预绞式防振锤的技术特性及其工程应用

赵 强，刘连光，姚建生，仇 坚，朱小强

（1.华北电力大学电气与电子工程学院，北京 102206；2.江苏天南电力器材有限公司，江苏 如皋 226522）

输电线路微风振动，可能引发导线断股以及输电线路断线等恶性电力事故[1]。例如，新疆220 kV楼哈线投运3年发生导线断股事件300余处[2]，对电网安全运行造成了严重影响。有效抑制输电线路的微风振动，是重要的研究课题。虽然绝大部分的输电线路采用防振锤抑制微风振动，但由于防振锤的安装位置改变或滑动，可能导致防振锤失效。

针对传统防振锤易滑移、安装不便、能耗大等不足，现已研发了预绞式防振锤。本文主要分析预绞式防振锤的制造工艺、技术特性及工程应用等情况。

1 防振锤原理与特性

1.1 防振锤原理

输电线路的导线具有自阻尼[3]，对一定范围内的微风振动有抑制作用，但不能消除微风振动。采用防振锤抑制微风振动，是一种常用的措施[4]。使导线输入风能与整档导线的自阻尼能耗和防振锤能耗相平衡[5]，消除导线振动，其表达式为

式中，

Pw为导线输入风能；

Ps为导线自阻尼能耗；

Pd为防振锤能耗。

研究表明，导线自阻尼消耗能量与振幅2.5次方成正比，而输入风能基本与振幅一次方成正比，故加上防振锤消耗的能量，导线的振幅会大幅度下降，从而有效抑制微风振动[6]。

1.2 防振锤特性

架空线路加装防振锤后，不仅导线振幅大为下降，并且能够形成稳定振动的谐振频率，要比无防振锤时的自然频率稀疏得多，也就是说安装防振锤后，导线振动的几率大为降低，因此可有效防止导线振动。

图1 传统防振锤实物图

尽管传统防振锤在抑制微风振动方面，取得了一定的效果，但其自身设计制造上的缺陷，也是不容忽视的。其垂体材料为铸铁，易生锈；且垂体有空隙，易积水积雪，而影响防振锤防振性能；线夹采用局部压板夹紧设计，形成闭合回路，会产生涡流损耗，增加线路能耗。

此外，由于传统设计采用螺栓安装，易在防振锤夹板及线夹处产生集中应力，不仅会出现防振锤滑移现象，且交变的集中应力，经多次交替作用后，最终将导致导线疲劳断股。

2 预绞式防振锤特性

安装防振锤的作用，是用来降低微风对导线的疲劳损害，所以当防振锤产生滑移后，反而会对导线造成更大的损害，因此必须要确保合理的制造工艺，以及具备相应的技术特性。

2.1 制造工艺

防振锤是由锤头、钢绞线及线夹组成的一种阻尼器，通过线夹悬挂在导线上。预绞式防振锤锤体采用特殊合金材料制造，不易生锈；钢绞线采用30%铝包钢制造，可保证不伤害导线；线夹为铝合金制造，采用上挂式全握结构，施工时便于直接挂在导线上，效率很高。

预绞式防振锤如图2所示。

图2 预绞式防振锤实物图

2.2 技术特性

（1）防积水。预绞式防振锤锤体圆滑无空隙，可以完全消除积水积冰积雪，不会因结冰导致产品总质量发生变化，而影响产品的防振性能。

（2）防滑性。预绞式防振锤与传统防振锤最大的区别，在于采用预绞丝安装[7]，减小人为因素带来的影响，预绞丝与导线间的握力均匀分散在30～60 mm长度的区域上，避免了导线的应力集中，消除了螺栓固定式防振锤安装力矩不均匀、易滑移的缺陷。

（3）多频谐振性。预绞式防振锤采用特制的小节距钢绞线，两端的重锤成狗骨头形状，并分别置于钢绞线的前后两侧，形成一定的角度，兼顾了音叉型与扭矩型防振锤的优点，其有4个谐振频率，分别在10 Hz、35 Hz、50 Hz、75 Hz附近[8]。

（4）节能性。预绞式防振锤线夹为铝合金制造，且采用开口设计，避免了由于使用钢铁材料而产生的涡流损耗，同时，接触面积的增大，也有效地减少了接触电阻，减少了能量损耗[9]。

（5）抗疲劳性。此外，缠绕在导线上的预绞丝，增强了导线与防振锤接触区域的弯曲刚度，削弱了在这些区域的动态弯曲应力[10]。在同等条件下，预绞式防振锤与传统螺栓压紧型防振锤相比，有效改善了导线在悬挂点的应力环境，使导线所受的静态压应力、夹应力、弯曲应力和动态应力大大减小，延长了导线的抗疲劳特性和使用寿命，具有很高的性价比。

3 预绞式防振锤选型

表1列出了6种适应不同型号导、地线的预绞式防振锤。

表1 预绞式防振锤型号

上述预绞式防振锤，经过1 000 kV交流电气试验、800 kV直流电气试验及疲劳试验等各种型式试验，结果表明，其各项指标均满足国家标准要求。

4 预绞式防振锤工程应用

下面以一般地形10 km长线路为例，从工程实际应用出发，与传统防振锤相比，预绞式防振锤存在明显的优越性。

4.1 经济性

（1）安装成本。传统防振锤因采用螺栓安装，均需安装铝包带，增加了安装成本。而预绞式防振锤采用预绞丝安装，不用安装铝包带，且无需任何安装工具，徒手即可完成，安装方便快捷，施工成本低廉。

（2）维护成本。后期运行维护成本可描述为

式中，

Cw为每年后期维护总成本；

n为防振锤安装数量；

Cx为单次单个巡视费（1元）；

Px为每年巡视次数；

Ch为更换损坏产品的费用。

传统防振锤因采用螺栓安装，易产生滑线，且会生锈易脱落，每年至少需巡视5次。而预绞式防振锤采用预绞丝安装，绝无滑移现象，同时不易生锈，每年只需巡视1次即可。

此外，传统防振锤性能较差，容易结冰，使用寿命一般，易产生滑移对导线带来很大损害，滑移后需要进行更换及复位操作，成本极大。

相比之下，预绞式防振锤因其性能优越，不会结冰，且预绞丝一般采用与裸缆线相同的材料制成，减小了由于不同金属间在电气环境下所引起的电腐蚀，不仅延长了防振锤的使用寿命，而且对导线能有效地保护，不会滑移，无需更换及进行复位操作。

预绞式防振锤与传统防振锤后期维护成本对比如表2所示。

表2 预绞式防振锤与传统防振锤后期维护成本对比

4.2 安全性

传统防振锤，前期工作量较大，采用铝夹板及螺栓安装[11]，需要扳手安装，加大了高空作业难度，带来施工安全隐患。

而预绞式防振锤，对操作人员的技术要求不高，具有安装简便、迅速、可徒手安装、无需安装工具等特点，节省了大量的施工时间及施工材料，同时也降低了高空作业的劳动强度和危险性，确保施工安全。

一般情况下，熟练工人徒手安装一套预绞式防振锤，只需要几分钟到十几分钟的时间。安装完成后，其安装品质可用望远镜在地面上观察和判断，极大地降低了工程验收难度，方便安全。

4.3 工程应用

预绞式防振锤以其良好的防滑防振性能，现已广泛应用于江苏、浙江、安徽、山东、河南、甘肃等省输电线路，抑制微风振动工程。

以甘肃电网为例，受地形、气候影响，河西地区750 kV输电导线微风振动强烈，常有防振锤滑移、导线疲劳断股等事件发生，严重威胁该地区输电线路的安全与稳定运行。为此，结合运行实际，采用了新型预绞式防振锤，来抑制微风振动。经现场试验表明，预绞式防振锤不仅能有效抑制微风振动，而且安装方便，不易滑移，极大地减小了后期维护的工作量。

5 结束语

电力系统安全稳定运行最重要，预绞式防振锤以其先进的技术水平，独特的无放电外型设计，锤体无空隙，消除了水及冰的沉积；锤头间对称斜度设计，能产生多个共振频率，有效吸收不同频率的振动，降低导线疲劳损坏；采用全开口设计，无磁滞及涡流损耗，节能效果显著；在施工中采用预绞丝安装，无需安装工具，提高工作效率，确保施工安全，避免人为因素影响，彻底解决了长期以来防振锤的滑移问题，工程应用效果显著。

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