CN103633606A

CN103633606A - 一种用于高海拔地区预绞丝式防振锤

Info

Publication number: CN103633606A
Application number: CN201210300801.0A
Authority: CN
Inventors: 黄廷政; 刘胜春; 莫娟; 孙娜; 黄彭; 尹泉
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Priority date: 2012-08-22
Filing date: 2012-08-22
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2032-08-22
Also published as: CN103633606B

Abstract

本发明目的在于提供一种用于高海拔地区预绞丝式防振锤，可以有效降低330kV高海拔地区输电线路的电晕可听噪声和电晕损耗，并且与常规的两侧锤头球体尺寸不一致的狗骨式防振锤相比，其防振性能也有所改善。所述防振锤包括锤头、钢绞线、预绞丝和压固于所述钢绞线上的线夹，锤头为狗骨式结构，锤头两端为尺寸相同的对称球形，钢绞线以冷压铆接方式固定于锤头上。本发明防振锤，通过优化设计锤头结构尺寸，合理确定锤头表面曲率半径，在保证其良好防振性能的同时，有效提高了防晕性能，从而实现降低高海拔地区330kV输电线路防振锤的电晕噪声和电晕损耗。

Description

一种用于高海拔地区预绞丝式防振锤

技术领域

本发明属于架空输电线路的减振装置领域，具体涉及一种用于高海拔地区预绞丝式防振锤。

背景技术

我国西部地区地处高原，针对西部地区地理特点及其能源发展规划，对电力的需求日益增加。然而随着海拔高度的增加，高海拔电晕问题十分突出，并且电晕放电造成的电晕损失等电晕效应，会影响输电线路的安全经济运行。因此，高海拔地区输电线路的防电晕放电和电晕噪声的问题十分必要。

电晕是因为不平滑的导体产生不均匀的电场，当电压升高到一定值，在不均匀电场中曲率半径小的部位，其表面电场强度超过空气分子的击穿强度时就会发生放电，形成电晕。电晕要消耗能量，电晕放电产生的脉冲电磁波对无线电和高频通信会产生干扰；还会使导体表面发生腐蚀，从而降低导体的使用寿命。目前，电磁环境问题已成为高海拔地区输电线路设计、建设和运行中必须考虑的重要因素。

电晕噪声是由导体局部放电或电晕而产生的，它与电压等级的高低及输电线路所处海拔高度密切相关，电压等级高，电气接线复杂，则带电导体表面的局部场强越高，局部放电或电晕越易发生；海拔高度越高地区的金具，其表面越容易出现电晕放电。

带电金具的设计和适用条件与其表面工作场强有关，当表面工作场强高于起晕场强，将会在金具表面产生电晕放电。金具工作场强的大小与金具结构密切相关，研究表明，金具表面曲率半径越小的部位，在相同电压作用下，其表面工作场强越高，该处越容易出现电晕放电，从而产生电晕噪声和电能损耗，不利于节能环保。

根据对大量330kV输电线路电磁环境现场实测发现，常规的防振锤在海拔高度为1000~4000m范围内电晕放电现象比较突出，防振锤的起晕部位主要集中在锤头两端部分，且随着海拔高度的增加，其放电强度和电晕噪声随之增大。

目前对于高海拔地区防治电晕的方法主要为通过特殊结构设计来实现，例如申请号为CN200910025011.4，发明名称为“高压输电线路用防振锤”的发明专利申请，涉及电力行业输配电线路用的一种高压输电线路用防振锤，由线夹、锤体、钢绞线、至少一根预绞丝组成，线夹与钢绞线固装连接，所述的线夹为海马状结构形式；锤体为哑铃状结构形式，两个锤体对称倾斜固装在钢绞线的两端；锤体表面进行了圆弧光滑处理；其解决的问题是可以吸收不同频率振动，延长了线路的使用寿命；减振效果更好，提高了电晕电压，减少了尖端放电，提高了整体的性能，减少了污闪。哑铃状的锤头，锤头一端大一端小，造成锤头的曲率半径相差加大，这会导致较小锤头表面最大场强超过高海拔地区金具表面工作场强限值，出现电晕放电。

又如申请号为CN200910025013.3，发明名称为“1000kV特高压交流输电线路用防振锤”的发明专利申请，涉及电力行业输配电线路1000kV特高压交流输电用的防振锤，由线夹、锤体、钢绞线、至少一根预绞丝组成，线夹与钢绞线固装连接，两锤体分别固装在钢绞线的两端，预绞丝将线夹固定在输电线上，线夹为海马状结构，锤体为锌合金葫芦状结构锤体；悬臂端锤头的迎风面与锤头之间的连接设计成圆弧状，并将圆弧尺寸控制在一定范围内，从而避免了尖端放电。此专利同上述专利的情况一样，葫芦状结构锤体，会使的较小锤头表面的最大场强大于较大锤体表面的最大场强，造成防振锤整体的起晕电压降低。

上述技术主要是金具结构的改进，其改进效果有限。

申请号为200610048911.7，发明名称为一种节能防振锤的发明专利，其改进点在于线夹体采用奥氏体无磁钢材料，由于线夹体材料采用无磁钢，隔断了磁回路，消除或减少了电能损耗。但是该防振锤仅是对电磁损耗方面的一个改进，没有涉及防振锤的防晕性能和防振性能。

综上所述，研发一款高海拔地区防晕性能良好的防振锤，对高海拔地区输电线路的建设将起到推进作用。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于高海拔地区预绞丝式防振锤，该防振锤锤头为狗骨式结构，两侧锤头端部球体尺寸设计相同，经优化设计，锤头两侧端部球体曲率半径设计合理，其应用可以有效降低330kV高海拔地区输电线路的电晕可听噪声和电晕损耗，并且与常规的两侧锤头球体尺寸不一致的狗骨式防振锤相比，其防振性能也有所改善。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：

一种用于高海拔地区预绞丝式防振锤，所述防振锤包括锤头、钢绞线、预绞丝和压固于所述钢绞线上的线夹；其改进之处在于：

所述锤头为狗骨式结构，锤头两端对称设置尺寸相同的球形，球体半径为R，两对称球体的中心距为L，2R≤L≤5R；

所述钢绞线以冷压铆接方式固定于所述锤头上，钢绞线的中线轴和锤头两个球体中心连线之间的夹角10°≤α≤45°；

所述预绞丝横截面为直径是d的圆形。

本发明的另一优选技术方案为：所述锤头的表面均为弧面之间的平滑过渡。

本发明的再一优选技术方案为：所述锤头一端的球体上设有所述钢绞线的安装孔。

本发明的又一优选技术方案为：所述锤头材料为铸造锌铝合金。

本发明的又一优选技术方案为：所述线夹设置于所述钢绞线的中心处。

本发明的又一优选技术方案为：所述预绞丝的两端端部为光滑半球体。

本发明的又一优选技术方案为：所述预绞丝均匀的缠绕在线夹及所保护的导线上。

本发明的又一优选技术方案为：所述防振锤安装完成后，所述锤头以所述线夹为中心，左右呈八字型结构，所述钢绞线和预绞丝以线夹为中心，左右呈对称结构。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

1)防晕性能

常规预绞式防振锤在330kV额定电压下，经仿真计算，外侧小锤头表面最大场强达到了30kV/cm，远超过高海拔地区金具表面工作场强限值，必然会出现电晕现象，不能直接在高海拔地区使用。

本发明预绞式防振锤经过了结构上的改进，增大了薄弱点的曲率半径，即增大小锤头的半径，同时两个锤头之间的连接采用多个弧面的光滑连接，从而大大提高了防振锤的防晕性能。本结构的预绞式防振锤经仿真计算，表面最大场强降低到了24kV/cm。电晕试验的结果表面，在模拟4000米海拔高度条件下，防振锤的起晕电压为410kV，远高于330kV的额定运行电压，有效的抑制了电晕的发生，实现了节能环保的目的。

2)防振性能

本结构的预绞式防振锤与常规预绞式防振锤相比，防振锤总质量稍微大一些；从同一类型的多个防振锤的功率特性试验结果来看，常规的预绞式防振锤通常只有三个谐振频率，第三个频率一般在87.6Hz左右，且各防振锤之间在该频率上的功率相差较大，具有较大的离散性，大大高于其适配导线的微风振动的频率范围，即常规预绞式防振锤的谐振频率分布不够合理，峰谷比也比较大（大于5），不完全满足标准要求。本结构的预绞式防振锤有四个谐振频率，频率分布较合理，第四个频率在50Hz左右，完全处于微风振动的频率范围，且峰谷比也完全满足标准要求（小于5）。由此可见，本发明结构的预绞式防振锤防振性能较常规预绞式防振锤更为优良。

3)本发明防振锤适用于海拔4000米及以下地区。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是防振锤结构示意图；

图2是锤头结构示意图；

图3是预绞式线夹主视图；

图4是预绞式线夹侧视图；

图5是预绞丝结构示意图；

图6是常规防振锤功率特性曲线示意图；

图7是本发明防振锤功率特性曲线示意图；

附图标记：

1-锤头，2-钢绞线，3-线夹，4-预绞丝；

α-钢绞线的中线轴和锤头两个球体中心连线之间的夹角。

具体实施方式

下面结合实例对本发明进行详细的说明。

本发明通过合理设计锤头的结构型式，将每一侧锤头端部球体设计为相同尺寸。经过这种设计，优化锤头端部的曲率半径，改善锤头表面电场分布，从而有效地防止锤头两端在4000m以下高海拔地区330kV输电线路中产生电晕损耗和电晕噪声，达到节能环保的目的；同时可以使防振锤的谐振频率的个数有所增加，提高了其防振性能。

本发明运用三维有限元建立防振锤仿真计算模型，通过分析锤头表面电场分布，结合防振锤的防振性能提出结构设计方案，发明了一种降噪节能狗骨型预绞丝式防振锤。由于其良好的防振性能和防晕性能，该发明在高海拔地区330kV输电线路的应用中，将对改善线路的电磁环境起到显著的成效，从而进一步推进实现“资源节约型，环境友好型”输电线路的建设目标。

通过优化设计锤头结构尺寸，合理确定锤头表面曲率半径，发明出一种新型预绞丝式防振锤，在保证其良好防振性能的同时，有效提高了防晕性能，从而实现降低高海拔地区330kV输电线路防振锤的电晕噪声和电晕损耗。

防振锤由四部分组成：锤头1、钢绞线2、预绞式线夹3和预绞丝4。如附图1所示。

锤头1为狗骨式结构，两端为对称球形，半径均为R，球体中心距为L。R和L的尺寸根据防晕性能和防振性能要求，通过仿真计算、电晕试验和功率特性试验来确定，这里取10mm≤R≤100mm，50mm≤L≤300mm。整个锤头材料为铸造锌铝合金，表面均为弧面之间的平滑过渡，无铸造缺陷。见附图2。

钢绞线2通常以冷压铆接方式固定在锤头上。

预绞式线夹3采用铸造铝合金制造，表面各弧面平滑过渡，无铸造缺陷，与钢绞线压固时无裂纹，见附图3和附图4所示。

预绞丝4端部为光滑半圆球形，材料为铝合金，表面光洁，无裂纹，折叠和结疤等缺陷。见附图5。如附图5所示，预绞丝的长度为Lˊ，预绞丝的直径为d，预绞丝的各尺寸参数和适用导线线径的情况如表1所示。

表1预绞丝尺寸与适用导线线径

图号	型号	适用导线线径/mm	D/mm	d/mm	Lˊ/mm	节距	每组根数	重量/g
									2009224-2-1	FYH-24	27.63	23.0	6.3	1090	260	3	0.62
2009224-2-2	FYH-25	28.00	23.2	6.3	1090	265	3	0.62
									2009224-2-3	FYH-26	29.14	24.8	6.3	1125	270	3	0.66
2009224-2-4	FYH-27	30.00	24.9	6.3	1125	280	3	0.66

本发明防振锤通过将锤头两端球体尺寸的优化及球体间光滑弧面的过渡连接，提高了防振锤的防晕性能；通过锤头1质量，锤头1的偏心距和转动惯量，与钢绞线2长度等参数的配合，使防振锤谐振频率的分布和各频率所消耗的功率更趋于合理，提高了防振锤的防振性能。

该防振锤锤头为狗骨式结构，经优化设计，锤头两侧端部球体曲率半径设计合理，质量较轻，其应用可以有效降低330kV高海拔地区输电线路的电晕可听噪声和电晕损耗，并且与常规的狗骨式防振锤相比，其防振性能也有所改善。

常规预绞式防振锤的锤头两端的形状多为尺寸不一致，锤头两端表面的曲率半径一大一小，常规防振锤在330kV额定电压下，经仿真计算，外侧小锤头表面最大场强达到了30kV/cm，远超过高海拔地区金具表面工作场强限值，必然会出现电晕现象，不能直接在高海拔地区使用。

本预绞式防振锤经过了结构上的改进，增大了薄弱点的曲率半径，即增大小锤头的半径，同时两个锤头之间的连接采用多个弧面的光滑连接，从而大大提高了防振锤的防晕性能。本结构的预绞式防振锤经仿真计算，表面最大场强降低到了24kV/cm。电晕试验的结果表面，在模拟4000米海拔高度条件下，本结构防振锤的起晕电压为410kV，远高于330kV的额定运行电压，有效的抑制了电晕的发生，实现了节能环保的目的。

本结构的预绞式防振锤与常规预绞式防振锤相比，防振锤总质量稍微大一些；从同一类型的多个防振锤的功率特性试验结果来看，常规的预绞式防振锤，其锤头的两端为大小不同的球体，防振锤的功率特性曲线如附图6所示，功率特性试验一组采用3个平行试样，图中的3条曲线对应3个平行试样。功率特性曲线上通常只有三个谐振频率，第三个频率一般在87.6Hz左右，且各防振锤之间在该频率上的功率相差较大，具有较大的离散性，大大高于其适配导线的微风振动的频率范围，即常规预绞式防振锤的谐振频率分布不够合理，峰谷比也比较大（大于5），不完全满足标准要求。

本结构的预绞式防振锤功率特性曲线如附图7所示，功率特性试验一组采用3个平行试样，图中的3条曲线对应3个平行试样，功率特性曲线上有四个谐振频率，频率分布较合理，第四个频率在50Hz左右，完全处于微风振动的频率范围，且峰谷比也完全满足标准要求（小于5）。由此可见，本结构的预绞式防振锤防振性能较常规预绞式防振锤更为优良。

防振锤的谐振频率在频带内的分布应相对均匀，功率特性曲线中波峰和波谷频率相差不宜多大，频率及其功率的分散性也应尽可能小，这样防振锤才具有良好的防振效果。从防振锤优化前后的功率特性试验结果和曲线中可以看出，本发明结构型式的防振锤有四个谐振频率，频率分布较合理，且峰谷比也满足要求。由此可见，本发明结构防振锤，由于锤头采用两端对称球体，使得防振锤性能更加优良，满足技术要求。

综上，本发明防振锤在防晕性能上得到了很大改善，适用于海拔4000米及以下地区，同时其防振性能还得到了一定程度的改良。

此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。

Claims

1.一种用于高海拔地区预绞丝式防振锤，所述防振锤包括锤头（1）、钢绞线（2）、预绞丝（4）和压固于所述钢绞线（2）上的线夹（3）；其特征在于

所述锤头（1）为狗骨式结构，锤头两端对称设置尺寸相同的球形，球体半径为R，两对称球体的中心距为L，2R≤L≤5R；

所述钢绞线（2）以冷压铆接方式固定于所述锤头（1）上，钢绞线（2）的中线轴和锤头（1）两个球体中心连线之间的夹角10°≤α≤45°；

所述预绞丝（4）横截面为直径是d的圆形。

2.如权利要求1所述的一种用于高海拔地区预绞丝式防振锤，其特征在于所述锤头（1）的表面均为弧面之间的平滑过渡。

3.如权利要求1所述的一种用于高海拔地区预绞丝式防振锤，其特征在于所述锤头（1）一端的球体上设有所述钢绞线（2）的安装孔。

4.如权利要求1所述的一种用于高海拔地区预绞丝式防振锤，其特征在于所述锤头（1）材料为铸造锌铝合金。

5.如权利要求1所述的一种用于高海拔地区预绞丝式防振锤，其特征在于所述线夹（3）设置于所述钢绞线（2）的中心处。

6.如权利要求1所述的一种用于高海拔地区预绞丝式防振锤，其特征在于所述预绞丝（4）的两端端部为光滑半球体。

7.如权利要求1所述的一种用于高海拔地区预绞丝式防振锤，其特征在于所述预绞丝（4）均匀的缠绕在线夹（3）及所保护的导线上。

8.如权利要求1所述的一种用于高海拔地区预绞丝式防振锤，其特征在于所述防振锤安装完成后，所述锤头（1）以所述线夹（3）为中心，左右呈八字型结构，所述钢绞线（2）和预绞丝（4）以线夹（3）为中心，左右呈对称结构。