

c.风的方向与线路间的夹角，也影响导线振动。当风向与线路方向夹角在45°～90°时，能产生稳定的振动；在30°～45°时，振荡不稳定；小于30°时，不产生振动。

d.地理条件也对导线振动有很大影响，一般在平原地带导线振动强度和持久程度都会高一些。如果线路附近有森林，则振动的可能性要大大地减弱。

e.应力对振动的影响。导线张力的提高，会使导线振动的振幅增大。

以上几项影响导线振动的因素，都对导线振动起着不同的作用，分析110kV竹丹乙线箩行支线#6塔线夹发热，也由以上几种因素造成。

由导线的振动原理可见：导线悬挂点高度与导线振动有密不可分的联系。对于解决导线防振问题以我个人观点看：

1、关于连接部件松动的问题：

对于佛山的地理特点和气候的特点可知，佛山年平均风速为v=2.2m/s，多年平均年大风日数4d，可见佛山的风速以微风为主，在0.4－4m/s风速范围内，故导线悬挂点高度在15米以内的线路部件受风力影响产生振动而受损的情况较为突出。现场运行实例也证明了这一点。

见表

大量的运行实例清晰的表明，佛山的地理条件和自然气候下，导线悬挂点在距地面15米以内的线路极易因导线振动引起线路故障。根据振动机理，结合运行现状，可考虑进行如下方案。

（1）对悬挂点高度在15米以内的线路采取增加防振措施，例如增加方振锤数量，增加防振鞭等措施。

（2）对悬挂点高度在15米以内的线路，对连接处螺栓应采取必要措施避免在振动过程中出现螺栓松动问题。

（3）对于悬挂点高度在15米以内的线路部件进行重点的红外测温工作，保证线路运行安全

（4）对于悬挂点高度在15米以内的线路部件采取每年都进行线夹引流板螺栓的紧固工作，避免线路故障。

（5）对处于开阔地带小档距也增加安装防震锤，必要的加装护线条，减少发生振动的机率。

（6）适当调整导线弧垂，降低平均运行应力，因导线振动的振幅和波长直接与导线张力有关，它是影响导线振动的关键因素。当年平均运行应力增大时，导线振幅也相应增大，容易使导线疲劳而断股，所以可适当放松一点弧垂，降低导线运行张力，尽量减少导线振动的机率。

2、关于及时发现线路部件因风力受损的问题：

要想及时发现线路部件最易受损，则必须区分易受风力破坏区，根据不同情况采取相应处理方法。

（1）对所辖线路资料整理统筹安排，建立档案，按照风速大小采取相关线路特巡工作。

（2）根据导线悬挂点高度确定巡视重点：例如当风速在0.4－4m/s的季节里则相应对导线悬挂点高度在15米以内的线路采取重点特巡工作，必要的进行登杆检查，对发现的断股、歪杆、零件破损等缺陷进行彻底维修或更换。特别是导线和绝缘子固定点和耐张线夹固定导线夹口，认真仔细检查，对固定处无铝包带者，加补铝包带。同理不同风速特巡地点也应相应调整，这样即减少了防风防汛巡视的工作量，又保证了巡视工作的质量。

（3）加强线路维护，提高安装和检修质量。杆塔组立完毕和导线架设完毕以后，都要按照有关规程对杆塔和金具的所有连接和紧固螺丝进行一次紧固检查。必要时使用防松螺栓或对螺母外螺纹打冲两处，以防螺母松动。

（4）提高思想认识，加强对架空线路的防振观念。在架空线路运行中，也认识到是一种谐振现象，但还没认识是微风振动所引起。进一步引起了运行管理者对防振的惊觉，并结合实际，采取加长导线横担、加强导线间距离等防振措施，相应减少了微风振动事故，从思想上加强了防振观念。所以从设计、施工、运行、检修中采取了不同防振措施，大大提高了架空电力线路的安全性和可靠性。

结束语：

微风振动是一种普遍存在和具有较强隐蔽性的振动，对架空输电线路造成的破坏是长期积累性的。从二十世纪开始，输电线路工人就与之展开了斗争，并取得了系列成功的经验和科学的结论。但实际运行的架空线是受多种因素综合作用，其振动波形属于一种非线性振动，目前在试验室尚不能完全再现，在理论推导上也存在困难。因此，现阶段输电线路防振不能仅仅依靠现行设计，而是具体问题具体对待，积极开展微风振动现场测试，通过大量监测数据的统计分析找到一种真正有效的防振办法。微风振动领域尚有很多研究空白需要填补，期望通过我们不懈的努力，为输电线路防振工作提供一些有益的参考。

参考文献：

[1]郑玉琪，《架空输电线微风振动》，水利电力出版社，1987年7月

[2]于钦刚，杨文义，《中国架空输电线路大跨越防振技术的调查与研究》，国家电力公司电力建设研究所，1999年3月

[3]杨立秋，《架空输电线路微风振动危害分析》中国科技信息，2008年第12期

[4]赵岚《架空线断股原因探析》，工业技术，2008年第11期