浅谈架空输电线路导线损伤问题分析及防护措施

周懋坤 ,何英龙 ,商学胜 ,李学渊 ,伍凯

云南电网有限责任公司昆明供电局  云南昆明650000

摘要：在对导线损伤的原因进行了详细的研究，为确保架空线的正常工作，本文认为首先要针对其在发生振动时所表现出来的特性进行有目的地研究，从而研制出更切实可行的保护器，并能有效地控制由震动引起的导线的损坏。

关键词：架空输电线；导线损伤；防护措施

引言

由于外部环境的作用，对象的内部结构会相互作用，从而形成一个单元的内力，即所谓的应力。通常，在架空传输线中，使用埋设型夹具进行接线。通过现场试验及对金属的机械性能的研究，可以将电线所受到的应力划分为静态应力、动态应力两种。笔者根据多年的野外工作实践，对电线电缆的损坏原因进行了探讨，并提出了相应的保护对策，以便于业内同仁借鉴。

1、架空输电导线疲劳损伤的成因

1.1静态应力

在夹持式电缆接头的架空传输线上，其静压力有：①由电线引出的拉力；②由于导线在悬挂点处的挠曲而产生的静弯应力；③钢丝联结支撑部位的拉力、弯矩和导线的内力联合在一起，产生较大的轴向挤压。导线的拉力在导线中会形成静应力，而在导线中，因导线的各个部位受力的影响，其拉力会随著温度的改变而发生不均匀的改变。当气体温度为-40摄氏度时，电线内部的内力可达到70~100MPa，此时电线上的高拉力会加强拉丝的自振，从而引起较大的振荡。悬垂线夹持处的架空线路的抗拉强度与其悬挂曲线、拉力、柔性以及线夹形状等因素密切相关。高压电线的压力对电线的磨损有很大影响，挤出应力与悬挂线钳的内衬关系密切，且随钢丝拉力和悬垂线的夹持力的提高而增大。

1.2动态应力

①微风振动。当采用平均风速为0.5米/秒到5米/秒的高空传输线路，在线路的背向一侧产生一种风速为5Hz至150Hz的旋风。在风旋作用下，架空线路的自然振荡与其自身的固有频率相同时，由于谐波作用，会导致高架线路垂直面上的振动加重，进而产生架空线路的振荡。在起动初期，微风振幅很低，且在初期出现交互应力，其轴向拉力的改变并不大，但长期的振荡，会对架空线的导线和金属件造成疲劳破坏，对线路的安全性能造成一定的不利。

②舞动。在5米/秒到15米每秒的风速下，不均匀形状的导线会发生脉动，从而引起剧烈的摆动。由于不均匀的结冰和大风，电线的低频（大约0.1赫兹至4赫兹）和较大幅度（大约20至300个电线的直径）的振动。钢丝在摆动过程中，除竖向移动之外，常伴有扭曲的方向移动。与微风的振动相比，舞动的出现几率要小，但是舞动的力量大且舞动的持续更久，则危险性更大。在力学上，因其摆动的幅度较大，且伴随着扭动，对其强度和抗疲劳能力都是一种挑战，严重时可能发生断线故障。因其动作过大极易产生短路，严重危害电力系统的正常工作。剧烈的摆动使得支撑部位受拉的弯曲应力增大，拉力急剧波动，从而造成金属工具及其附属部件在钢丝绳的疲劳下受损。

③次档距振荡。一般情况下，当风速为4米/秒至8米/秒时，架空电线上两个间隔杆间的子线发生振动，造成二次间隔振动。副档摆动是由于迎风侧子导线产生的一种特殊的振型，这种振幅是由于迎风侧子导线产生的。副档距振荡频率在1赫兹至3赫兹，幅度可达到几个至数十个电线的几倍至数十倍，处于轻微的风振和舞动中，次档距振荡的危害是引起绝缘杆与导线的力学损坏。断裂导线的振荡引起的重复弯拉应力在导线和隔板之间的结合部出现，不会对悬垂线的静压产生任何的作用，而在断裂导线的较大的部分，则会出现断裂线的疲劳破坏。

④脱冰跳跃型跳动。覆盖的冰层增加了高架线路的竖向载荷，并使其具有弹性延伸。在脱冰期，电线上的金属板纷纷脱落，储存起来的弹力储存会在一刹那被释放，从而导致电线的跳跃。如果发生脱冰弹，极容易使上下两层导线发生短路。因为这样，覆盖区内的电线必须在竖直上布置，并有间隔。

⑤电晕引起的振动。在湿热环境中，当电压差大于2kV/mm时，电线断面或电线断裂部位会发生电晕放电。当电晕性加剧时，会产生一种带有电荷的微小水滴，而这种反力又会对导线产生一定的震动。电晕振荡具有较低的频率、较小的幅度和较轻的危险性[1]。

2、架空输电导线振动理论分析

当一根导线（避雷线）被稳定的风力影响时，它就会在导线后面产生一种以特定的频率上下波动的旋流，这样电线就会产生一种上下波动的脉动。在不同的旋流周期下，由于导线自身的自振频率相同，使导线在竖直方向上发生谐振，从而导致导线的振动。线路的振动是在定波，也就是说，它的波型不变，并且振幅往往占了整年的30%~50%。不管电缆的振荡频率如何，电缆线的出口始终是一次波峰，因此，在电缆出口的振荡会导致电线的反复弯曲，造成电缆的疲劳，最终导致断股、断线事故，对架空输电线路正常安全运行危害极大，必须引起高度重视，采取防振技术措施。

3、架空输电导线振动防护措施

在理论上，可以通过增大导线的数目和减小导线的应力来改善导线的抗拉强度，但是这样做会造成大量的资金投入和不经济性，因此需要通过其他的技术手段来进行控制。针对造成线路振动的成因，分析了线路的振动破坏机制，提出了相应的预防对策。

3.1防止和削弱振动的方法

为了减少震动的影响，在电线上安装了阻尼设备，比如现在普遍使用的防振锤，阻尼线等防震设备。采用线装置自身对导线的减震效果，降低了导线的振幅，比如柔性横担，偏心导线等，彻底排除导致电线震动的情况，比如，选择路线以避免发生地震。

3.2提高线路设备耐震性能的方法

为了提高在导线端的刚度，减小了导线的弯曲应力、挤压应力及磨耗，并对导线的振动有一定的减震效果。比如，常用的是钢丝预缠绕，提高钢丝钳的抗震能力，并提倡采用减振钢丝钳。针对中央回转式悬垂线夹，适当增大旋转点外包络角，使丝钳的旋转轴线定位具有弹性，使丝钳可随钢丝的上下摆动而自由旋转，降低丝线夹持器的弯矩。在技术和经济效益允许的情况下，尽量减少电缆的静压力。修改后的《线路设计规程》，在年平均温度和天气情况下，要求“年最大负荷”不得高于16%-25%的瞬间失效应力值，并要求对其进行了相应的抗震防护。

3.3护线条

护线采用高弹性、高强度的铝线，按照一定的数量编织，形成一条预先形成的螺旋形的预扭钢丝，将其紧密地包裹在钢丝的外侧，并将其固定在吊点线上，以提高钢丝的刚性，减小钢丝受到的静、动的弯矩，使得钢丝的压力均匀地分配，以达到对电线的安全的目的。护绳并不能有效地抑制导线的振动，只能起到一定的抑制作用，而且，在长时间的震动情况下，护线也不能保证导线的抗疲劳失效，所以必须使用阻尼器进行阻尼。

3.4减振阻尼器

①调频率减振器。防振锤是一种常用的调频阻尼器，其工作原理是：在导线震动时，防振锤的护罩也随着导线的上下运动，因为重量过大无法与护套同时运动，导致防振锤的钢丝两端的导线不停地被压弯并产生摩擦，减少导线的震动传递过来的力量，起到了减弱震动的作用。防振器是一种利用频谱特性来进行动力吸收的设备，其防振器的类型随着频段的变化而改变，其使用的频率愈高，选择的防振器重量愈小，防振器的位置愈靠近波腹处，以减少震动的能源。为能充分利用防振锤体对各种有潜在危险性的震动起到消振作用，防振锤的设置应该考虑最大和最短的震动波段。为了改善阻尼作用，在线路的行距大或导线比较粗壮的情况下，可以适当地加大阻尼器的数目。

②阻尼线。减震器的减震机理是由多个组合的减震装置组成，阻尼线采用具有优良挠性度的钢丝或副钢丝，将其与悬挂点两边的导线绑成一条带状，阻尼线的网片可以将挡间距内的震动传递至导线夹处的震动和所产生的能源，极大地削弱了该结构的振动，实现了消振。一般来讲，调频阻尼器都有一个特殊的频率特性区域，这种特性覆盖在一般张力和风速条件下的线路上，因为低口径的导线的频率很高，所以它对高频的振动也有很好的抑制作用，它更适用于较短的线路或大跨度的悬架[2]。

4、结语

在架空传输线路中，由于受静压和动力作用，导致了线路的疲劳破坏。解决该问题的核心在于根据线路的振荡特性，制作出保护线、振锤、阻尼线等保护装置，以减少线路悬挂部位的联合应力值，提高导线和支架的使用年限。为了避免电线舞动，在风区采用抗舞动措施。架空传输线路的次级挡位振荡是由两个间隔杆间的子导体引起的振幅。该振动是在轻微的风力和舞动的中间进行的，因为长时间的震动会使导线和隔离杆产生摩擦。为了达到这个目的，使用减震式抗倒置隔离杆，以避免副电线的倾覆，改善了线路的工作可靠性。

参考文献

[1]徐雨东.浅谈架空输电线路导线损伤问题分析及防护措施[J].城市建设理论研究（电子版）,2011(34).

[2]杨超.架空输电线路导线疲劳损伤及防护措施[J].黑龙江科学,2017,8(24):78-79.