CN103633607A - 一种用于高海拔地区钟罩式防振锤 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于高海拔地区钟罩式防振锤，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，且防振锤具有良好的防振性能。防振锤包括锤头，钢绞线和线夹，锤头为圆筒体结构，锤头一端内部开有直径为Φ₃的减重孔，锤头另一端内部开有长度为L₂的安装孔，锤头在所述减重孔外侧的圆环处开有沿径向贯通所述圆环的外径为Φ₄的排水孔。本发明钟罩式防振锤，经仿真计算，表面最大场强降低到了22kV/cm，比常规钟罩式防振锤表面最大场强降低了19%；防振锤在模拟4000米海拔高度条件下，起晕电压为390kV，远高于330kV的额定运行电压，有效的抑制了电晕的发生，且防振锤具有良好的防振效果。

Description

一种用于高海拔地区钟罩式防振锤

技术领域

本发明属于输电线路金具领域，具体涉及一种用于高海拔地区钟罩式防振锤。 

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。 

防振锤有多种型式，如钟罩式、音叉式、预绞丝式等。各种防振锤在输电线路上都可以使用，但是其防振性能略有不同，因为不同的防振锤有不同的谐振频率。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。 

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钟罩式防振锤，锤头为设有中空内腔的类似圆柱型，本发明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，且防振锤具有良好的防振性能。 

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钟罩式防振锤，所述防振锤包括锤头，钢绞线和线夹；其改进之处在于： 

所述锤头为圆筒体结构，筒体长度L₁，外径为Φ₁，所述锤头沿其中心轴线方向依次开有锥形凹孔、长度为L₂的所述钢绞线的安装孔和直径为Φ₃的减重孔； 

所述锤头在所述减重孔外侧的圆环处开有沿径向贯通所述圆环的外径为Φ₄的排水孔； 

所述锤头设有减重孔的端部弧面半径为R₂，所述锤头设有安装孔的端部弧面半径为R₁，所述减重孔位于锤头内部的内侧弧面半径为R₃，所述R₂<R₁，所述R₃<R₁。 

本发明的另一优选技术方案为：所述减重孔和安装孔与所述锤头同中心轴线；所述排水孔的中心轴线垂直于所述锤头的中心轴线。 

本发明的再一优选技术方案为：所述减重孔的一端与锤头端面平齐，所述减重孔另一端位于所述锤头内部，其端面与所述安装孔的一端接触；所述锥形凹孔的一端与所述锤头端面平齐，所述锥形凹孔的另一端与所述安装孔的端面平齐。 

本发明的又一优选技术方案为：所述锥形凹孔的锥度大于。 

本发明的又一优选技术方案为：所述锤头的制备材料为灰铸铁。 

本发明的又一优选技术方案为：所述钢绞线以铆接方式固定在所述锤头上。 

本发明的再一优选技术方案为：所述线夹包括线夹本体和线夹盖板。 

本发明的又一优选技术方案为：所述线夹压固于所述钢绞线的轴线中心处。 

本发明的又一优选技术方案为：所述锤头和钢绞线以所述线夹为中心，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 

常规钟罩式防振锤在330kV额定电压下，经仿真计算，表面最大场强达到了27kV/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； 

本发明钟罩式防振锤经过了锤头外部结构上的改进，增大了薄弱点的曲率半径，优化了 锤头的长度和外径，大大提高了防振锤的防晕性能。本结构的钟罩式防振锤经仿真计算，表面最大场强降低到了22kV/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390kV，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 

本发明的钟罩式防振锤与常规钟罩式防振锤相比，锤头内部设有减重孔、安装孔和排水孔，减少锤头重量到接近常规防振锤重量，并调整了锤头的质心位置。从功率特性试验结果来看，本发明和常规结构都有两个谐振频率，频率差别不大，都在导线微风振动的频率范围内，并且峰谷比均满足要求（小于5），具有良好的防振效果。 

3)本发明钟罩式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，同时其防振性能也得到了保障。 

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。 

图1是防振锤整体结构示意图； 

图2是锤头沿中心线剖面示意图； 

图3是线夹结构示意图； 

图4是常规钟罩式防振锤结构示意图； 

图5是常规钟罩式防振锤功率特性曲线图； 

图6是本发明防振锤功率特性曲线图； 

附图标记： 

1-锤头，2-钢绞线，3-线夹，4-减重孔，5-排水孔，6-安装孔，7-线夹本体，8-线夹盖板。 

具体实施方式

下面结合实例对本发明进行详细的说明。 

本发明是一种架空输电线路的减振装置，属于司托克布里奇（Stockbridge）防振锤，为钟罩式结构，由一根钢绞线2两端轴向水平固定的一对空心圆筒形锤头1构成，并以钢绞线2的中心为支点通过线夹3悬挂于导线上。防振锤安装在导线上以后，两个锤头1随着导线的振动而振动，这就使得钢绞线股间相对滑移而产生摩擦阻尼力。防振锤就是利用钢绞线2的股间摩擦产生的阻尼来消耗导线系统振动能量的。防振锤的振动功率特性主要与锤头质量、 质心位置、转动惯量和钢绞线长度有关；防晕性能主要与锤头端部大弧面曲率半径和开口处小弧面曲率半径有关。 

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钟罩式防振锤。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。 

本发明针对钟罩式结构的防振锤，通过合理设计防振锤锤头结构，将锤头内腔设计为特定型式的中空类似圆柱型，从而获得理想的防振性能；优化设计锤头端部外表面的曲率半径，合理确定锤头端部大弧面半径和开口处小弧面半径，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。 

该防振锤由三部分组成：锤头1、钢绞线2和中间固定线夹3，见附图1。 

锤头1为圆筒体结构，筒体长度100mm≤L₁≤350mm，外径为40mm≤φ₁≤105mm，锤头1一端的内腔设有直径为φ₃的圆柱形减重孔4，这里取20mm≤φ₃≤80mm，且φ₃<φ₁。锤头1另一端的内腔开有钢绞线2的安装孔6，安装孔直径φ₂与钢绞线直径相匹配，一般比钢绞线直径略大即可，这里取15mm≤φ₂≤30mm，且φ₂<φ₃<φ₁安装孔6的长度为L₂，L₂<L₁。 

锤头1开有安装孔6的一端，设有锥形凹孔，锤形凹孔的倾斜角α大于20°，即锥形凹孔的锥度大于                                                   

锤头1设置安装孔6的端部弧面半径为R₁，这里取10mm≤R1≤60mm；锤头1设置减重孔4的端部弧面半径为R₂，这里取3mm≤R₂≤25mm；且R₂<R₁，减重孔4的内侧弧面半径为R₃，这里取3mm≤R₃≤20mm；且R₃<R₁。 

减重孔4外侧的圆环面上，设有沿径向贯通所述圆环面的排水孔5，排水孔5的直径为φ ₄，这里取3mm≤φ₄≤20mm。锤头1和钢绞线2的压接长度20mm≤L₂85mm。 

减重孔4、安装孔6和锤头具有相同的中心轴线，排水孔5的中心轴线垂直减重孔4的中心轴线。 

上述参数的具体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。整个锤头材料为灰铸铁，表面结构平滑过渡，无铸造缺陷，表面做防腐处理。见附图2。 

钢绞线2通常以铆接方式固定在锤头上，其抗拉强度不得低于1000MPa。 

线夹3包括线夹本体7和线夹盖板8，线夹本体7和线夹盖板8采用铸造铝合金制造，表面结构平滑连接，无铸造缺陷，与钢绞线压固时无裂纹，线夹示意图见附图3所示。 

图4为常规钟罩式防振锤结构示意图，常规钟罩式防振锤的功率特性曲线如图5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有两个谐振频率，各防振锤之间在一频、二频及其所消耗功率上差别较明显，具有较大的离散性，即常规钟罩式防振锤的谐振频率分布不够稳定。 

图6是本发明结构防振锤功率特性曲线图。同样的，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。本结构的防振锤与常规钟罩式防振锤相比，防振锤总质量稍微大一些，但差别在10%以内。功率特性曲线上也是两个谐振频率，各防振锤之间在一频、二频及其所消耗功率上差别很小，吻合度较高，说明本结构的钟罩式防振锤的谐振频率分布比较稳定。同时，本结构的钟罩式防振锤峰谷比均小于5，满足标准要求，总体而言，保持了良好的防振效果。 

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 (9)

1.一种用于高海拔地区钟罩式防振锤，所述防振锤包括锤头（1），钢绞线（2）和线夹（3）；其特征在于：

所述锤头（1）为圆筒体结构，筒体长度L₁，外径为Φ₁，所述锤头（1）沿其中心轴线方向依次开有锥形凹孔、长度为L₂的所述钢绞线（2）的安装孔（6）和直径为Φ₃的减重孔（4）；

所述锤头（1）在所述减重孔（4）外侧的圆环处开有沿径向贯通所述圆环的外径为Φ₄的排水孔（5）；

所述锤头（1）设有减重孔（4）的端部弧面半径为R₂，所述锤头（1）设有安装孔（6）的端部弧面半径为R₁，所述减重孔（4）位于锤头（1）内部的内侧弧面半径为R₃，所述R₂<R₁，所述R₃<R₁。

2.如权利要求1所述的一种用于高海拔地区钟罩式防振锤，其特征在于所述减重孔（4）和安装孔（6）与所述锤头（1）同中心轴线；所述排水孔（5）的中心轴线垂直于所述锤头（1）的中心轴线。

3.如权利要求1所述的一种用于高海拔地区钟罩式防振锤，其特征在于所述减重孔（4）的一端与锤头（1）端面平齐，所述减重孔（4）另一端位于所述锤头（1）内部，其端面与所述安装孔（6）的一端接触；所述锥形凹孔的一端与所述锤头（1）端面平齐，所述锥形凹孔的另一端与所述安装孔（6）的端面平齐。

4.如权利要求1所述的一种用于高海拔地区钟罩式防振锤，其特征在于所述锥形凹孔的锥度大于                                                   

5.如权利要求1所述的一种用于高海拔地区钟罩式防振锤，其特征在于所述锤头（1）的制备材料为灰铸铁。

6.如权利要求1所述的一种用于高海拔地区钟罩式防振锤，其特征在于所述钢绞线（2）以铆接方式固定在所述锤头（1）上。

7.如权利要求1所述的一种用于高海拔地区钟罩式防振锤，其特征在于所述线夹（3）包括线夹本体（7）和线夹盖板（8）。

8.如权利要求1所述的一种用于高海拔地区钟罩式防振锤，其特征在于所述线夹（3）压固于所述钢绞线（2）的轴线中心处。

9.如权利要求1所述的一种用于高海拔地区钟罩式防振锤，其特征在于所述锤头（1）和钢绞线（2）以所述线夹（3）为中心，左右呈对称结构。 

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