《架空输电线路设计讲座》第10章.ppt

第十章 架空线的振动和防振 第一节 架空线的振动形式 及其产生原因 振动形式：由风雪引起：微风振动、舞动、次档距振动、脱冰跳跃和摆动；由电磁力引起：短路振动和电晕振动。 二、舞动 1、特点：低频、大幅、中风。 三、次档距振动 1、特点：频率为1～5Hz，振幅介于舞动和微风振动之间，为架空线直径的4～20倍。 2、原因：同一相中有多条导线，迎风导线的尾流效应，会使下风头导线受其影响而产生上扬力，使之产生振动。次档距振动（振荡）是风的尾流效应引起的子导线在次档距内的水平振动，图示了4分裂导线的典型次档距振动。 四、脱冰跳跃型振动 1、特点：脱冰跳跃。 2、危害：上下导线相间短路。 3、解决措施：保证在垂直方向错开足够距离。 第二节 微风振动的基本理论 某档距架空线如图，在无刚度无阻尼的情形下，略去自重，对微段dx，其受力情况如图所示，其中为 运动惯性力。 1、列出平衡方程式为 采用分离变量法求解，设 于是 2、导线两端固定：则当x = 0 时，y（0，t）= 0；x = l 时，y（l，t）= 0。代入式（f），得B=0 和 sin（ωl/a）=0，由后者知 将式（10?6）和B=0代入式（f），得主函数为： 相应的线上各点的速度为 从 看出，当n=1时，x 从0到 再到l变化时， 从0到1再到0，是一个正弦“半波”。 当 n=2时， x 从0到 再到 变化时， 从0到1再到0，是一个正弦“半波”；x 从 到 再到l变化时， 从0到－1再到0，是又一个正弦“半波”。所以 n代表档内的半波数。导线振动时，档内可以有一个半波，直到无穷多个半波。 上式表明，架空线上的某点作简谐振动，振幅 。 当 （k=0，1，2.，…）时，yx=0，这样的位置称为节点。当 时，振幅达到最大，这样的位置称为波腹。 设架空线的刚度为EJ，水平张力为T0，单位长度质量为m。由于刚度的存在，微元段dx上有弯矩，如图所示。列平衡方程有： 整理之，得 用分离变量法解此偏微分方程，设 ，代入式（e）得 假设导线两端为铰支，则当 时， ；当 ， 。设 将式（i）、（j）代入 ，得到主模态的位移方程 第三节 影响微风振动的主要因素 一、 风速和风向的影响 风作用于架空线上，输入一定的风能，使其发生振动。输入的能量与风速平方成正比。风速较小时，输入的能量不足以克服架空线系统的运动阻力，因此引起架空线振动的风速有一下限值，一般取0.5m/s。当风速增大及其不均匀性增加到一定程度时，由于卡门旋涡的稳定性受到破坏，致使架空线振动减弱甚至停止，因此振动风速有一上限值，一般取5m/s，大跨越和高塔可取7～10m/s。 风向对架空线的振动有很大影响。当风向与架空线的夹角在45°～90°之间，可以观察到架空线的稳定振动。当夹角在30°～45°之间，振动的时间较短，且时有时无而不持续。当夹角小于20°时，由于风输入的能量不足，基本上观察不到架空线的振动。 二、地形和地物的影响 风速的均匀性与方向的恒定性，是保持架空线持续振动的必要条件。当线路通过开阔的平原地区，其地面的粗糙度小，对气流的扰乱作用小，气流的均匀性和方向性均不容易受到破坏，所以容易使架空线持续稳定振动。若地形起伏错综，地面粗糙度加大，破坏了气流的均匀性和方向的恒定性，因而架空线不易振动或作持续振动，而且振动强度降低。 四、档距长度和悬挂高度的影响 一般认为，风输给架空线的能量与档距长度成正比，即档距越大，风输入能量就越大。同时档距增大，半波数凑成整数的机率也增加。此外，档距长度增大，架空线悬挂高度随之增高，振动风速范围上限也相应提高。 架空线离地愈高，气流的均匀性受地面粗糙度的干扰影响愈小。由于可致振动的风速范围加大，使得架空线发生振动的机率增加，同时也使架空线的振频与振幅加大。此风速上限值，可按下列经验公式计算 五、悬挂体系的影响 架空线通过绝缘子串与杆塔横担相连，其阻尼对架空线的振动有很大影响。振动时，绝缘子串各元件间产生相