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输电线路导线的疲劳破坏及防治 |
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| 输电线路导线的疲劳破坏及防治 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 9:17:42  |
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朱斌 江苏泰兴市供电公司 （225400）
摘要：该文分析了在输电线路上导致导线疲劳损伤的几种因素，研究了导线疲劳损伤的一些实例，并针对不同的破坏方式，选用了不同的防治措施。
1 导线破坏的原因
1.1 静应力
在架空导线的支撑处的主要应力有：张力、径向挤压力和弯曲应力。而扭转应力和横向的剪切应力非常小，此处不予考虑。引起上述应力的主要因素如下：
·直接来自线路的张力；
·在悬垂点导线的弯曲引起的静态弯曲应力；
·径向挤压力产生于：张力、线夹的弯曲、内部的夹紧力；
·表面看来，各种静应力彼此是独立的。不过，它们是以一种复杂的方式互相关联，并且在导线上它们集中为很高的径向挤压力。
1.1.1 张力
导线的张力在导线中产生了静态张应力。在钢芯铝绞线中，铝线的张力随着温度变化而不匀称地变化。在极冷的气候条件下发生极严重的振动时，铝线的张力在-40℃时可能高70Mpa，铝线上的高张力增加了导线结构上的自我振动，进而导致非常严重的振动。
1.1.2 静态弯曲应力
在悬垂线夹处的静态弯曲应力与导线的悬垂弧度和导线张力有关，与导线的柔韧性和线夹的外形亦有关。
1.1.3 挤压应力
挤压应力是应力的重要组成部分，而且在磨蚀过程中起了很大作用。它随着张力、悬垂线夹衬垫和内部的夹紧力的上升而上升。
典型的多层导线，层与层的接触开始是点与点的接触，当产生极高的接触应力时，点与点的接触产生可塑变形。这种压痕随着动态作用所导致应力的上升而发展。
1.2 动态应力
依据振动类型和振动的程度，动态应力在量值上变化很大。
它们产生于微风振动、舞动、分裂导线的振动、风摆产生的振动。覆冰的坠落和其他的瞬态脉动也可产生动态荷载。
微风振动初始时产生了交互式应力，在轴向张力方面只有很小的变化。
严重的舞动导致作用于支撑点的弯曲应力很大，张力的大起大落导致金具及附件随着导线的疲劳而损坏。
来自分裂导线振动的反复弯曲应力发生在或大或小的平面上，其对悬垂线夹处的静态弯曲应力没有影响。在分裂导线振动严重的区域可以看见螺栓型的间隔装置的疲劳破坏痕迹。
2 振动破坏的控制
2.1 悬垂金具
防止导线振动破坏，从理论上一方面可以采用降低导线应力的办法，以增加导线的自阻尼作用，但这种方法不太现实，主要会增加杆塔的使用数量，很不经济；另一方面就是采取防振措施加以防振。如护线条，它是用具有弹性的高强度的铝合金丝按规定根数为一组，预制成螺旋状的预绞丝护线条，紧紧缠在导线外层，装入悬挂点的线夹中，其作用是增加了线夹出口附近导线的刚度，降低了导线所承受的静态和动态的弯曲应力，使应力均匀分布，保护了导线。
护线条不能控制线路的振动，而仅仅是消除它的影响，另外护线条也不能完全保证线路在长期严重的振动条件下，不发生疲劳破坏。
2.2 减振阻尼器
2.2.1 微风振动阻尼器
为了防止损伤导线有两种形式的减振器用来减弱微风振动的影响，即调频率减振器和冲击型减振器。
防振锤是一种广泛使用的调频率减振器。防振锤的原理是，当导线振动时，防振锤的夹板也随导线上下移动，由于两个重锤具有较大的惯性不能和夹板同步移动，致使防振锤的钢绞线两端不断上下弯曲，使股线之间不断磨擦，消耗导线振动传给它的能量。对于大直径导线，防振锤具有非常有效的防振效果。防振锤是利用两种基本频率特征方式的一种动态吸收装置(减振器)。防振锤的型号随波形频率范围的不同而变化，频率越高选用的防振锤越轻。防振锤安装地点应尽量接近波腹，以最大限度的消耗导线振动能量。然而导线振动可能出现的频率及波长并非一个，而是在一定范围内变动，为了使防振锤对可能出现危险的各种振动都能发挥其消振作用 ，防振锤的安装位置如能照顾到最大及最小波长的振动，则对中间波长的振动自然能起作用。当线路档距较大或导线线号较粗时，可适当增加防振锤的数量，以便提高防振效果。
阻尼线是用一种挠性较好的钢绞线或与导线同牌号的导线按花边状扎固在悬点两侧的导线上。
阻尼线的防振原理相当于多个联合的防振锤，阻尼线的花边可将档距中的振动传到线夹附近的振动波及所带来的能量消耗，从而使振动大大减弱，达到消振效果。由于小直径导线具有较高的频率，阻尼线对高频振动有较好的防振效果，故比较适合于小截面导线或大跨越档距的防振。
通常情况下，调频率减振器都有一个特定的频率特征范围。实际上，这个频率特征范围必须覆盖一般张力条件下、不严重的风速条件下导线微风振动的频率。
防振鞭(SVD)是目前最常用的一种冲击型减振器，防振鞭和阻尼线一样对小直径的配电线路、静态线路和光纤线路的高频率振动的减振非常有效。SVD通过与线缆的撞击来消散振动能量进而达到减弱线路微风振动的效果。正如前文所提到的，这种类型的减振器对于小直径的导线防振非常有效，而对于较大直径的线路，效果就不太理想了。总之，它的减振效果取决于防振鞭与导线之间质量和频率之间的关系。
2.2.2 防舞动鞭(AFS)
导线本身具有一种振动的扭转方式，它可以转化为垂直的椭圆运动，进而引起较高的应力组合，致使导线发生损伤。当舞动开始时，防舞动鞭可能制止这种扭转力作用在导线上，从而使导线从扭转中稳定下来。
防舞动鞭，它改变了风力作用下导线的空气动力性形状，这时,当表面覆冰不严重时，导线表现出很强的稳定性。这种装置对于抑制舞动的发生非常有效。
3 结论
·微风振动是导线振动最普遍的形式，同时也是架空线路损伤的主要原因。
·微风振动主要使导线产生疲劳和磨损破坏。当导线使用刚度较大的金具时，例如，悬垂线夹、压接管和压接耐张线夹，很容易产生疲劳破坏。而磨损破坏容易发生在松弛的支撑点上，例如，绝缘子的绑线部位。
·导线发生舞动时将发生很大的动态变形和张力变化，这样就导致导线在很短的时间内产生严重的破坏。
·减少应力是解决疲劳问题的关键所在，通过减少静态和动态的应力，导线支撑金具的疲劳寿命将大大延长。
·对付微风振动需要特殊设计的金具，例如防振锤、护线条、阻尼线、防振鞭等，它在输电线路的悬垂点上可以非常有效地减低应力组合。
·解决架空线路的舞动问题则需要防舞动鞭（AFS），它可以有效地改变导线的空气动力学形状，从而大大降低舞动发生的可能性。
·防振鞭（SVD）使用在小线径的电力及光纤线路上对付高频率振动很有效果。
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