架空输电线路导线疲劳损伤及防护措施

杨 超

(特变电工沈阳电力勘测设计有限公司，沈阳 110025)

架空输电线路导线疲劳损伤及防护措施

杨 超

(特变电工沈阳电力勘测设计有限公司，沈阳 110025)

通过对疲劳导线受损原因的分析，计算出导线振动的频率数和半波长大小。为了保证架空输电线路的安全运行，先对架空输电导线产生振动时出现的特点进行有针对性的分析，以制造出更可行的保护器具(也可称为防护金具)，同时，要对振动给导线带来的损伤进行有效控制。

架空输电线路；导线的疲劳及损伤；防护方法

1 架空输电导线的疲劳及损伤原因

物体因为受到了外界的影响而发生变形，在物体的各部分间会产生一种相互作用的力量，单位面积上产生的内力被称之为应力。架空输电线路中的导线一般都采用嵌入模式握紧线夹来固定的。根据对实际工程的检测和对材料的力学分析，可把导线承受的主要应力分为两种类型：一是静态应力，二是动态应力。

1.1 静态时的应力

架空输电的导线在线夹的连接处保持静态时也会产生应力，可以分为三种：一是导线自身所带来的张力；二是导线悬于高空中，其悬垂点弯曲导致弯曲的应力；三是导线在连接时支撑点位置形成的径向挤压应力。

1.1.1 张力

导线自身所带的张力在导线处于静态时会产生应力。导线内的材质多有不同，但大多使用的是钢芯铝绞线，这种导线中因所处点不同，应力也不相同，加上大自然的温度是在不断变化的，所以，导线的张力也随之发生不同的变化。当自然温度低于-40℃时，导线内的应力可以达到70～100 MPa，这时导线自身的振动会变得愈加强烈，使得振动更加严重。

1.1.2 静态时的弯曲应力

导线悬空下垂时的弧度、导线自身的张力、导线本身的柔韧程度、线夹外形状都是导致导线在静态时发生弯曲应力变化的因素。

1.1.3 挤压应力

指能让物体有压缩趋势的一种应力，也是导线在受力时的一个重要组织因素，它会跟随导线自身张力与导线悬垂线夹握力的增加而变得越来越大。

1.2 静态时的应力

导线在被覆冰、风力不同、自然环境温度发生变化时会产生动态的应力，其数值变化很大，它可以根据导线振动程度的不同分为微风中振动、大风中舞动、被分裂的导线与子导线之间的档距振动、覆冰脱落时产生的跳跃式振动以及电晕时引发的不同程度的振动。

1.2.1 微风中振动

导线在每秒钟0.5 m～5 m的匀速微风中作垂直作用时，会在高空的架空线背风一侧形成频率为5 Hz～150 Hz的风力漩涡流。当这个漩涡流对高空的架空线冲击的频率与架空线自身原有的振动频率相等时，架空线垂直的平面内部会因为产生的共振而使原有振动更加严重，导致架空线的振动。微风中产生振动的振幅比较小，如果长时间振动，会使高空架空线与相关的金具变得疲劳并受损，使线路的安全性也受到影响。

1.2.2 大风中舞动

在风力匀速作用下，外形没有达到对称的导线会产生脉动力，从而形成较大幅度的振动，也可称作舞动。导线上出现的覆冰有时会不均匀，加上在风力变化的作用下会产生一种频率较低、振动幅度较大的振动，经常会做垂直和扭转方向的运动。舞动发生的几率较低，但是，能量较大，时间较长、带来的危害也较大。危害一般有机械危害和电气危害。机械危害容易造成断线和停电等事故；电气危害易造成导线被烧坏，跳闸等事故。

1.2.3 次档距的振动

在风速为每秒4～8 m的条件下，架空导线上两个间隔棒之间的导线会发生振动，也可称为振荡，它的振幅可以达到导线直径的几倍甚至几十倍，它会使导线同间隔棒之间的机械受损。

1.2.4 覆冰脱落时产生的跳跃式振动

覆冰脱落的瞬间可以使架空导线的弹性和能量得到快速释放，使架空导线被弹起，造成导线上下跳动，很容易让上下两层导线产生短路现象。

1.2.5 电晕时引发的振动

较高电压的输电线路在潮湿环境中，且电位的梯度也在一定的范围内时，比较小的截面或导线的破股处都会有电晕放电现象发生。随着这种现象的加剧，会使带电的水微粒被弹射出，电晕时产生的振动频率相对较低，振幅较小，危害较轻。

2 架空输电导线振动的原理分析

在微风的条件作用下，架空输电线路中的导线(避雷线)，就会在导线的后面形成气流涡，这个气流涡需要达到一定频率时上下交替产生变化才能形成，最后使导线形成一个上下交替不停变化的电冲击动力。当导线自身带有的振动频率数值与气流生产漩涡的变化频率数值一样时，导线就会在垂直的平面内产生共振，使导线开始振动。导线在振动时产生的波形为驻波，波形不发生变化，只有波腹上下交替发生变化。导线的振动频率无论怎样变化，最终第一波节点都是线夹口位置，所以，在线夹出口处的导线容易反复扭折，使材料造成疲劳，以致于发行断股和断线事故，这对于线路安全运行的危害很大，要做出有效的防振策略和相应的措施。

3 架空输电导线发生振动时的相应预防及保护措施

从振动产生的角度看，提高导线的抗疲劳性可以增加杆塔数量，降低导线的应力，但这种方法在投资成本上相对较高。

防振的措施还可以从以下几点来考虑：

3.1 减弱振动和防止振动的相关方法

一是给导线安装防振动装置，减弱或吸收振动产生的能量；二是用线路自身特性对导线产生振动的阻碍作用，减小导线的振动幅度；三是从线路被安装的地区消除可能使导线引发振动可能性。

3.2 提高高空线路耐震动性能的方法

一是将防护线条安装在线夹处的导线上，以减少线夹口处导线弯曲时产生的应力、受动挤压时产生的应力，磨损程度也能相应得到减少，同时，这也对导线产生的振动起到了阻碍作用；二是建议使用防振动的线夹，它可使线夹的耐震动性能得到很好的改善；三是在技术可行、经济条件允许的情况下，控制与降低导线自身的静态应力。

4 结语

使架空输电导线造成疲劳及损伤的原因与静态应力和动态应力有关，针对这个问题，可以采用可行的防护器具，延长导线的寿命。处于风口区域架空输电的导线会经常出现舞动情况，针对这一问题，可以将防舞动鞭安放于风口路段的档距处，降低导线舞动的频率。导线的次档距离如果经常发生振荡，就会使隔棒与导线相互磨损。为了提高运行中线路的安全可靠性，可以考虑用阻尼型并具有防翻转性能的间隔棒来防止导线产生翻转，也可有效的消除此振动所带来的磨损。

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Fatiguedamageofoverheadpowertransmissionlinesandprotectivemeasures

YANG Chao

(TBEA Shenyang Electric Power Survey and Design Co. Ltd., Shenyang 110025, China)

Based on the analysis of the causes of fatigue wire fatigue, the frequency of vibration and the half-wave length are calculated. In order to ensure the safe operation of overhead transmission lines, the characteristics of overhead transmission lines should be firstly analyzed in order to make more feasible protection devices (also called protective fittings). At the same time, wire damage caused by the vibration should be effectively controlled.

Overhead transmission line; Wire fatigue and damage; Protection method

TM773

B

1674-8646(2017)24-0078-02

2017-10-25

杨超(1983-)，男，本科。