CN101944713B - 一种分裂导线防舞器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分裂导线防舞器，包括支架，支架上向外均布设置有导线线夹，其特征在于所述支架上还设置有一个圆筒，圆筒内部设置有弹簧和配重球，所述弹簧一端与配重球连接，弹簧另一端与圆筒连接。所述导线线夹与支架之间通过一转动轴可转动连接。所述圆筒与支架封闭连接，圆筒内部充满有防冻液。本发明采用弹簧质量系统消能以减缓舞动，并采用导线线夹可转动设置使得分裂导线每根子导线覆冰后可自动调节使其覆冰均衡以消除舞动，再进一步地采用防冻液与弹簧质量系统相互作用来增强消能效果；故和其他防舞动装置相比，具有防止舞动、消除舞动的效果特别好的优点。

Description

一种分裂导线防舞器

技术领域

本发明涉及电力输送技术领域，尤其是一种分裂导线防舞器。

背景技术

分裂导线，是一种高压输电线路为抑制电晕放电和减少线路电抗所采取的一种导线架设方式。即每相导线由几根直径较小的子导线组成，各子导线间隔一定距离并按对称多角形排列。高压输电线路的分裂导线数一般取2～4根，特高压输电线路的分裂导线数最多时可取到8根。

现有的分裂导线在架设时，需要采用间隔棒保证每根子导线之间间隔一定距离。但是即使采用了间隔棒，分裂导线架设时还需考虑导线舞动的问题，所述导线舞动是指，途径冰区的架空输电线路导线覆冰后通常形成非对称截面，导线在风作用下可能诱发一种低频、大振幅的自激振动。由于导线舞动持续时间长，一旦发生，将导致线路短路、断线和倒塔等重大事故，造成大面积停电，给国民经济造成巨大的损失。研究开发环保、安全而又有效的舞动防止装置，具有极其重大的意义。

为了防止导线舞动，须采取防舞动装置，目前，已有的各类防舞装置各有优缺点。如压重防舞器具有一定的防舞效果，但其质量大，易造成导线破损。总体来讲，目前舞动的防治措施治标多于治本，经验多于理论，局部的研究多于全面的研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，怎样设计一种消除舞动效果好的分裂导线防舞器。

为了解决上述技术问题，本发明中采用了如下的技术方案：

一种分裂导线防舞器，包括支架，支架上向外均布设置有导线线夹，其特点在于所述支架上还设置有一个圆筒，圆筒内部设置有弹簧和配重球，所述弹簧一端与配重球连接，弹簧另一端与圆筒连接。

这样，架设分裂导线时，本分裂导线防舞器可以代替间隔棒的安装，直接将导线安装于导线线夹内，支架可以使各子导线间保持一定间隔。同时，由于本发明中弹簧和配重球的作用，当输电导线在风作用下舞动时，激发本发明中弹簧和配重球形成的的弹簧振动系统振动，吸收导线的动能，导线舞动经弹簧质量系统消能后减小，从而达到抑制导线舞动的目的。具体实施时，为使消能效果最好，弹簧的固有频率与导线舞动频率应尽量一致。

作为上述技术方案的优化，所述导线线夹与支架之间通过一转动轴可转动连接。这是因为申请人研究发现，导线覆冰后常常造成导线舞动，就是因为导线在迎风方向覆冰后，造成导线截面不对称，进而容易造成导线舞动，申请人创造性地将导线线夹与支架之间的连接采用可转动设置，这样当导线覆冰增重后，导线线夹会在重力作用下产生旋转，从而使得覆冰倾于均衡，可以较好地进一步消除导线舞动现象。

作为进一步优化，所述圆筒与支架封闭连接，圆筒内部充满有防冻液。具体实施时，所述防冻液可以采用乙二醇型防冻液等防冻效果较好的液体。这样优化后，有以下好处，将圆筒封闭式设置，且圆筒内部充满防冻液，所以金属弹簧不会与外界的大气水汽接触，可保护弹簧避免弹簧生锈，也可以避免弹簧遇水结冰后影响弹性；同时防冻液可以对弹簧起到缓冲作用，避免弹簧受力拉伸到极限状态而导致弹性失效；另外，防冻液与弹簧质量系统共同作用，可以达到最佳的能量耗散效果，设置有防冻液后，当弹簧受力拉伸振动时，防冻液与弹簧相互摩擦作用，可以使动能更快地转化为摩擦热能，进而和圆筒内部是空气的情况相比，消能效果更快更好，从而大大提高了防止舞动、消除舞动的效果。

作为再一步优化，所述配重球和弹簧形成的振动系统在防冻液中带阻尼振动的振动频率与导线舞动频率尽量一致。经申请人计算，这样设置后，可以使得消能效果达到最优。

另外，具体实施时，所述支架可以根据分裂导线的根数不同而具体设置，例如，在二分裂导线中使用时，支架可以做为长条形，采用两个导线线夹设置在长条形支架两端即可。当在三分裂导线中使用时，支架可以作为边线内凹的等边三角形，采用三个导线线夹设置在支架三个边角处即可。当在四分裂及以上的导线中使用时，支架可以设置为圆环形，这样可以节省支架材料，节省成本且使其轻便。

综上所述，相比于现有技术，本发明具有以下优点：1、本发明仅仅由支架、导线线夹、圆筒、弹簧、配重球等构件构成，和压重式防舞器等结构相比，具有结构简单、成本便宜、重量轻便、等优点。2、本发明可以代替间隔棒安装使用，只需将分裂导线穿进导线线夹内即可，具有安装方便的优点。3、本发明对弹簧保护效果好，无需经常维护保养，防舞器使用寿命长。4、本发明采用弹簧消能以减缓舞动，并采用导线线夹可转动设置使得导线组覆冰后可自动调节使其覆冰均衡以消除舞动，再进一步地采用防冻液与弹簧相互作用来增强消能效果；故和其他防舞动装置相比，具有防止舞动、消除舞动的效果特别好的优点。

附图说明

图1为本发明在八分裂导线中具体实施时的结构示意图。

图2为图1所示防舞器简化为单自由度模型的示意图。

图3为图2所示防舞器简化模型在不同固有频率和阻尼比下弹簧质量系统的阻尼能量耗散示意图。

图4为图2所示防舞器简化模型在不同固有频率和阻尼比下弹簧质量系统的动能示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步详细的说明。

具体实施时，图1为本发明在八分裂导线中具体实施时的结构示意图，如其所示，一种分裂导线防舞器，包括圆环形的支架2，支架2四周向外均布设置有八个导线线夹1，其中，所述支架2上还设置有一个圆筒4，圆筒4内部设置有弹簧5和配重球6，所述弹簧5一端与配重球6连接，另一端与圆筒4连接。所述导线线夹1与支架2之间通过一转动轴3可转动连接。所述圆筒4与支架2封闭连接，圆筒4内部充满有防冻液7。所述防冻液采用乙二醇型防冻液。

当具体实施，以上述应用于八分裂导线时为例，所述防冻液粘度、弹簧弹性系数、配重球重量以及导线舞动频率等参数之间的匹配关系可以依照以下方法进行优化配置。

将图1所示防舞器简化成单自由度模型，参见图2。该单自由度弹簧阻尼振动系统的运动微分方程为

$M_V{\stackrel{\·\·}{u}}_V+C_V{\stackrel{\·}{u}}_V+K_V{u}_V=-M_V{\stackrel{\·\·}{y}}_V---\left(1\right)$

式中M_V为弹簧质量系统的配重质量，C_V为阻尼系数，这里为防冻液的阻尼；K_V为弹簧的刚度系数；u_V为质量M_V与圆筒的相对位移；y_V为导线垂直方向的位移。设任意时刻t导线的位移为

y_v＝A_vsinω_Gt                    (2)

其中A_V为导线运动过程中垂直方向的振幅，ω_G为导线舞动的圆频率。将式(2)代入式(1)，由复数法求得式(1)的特解为

式中B_V为质量M_V的振幅

$B_V=A_V{\mathrm{\λ}}_V^2\frac{1}{\sqrt{{(1-{\mathrm{\λ}}_V^2)}^2+{\left(2{\mathrm{\ζ}}_V{\mathrm{\λ}}_V\right)}^2}}---\left(4\right)$

上两式中

ω_vn为质量M_V的固有圆频率；ζ_V为阻尼器的阻尼比。在一个周期T内，系统的阻尼能量损耗为

动能为

$S_{\mathrm{VT}}=\underset{0}{\overset{T}{\∫}}\frac{1}{2}{M}_V{\stackrel{\·}{u}}_V^2\mathrm{dt}=\frac{1}{2}{M}_V{A}_V^2\mathrm{\π}\frac{{\mathrm{\ω}}_G^5}{{({\mathrm{\ω}}_{\mathrm{Vn}}^2-{\mathrm{\ω}}_G^2)}^2+4{\mathrm{\ζ}}_V^2{\left({\mathrm{\ω}}_G{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{Vn}}\right)}^2}---\left(6\right)$

利用式(5)和(6)即可确定防舞器的能量耗散，进而可通过参数研究，对该防舞器进行优化设计，以达到最优的防舞效果。假设一减振防舞器的配重M_V取10kg，导线舞动频率ω_G为4.0Hz，振幅A_V为0.5m。现考察防舞器弹簧质量系统取不同固有频率和阻尼比时系统的能量。通过式(5)和(6)计算得到一个周期内系统的阻尼耗散能和动能如图3和图4所示。

由图3和图4可知，当防舞器的固有频率接近导线舞动频率时，阻尼能量耗散与动能接近最大值；随着阻尼比的增大，阻尼能量耗散增大，而动能随之减小。但动能远大于阻尼耗散能，占主导地位。对于安装了该防舞器的导线，当外界输入能量(风能)一定时，防舞器的弹簧阻尼振动系统的动能越大，导线舞动的能量就越小，幅值也越小，从而抑制导线的舞动。所以具体实施时，弹簧性能、配重球质量和防冻液粘度等参数应该合理取值，使得所述配重球和弹簧形成的振动系统在防冻液中的振动频率与导线舞动频率尽量一致。这样设置后，才可以使得消能效果达到最优。

本具体实施方式和附图，应视为对本发明进一步解释和说明而不是限制，比如，当本发明在二分裂导线中应用时，可以将支架设置为长条形，当在三分裂导线中使用时，可以将支架设置为边线内凹的长条形；上述等等变化，应视为仍然落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种分裂导线防舞器，包括支架，支架上向外均布设置有导线线夹，其特征在于所述支架上还设置有一个圆筒，圆筒内部设置有弹簧和配重球，所述弹簧一端与配重球连接，弹簧另一端与圆筒连接，所述导线线夹与支架之间通过一转动轴可转动连接，所述圆筒与支架封闭连接，圆筒内部充满有防冻液。

2.如权利要求1所述的分裂导线防舞器，其特征在于，所述配重球和弹簧形成的振动系统在防冻液中的振动频率与导线舞动频率一致。

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