高压输电线路防震分析和措施

高压输电线路防震分析和措施

史方舟

（中国能源建设集团辽宁电力勘测设计院有限公司辽宁沈阳110179）

摘要：本文首先分析了影响高压电力电路的微风震动，接下来详细阐述了高压电力线路的防震措施，希望通过本文的分析研究，给行业内人士以借假和启发。

关键词：高压输电线路；地震灾害；震害防御对策

引言

现阶段输电线路的建设呈现以下几个显著的特点：（1）电压等级越来越高，超高压、特高压交、直流输电将成为主电网调配区域能源的主要手段；（2）输送容量越来越大，导地线截面越来越大，导线子分裂数越来越多；（3）线路距离越来越长，大跨越工程越来越多，铁塔高度越来越高；（4）线路结构型式越来越复杂，同塔多回路越来越多，各类保护、监测金具附件越来越多。我国是一个多地震的国家，输电线路快速发展呈现出来的新特点及穿越地震高烈度区的不可避免性，确保输电线路在强烈地震、风灾等自然灾害下的运行安全，提高电力设施的防震减灾意识，确保输电塔线体系的抗震安全，不仅可以避免造成巨额的经济损失，还可以确保其他基础设施如通讯、交通、供水等的正常运行，避免次生灾害的发生，并有利于救灾和灾后的生产恢复。

1影响高压电力电路的微风震动

输电线路在风力的影响下是会产生震动的，高压输电线路的导线在受到微风的作用时，就会在导线的背后形成一定频率的上下变化的气流的漩涡，这就会导致导线受到一定程度的上下交替变化的脉冲力的作用。当气流漩涡交替变化的频率和导向本身自带的振动频率相一致时，就会导致导线在垂直的平面内产生一定的共振效果，从而引起导线的振动。输电线路的导线在1~3级的风力影响下就会产生周期性的运动，称之为微风震动。微风震动的特点是振幅比较小，一般情况下都不会超过10mm，但是微风震动的振动频率比较高，可以达到3~120Hz，振动的形式一般为正弦拍频波。微风震动虽然振幅小，但是持续的时间却比较长，有时能够达到几天的时间。导线振动时的波形一般都是驻波，就是说波节是没有变化的，但是波腹上下会交替的进行变化，导线在一年中的振动时间是比较长的，通常可以达到全年时间的30%~50%。导线无论以怎样的频率进行波动，导线线夹的出口处都会形成一个波节点，这时导线振动就会使得导线的波节点反弯折，使得导线材料疲劳，最后造成导线断股的结果，不仅会对路线造成损害，对杆塔以及金具也会造成损害，影响其正常使用效果。微风震动的产生灰极大的限制电路导线，并提高导线的预应力值，导致电力路线发生断股问题，严重影响电力系统的安全运行。

2高压电力线路的防震措施

2.1合理使用防震锤

高压电力路线受微风震动的影响比较大，在实际运用的过程中，可以有效防止微风震动的构件就是防震锤。防震锤主要是安装在导线上的，能够防止微风震动的一种构件。防震锤的构成原理主要是在一段较短的钢绞线的两端安装一个重锤，在安装的时候可以挂在导线上的夹板上，这时如果导线发生振动，防震锤的钢绞线的两端也会发生振动，因为导线两边的防震锤具有很大的惯性所以无法与夹板进行同步运动，这样就可以防止防振锤的钢绞线出现上下弯曲的问题。防震锤具有阻尼的作用，进一步降低了导线的振动幅度，同时钢绞线发生变形能够有效消耗掉导线传来的振动力量，有效预防导线振动带来的危害。在这个过程中导线的振动幅度越大，防震锤钢绞线的上下弯曲的挠度就会越大，此时消耗的能量也在不断增多，反之导线振动振幅减少，防震锤多消耗的能量也会随之减少，最后就可以在能量平衡的前提下达到降低导线振动幅度的作用。在选择防震锤的时候需要对当地的风速、风能以及气候等各方面进行分析，对导线的阻尼性能曲线进行测试，同时还需要掌握好各个线路之间的振动水平和应变的关系，通过对这些条件的把握，从而选择合适的防震锤。防震锤的固有的频率应该是与导线可能发生的振动频率的范围相一致的。防震锤的重量也要适当，如果太轻会影响防震效果，太重就会造成防震锤安装位置形成新的波节点，最后防震锤的型号应该与导线的型号相匹配。主要的防震锤类型有司托克防震锤、4R防震锤以及4D型防震锤。在安装防震锤的时候需要对防震锤的数量进行正确选择，如果防震锤数量过多，就会导致导线的振动发生改变，使导线危险弯曲的应变位置发生改变，极易造成防震锤线夹位置的导线疲劳发生断股问题。对于我国的高压电线路线而言，防震锤安装的数量最少是在每个档距地的每个端口都安装一个防震锤，如果导线的档距在300m以下，直径大于22mm，或者导线档距在200m以下，导线的直径小于22mm时，都可以考虑使用半档减震的办法。要想正确发挥防震锤的防震作用，就需要对防震锤的安装过程进行控制。防震锤最好是安装在导线振动的的波动的腹部位置，这样才能达到最好的防震效果。在确定防震锤的安装位置时，需要对高压输电线路地区的导线的运动频率范围和对导线危险作用的频率范围进行明确。根据对线路运行资料的分析，我们了解到导线的振动频率一般为3~80Hz之间，如果导线的阻尼作用增加，其导线的振动频率也会不断增加。在低频的情况下，导线的阻尼作用会大大降低，防震锤的频率特性也不能很好的发挥出来，只有对导线的振动频率进行了解之后，才能正确的安装防震锤，从而实现防震锤的最佳防震效果。

2.2强输电线路关键技术的研究

开展在役线路的健康检测、抗震鉴定和加固改造为了确保电网在各类灾害下的安全稳定运行，必须加强输电线路相关技术的研究。输电线路在静力学领域问题得到了很好的解决，但动力荷载作用下各类问题，如输电塔-线-基础耦合振动、地震作用下输电塔的动力稳定研究，抗震减灾等方面的研究还是很薄弱的，还有很多工作要深化。加强输电线路领域的新材料的研究与应用，如高强钢、复合材料在输电塔中的应用等。此外开展在役线路的健康检测、加固改造的研究有广阔的前景，对确保输电线路的地震安全有重要的意义。

2.3电网管理单位应设立专门震害应急机构

建立线路预警、应急与迅速恢复机制各级电网主管单位应根据本区域情况设立电网地震灾害专门的应急临时机构，建立线路地震预警、应急与迅速恢复机制，周密制定并认真落实防震预案和各项应急处理措施。确保地震导致电网破坏时的快速反应能力，及时恢复供电，保证灾区的救灾用电和灾后的生产恢复。

结语

综上所述，高压输电线路在使用的过程中，受外界因素的影响，其线路导线会发生振动现象，会使导线材料疲劳最后造成导线断股的问题，不仅影响导线的正常使用功能，同时还会严重影响输电线路的供电效果。本文首先对高压输电线路振动的原因进行分析，然后针对线路振动问题提出几点有效的解决措施，即提高输电线路设备的防震效果，安装防震锤和阻尼线等措施，通过这些有效措施的运用可以很好的提高输电线路的防震效果，保障输电线路的正常使用功能。

参考文献：

[1]李亚琦，李晓军，刘锡荟.电力系统抗震研究概况.世界地震工程，2002，12.

[2]电力设施抗震设计规范（GB50260—96）.北京：中国计划出版社，1996.

[3]架空送电线路杆塔结构设计技术规定（DL/T5154—2002）.北京：中国电力出版社，2002.