電話：15862668060
郵箱：sales_jiuke@163.com
地址：江蘇省昆山市城北億升路388號
了解風(fēng)致振動以及如何管理或控制風(fēng)致振動是使風(fēng)致振動對線路或電網(wǎng)的可能影響實(shí)現(xiàn)最小化的關(guān)鍵。
風(fēng)振或風(fēng)致振動會損壞輸電線路和配電線路上的導(dǎo)線和架空屏蔽線，從而降低可靠性和使用壽命。了解風(fēng)致振動以及如何管理或控制風(fēng)致振動是使風(fēng)致振動對線路或網(wǎng)絡(luò)的可能影響最小化的關(guān)鍵。
本教程總結(jié)了行業(yè)專家的研究和發(fā)現(xiàn)。引用文獻(xiàn)提供了更詳細(xì)的解釋和有效的建議。
圖1：由于風(fēng)振，導(dǎo)線發(fā)生疲勞失效。
幾乎所有的輸電線都有一定程度的風(fēng)振或風(fēng)舞，通常不會損壞。然而，如果振動的幅度足夠高，隨著時間的推移通常會發(fā)生磨損或疲勞失效。
圖2：由于風(fēng)振引起彎曲過大，導(dǎo)致導(dǎo)線股線疲勞斷裂。
振動是如何產(chǎn)生的？當(dāng)非湍流（“平滑”）氣流穿過導(dǎo)體或架空屏蔽線（OHSW）時，渦流（渦流）在背風(fēng)側(cè)（背風(fēng)側(cè)）形成。這些渦流產(chǎn)生交變壓力，產(chǎn)生與氣流方向成直角的運(yùn)動。這是引起風(fēng)振的機(jī)制。
具有諷刺意味的是，湍流氣流一般不會產(chǎn)生驅(qū)動相關(guān)機(jī)械振動所需的交替渦流。因?yàn)轱L(fēng)中的湍流程度受其經(jīng)過的地形和風(fēng)速本身的雙重影響，風(fēng)致振動通常由低于每小時15英里(MPH)的風(fēng)速產(chǎn)生。高速風(fēng)通常包含相當(dāng)數(shù)量的湍流，除了特殊情況，如開放的水體或峽谷，其中地形的影響最小。
振動頻率
渦旋從導(dǎo)體和屏蔽線的頂部到底部表面交替的頻率可以通過評估:
這是電源線或屏蔽線上交變力的頻率。然而，由此產(chǎn)生的機(jī)械振動的完整幅度和頻率取決于其他因素，例如跨度長度、阻尼器和間隔件。
從上述方程可以清楚地看出，對于較小直徑的導(dǎo)體或架空屏蔽線，風(fēng)振頻率較高。例如，795kcmil 26/7ACSR(“Drake”)導(dǎo)體在8MPH風(fēng)影響下的渦流頻率是23.5赫茲。在相同的8英里/小時風(fēng)下的3/8“架空屏蔽線”將有72.4赫茲的交變渦旋。
跨距共振相互作用
當(dāng)渦流頻率接近導(dǎo)線或架空屏蔽線跨距的固有振動頻率之一時，就會發(fā)生持續(xù)的風(fēng)致振動。結(jié)果，持續(xù)振動以離散駐波的形式出現(xiàn)。強(qiáng)制節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)在支撐結(jié)構(gòu)上。中間節(jié)點(diǎn)以特定的固有頻率的間隔出現(xiàn)在跨度上。
導(dǎo)線張力降低阻尼
導(dǎo)線或架空屏蔽線的自阻尼特性取決于整體結(jié)構(gòu)的各個股或?qū)又g的運(yùn)動自由度或“松動”。在標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線中，隨著張力的增加，運(yùn)動自由度（自阻尼）將減小。這就是為什么一年中最冷的月份，當(dāng)緊張程度最高時，振動活動最為嚴(yán)重的原因之一。
一些設(shè)計(jì)成具有較高自阻尼性能的導(dǎo)線使用梯形的外絞線，這些外絞線“鎖定”在一起，從而在層之間產(chǎn)生間隙。其他導(dǎo)體，如ACSS（前SSAC），利用完全退火的鋁絞線，當(dāng)導(dǎo)體從初始操作張力發(fā)展到最終操作張力時，該鋁絞線變得更松。
風(fēng)振破壞
磨損通常與導(dǎo)線或架空屏蔽線和附件硬件或其他導(dǎo)體配件之間的松動連接有關(guān)。這種“松動”使得磨損發(fā)生，并且常常是過量風(fēng)振的結(jié)果。
圖4：墊片處導(dǎo)線發(fā)生磨損
磨損損傷可以發(fā)生在跨度內(nèi)的間隔件（圖4），間隔件阻尼器和標(biāo)記球，或在支撐結(jié)構(gòu)處（圖5）。
最大彎曲應(yīng)力發(fā)生在導(dǎo)線或架空屏蔽線被阻止運(yùn)動的位置。比如在墊片的邊緣，間隔阻尼器和阻尼器的邊緣。彎曲應(yīng)力的最高水平通常發(fā)生在支撐結(jié)構(gòu)上。當(dāng)導(dǎo)線或架空屏蔽線由于風(fēng)振引起的彎曲應(yīng)力超過耐久性極限時，就會發(fā)生疲勞失效（圖1）。失效時間將取決于彎曲應(yīng)力的大小和累積的彎曲循環(huán)次數(shù)(頻率)。
圖5：固定處導(dǎo)線發(fā)生磨損
安全張力設(shè)計(jì)
CIGRE7提供了基于水平導(dǎo)線張力H和單位長度導(dǎo)線重量w之比的安全設(shè)計(jì)張力的指導(dǎo)原則。地形對風(fēng)湍流強(qiáng)度的影響也被研究并被作為整體建議的一部分。
用于計(jì)算H/W比的水平導(dǎo)線張力是在線路位置處的最冷月份(AAMT)的平均溫度下的初始，卸載張力。
通過用H/w比和新創(chuàng)建的地形類別應(yīng)用于所有可用的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，CIGRE工作隊(duì)公布了表1中針對單個無阻尼、無鎧裝導(dǎo)體的建議。特別工作組還發(fā)布了警告：“需要特別注意超長跨度，覆冰，配備有飛機(jī)警報裝置的跨度，以及使用非常規(guī)導(dǎo)線的跨度。”
表1：單、無阻尼、無鎧裝導(dǎo)線的安全設(shè)計(jì)張力。
CIGRE報告也為捆綁式（雙、三、四）導(dǎo)線的安全設(shè)計(jì)張力提供了建議。
圖6：應(yīng)用于懸掛夾具中的導(dǎo)線的鎧裝桿。
懸架硬件的影響
鎧裝桿（圖6）或高性能懸掛組件（圖7和8）的使用降低了振動導(dǎo)線上的動態(tài)彎曲應(yīng)力的水平。
圖7：ARMOR- GRIP ®懸掛（AGS）。
圖8：CUSHION - GRIP ®懸掛（CGS）。
因此，高性能懸架將允許更高的安全設(shè)計(jì)張力（H/w）和增加阻尼器的“可保護(hù)”跨度長度。高性能懸架提供的積極影響和附加保護(hù)量很難簡化為一個簡單的表。聯(lián)系PLP與特定的線路設(shè)計(jì)和環(huán)境（地形和溫度）數(shù)據(jù)以獲取更多信息。
阻尼器有效果
自20世紀(jì)初以來，許多不同類型的阻尼器已被用于降低跨度內(nèi)的風(fēng)振水平，尤其在支撐結(jié)構(gòu)中。最常用的阻尼器是Stockbridge型，由G.H. Stockbridge的1924號發(fā)明命名。最初的設(shè)計(jì)已經(jīng)發(fā)展了很多年，但是基本原理仍然存在：重物懸掛在特別設(shè)計(jì)和制造的鋼芯鋁絞線的末端，鋼芯鋁絞線用夾子固定在導(dǎo)體上（圖9）。
當(dāng)阻尼器放置在振動導(dǎo)線上時，重量的移動將使鋼芯鋁絞線產(chǎn)生彎曲。鋼芯鋁絞線的彎曲使鋼芯鋁絞線的單個電線相互產(chǎn)生摩擦，從而消耗能量。重量的大小和形狀以及阻尼器的總體幾何形狀影響特定振動頻率將耗散的能量。有效的阻尼器設(shè)計(jì)必須在特定導(dǎo)體和跨距參數(shù)的預(yù)期頻率范圍內(nèi)具有適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)。
圖9: VORTXTM 阻尼器.
一些阻尼器，如VORTX阻尼器（圖9），利用兩種不同的重量和股上的不對稱位置來提供盡可能寬的有效頻率范圍。安裝程序，例如VORTX阻尼器的性能線產(chǎn)品開發(fā)的那些程序，考慮跨度和地形條件、懸架類型、導(dǎo)體自阻尼以及其他因素。該方法確定了在阻尼器（S）最有效的跨度中的特定位置。
對于直徑較小的導(dǎo)體(<0.75")、架空屏蔽線和光學(xué)接地線(OPGW)，可以使用不同類型的阻尼器，該阻尼器通常比Stockbridge型阻尼器更有效。螺旋振動阻尼器（圖10）已成功地用于控制這些較小尺寸的導(dǎo)體和導(dǎo)線上的風(fēng)致振動超過35年。
圖10：螺旋振動阻尼器。
螺旋振動阻尼器是一種“沖擊”型阻尼器，由堅(jiān)固的非金屬材料制成，其一端具有緊湊的螺旋，用于夾持導(dǎo)線。剩余的螺旋具有比導(dǎo)線更大的內(nèi)徑，使得它們在風(fēng)成振動活動期間產(chǎn)生影響。來自阻尼器的沖擊脈沖破壞并抵消風(fēng)產(chǎn)生的運(yùn)動。螺旋振動阻尼器非常有效，因?yàn)樗梢苑胖迷诳缍鹊娜魏蔚胤?，并且沒有特定的諧振頻率。它響應(yīng)所有頻率，特別是與小直徑導(dǎo)體和導(dǎo)線相關(guān)的高頻。
參考文獻(xiàn):
[1]Electric Power Research Institute,“Transmission Line Reference Book, Wind Induced Conductor Motion”, ResearchProject 795, 1978.
[2]V. Strouhal, “On Aeolian Tones”, Annalender Physik und Chemie, Band V, 1878, p. 216.
[3]“Preformed Line Products referencereport, “Aeolian Vibration Basics”, 2006.
[4]P.W. Dulhunty, A. Lamprecht and J.Roughens, “The Fatigue Life of Overhead Line Conductors”, CIGRE SC22-WG04 TaskForce Document, 1982.
[5]C.B. Rawlins, “Exploratory Calculationsof the Predicted Fatigue Life of Two ACSR and One AAAC”, Report CIGRE SC-22,WG11, TF4-96-5, April 1996.
[6]O.D. Zetterholm, “Bare Conductors andMechanical Calculation of Overhead Conductors”, CIGRE Session Report #223, 1960.
[7]CIGRE Report #273, “Overhead Conductor SafeDesign Tension with Respect to Aeolian Vibrations”, Task Force B2.11.04, June2005.