CN113363918A - 一种松脱装置及使用该装置的输电导线自适应防护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种松脱装置及使用该装置的输电导线自适应防护方法，包括功能筒以及滑动设置在功能筒内的拉杆，所述拉杆的一端位于功能筒内部另一端伸出功能筒，在拉杆的内侧端固定安装有锤头，在拉杆上套有支撑弹簧，所述支撑弹簧位于锤头和功能筒的端部之间，在功能筒的侧壁上设有用于挡住锤头的工作挡块和保护挡块，所述工作挡块位于保护挡块的前方，所述工作挡块在驱动装置的作用下使其沿功能筒的径向移动；本发明采用锤击释放的方法预防导线过载，通过工作挡块结构摩擦面的角度设置，控制锤南发生的临界值，使装置不会在导线张力较小时发生频繁动作。

Description

一种松脱装置及使用该装置的输电导线自适应防护方法

技术领域

本发明属于输电导线防断线技术，具体涉及一种松脱装置及使用该装置的输电导线自适应防护方法。

背景技术

输电导线断线通常是由于导线在特定的环境下张力过大超过材料的许可承载力发生断线。导线发生舞动和导线覆冰都会导致过大的导线张力导致断线。

输电导线舞动是普遍存在的一种自然现象，给输电线路安全运行带来极大的破坏，虽然当前有很多防舞措施，起到了一定的作用，但导线的舞动时有发生。

输电导线覆冰同样是输电线路经常遇到了难题，覆冰过厚，导线张力过大，超过导线的承载力会发生断线故障，目前有很多溶冰措施，可以起到一定的作用，但溶冰加热的不均匀性会在局部引起导线过热，超过导线的许用温度而发生永久的失效。

当前市场上防止导线振动及舞动的措施主要有加装防振锤、线间间隔棒、相间间隔棒，防振锤主要是利用锤头与挂接点间的钢绞丝股间摩擦吸收振动能量，干扰振动，但对于低频振动起不到作用。线间间隔棒是将较长多分裂导线中间通过线间间隔棒分成小档距，同时线间间隔棒有阻尼作用可以吸收振动能量，对高频振动有一定的作用，对舞动没有作用。相间间隔棒不等距加装在不同相线之间，可有效减少导线的舞动，但线夹出口经常发生疲劳破坏。

在专利号为ZL201010148998.1的专利中，记载了一种防止导线舞动及其对铁塔产生破坏的装置，包括与吊耳I固定连接的套筒、设置在套筒一端的压板、设置在套筒四周的增爬裙、设置在套筒内壁的永磁体、套装在套筒内的和吊耳II固定连接的拉杆以及设置在拉杆上的线圈，线圈在永磁体中切割磁力线，在线圈中产生涡流，因而产生热量，涡流的产生阻碍了与本发明相连的导线的相对运动，起到消耗导线的动能的作用。

专利号为201020161837.1的专利中，记载了一种输电导线防舞动吸能装置，吊耳、套筒、设置在套筒内壁的永磁体、弹簧支座、拉杆和与拉杆固定连接的隔板，由套筒和弹簧支座构成的封闭空间被隔板分为能量缓释腔和压缩腔，压缩腔内设置有弹簧，隔板设置有逆止阀、封闭线圈和用于连通能量缓释腔和压缩腔的缓释孔，逆止阀由逆止阀瓣、逆止阀弹簧和逆止阀压片组件组成，逆止阀压片组件由压板和中心杆组成，中心杆与逆止阀瓣固定连接，逆止阀弹簧设置在压板和逆止阀瓣之间，本实用新型可以防止导线的舞动和防止舞动对铁塔产生的破坏，提高输电安全。

以上两个专利均采用了电磁原理，永磁体价格昂贵，生产成本较高。

防振锤通常是挂接在导线端部保护耐张线夹、悬垂线夹出口处导线断线问题，是预防导线微风振动的保护金具之一。经试验发现防振锤无法满足低频振动(30Hz以下)的消振，当导线的固有振动频率与振动频率相近时，低频振动能量累积会形成大幅度的舞动，导致输电部件发生破坏。为了预防导线舞动，最有效的措施是加装相间间隔棒，加装相间间隔棒又会引起导线疲劳断股问题，预防和消除导线舞动还没有一种可靠的方法。

现有应用的技术有防振锤、线间间隔棒、相间间隔棒，防振锤和线间间隔棒不能解决舞动问题，相间间隔棒会引起导线疲劳断股。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种松脱装置及使用该装置的输电导线自适应防护方法，利用导线的振动力启动松脱装置，释放振动能量，改变导线的固有振动频率，脱离舞动频率，同时通过阻尼吸收振动能量，起到阻止导线舞动的作用。

本发明所采用的技术方案是：

一种松脱装置，其包括功能筒以及滑动设置在功能筒内的拉杆，所述拉杆的一端位于功能筒内部另一端伸出功能筒，在拉杆的内侧端固定安装有锤头，在拉杆上套有支撑弹簧，所述支撑弹簧位于锤头和功能筒的端部之间，在功能筒的侧壁上设有用于挡住锤头的工作挡块和保护挡块，所述工作挡块位于保护挡块的前方，所述工作挡块在驱动装置的作用下使其沿功能筒的径向移动。

进一步的，在所述拉杆伸出功能筒的一端设置有拉杆监视器。

进一步的，在所述拉杆伸出功能筒一端的端部固定安装有导线侧拉环，在功能筒的前端设有铁塔侧拉环。

进一步的，所述驱动装置为电磁铁。

进一步的，所述锤头的外径大于拉杆的外径。

进一步的，所述拉杆监视器包括拉杆拉力传感器、位移传感器、温度传感器、振动传感器、张力计算芯片以及远程通讯芯片，用于实时监测拉杆的动态和位置。

进一步的，所述铁塔侧拉环与功能筒焊接形成整体，导线侧拉环和拉杆焊接形成整体。

一种输电导线自适应防护方法，其包括如下步骤：

对铁塔进行受力分析，计算出导线的静张力和动张力；

松脱装置的驱动装置的触发原则设定为小于等于导线许用张力，大于等于导线最大静张力的两倍，松脱装置松脱后导线垂弧小于等于最低安全要求；

将松脱装置串接在导线中；

松脱装置的复位力值大于导线最大静张力，小于静张力的两倍。

进一步的，导线静张力的计算方法为：

设某档距L间的导线的重量为G，导线的张力T，导线与水平方向的夹角为θ，塔高基本一致的条件下，导线静态曲线方程可以近似地为抛物线，设导线的几何方程为：

y＝ax²-c (1)

端部静张力为

在端部有

设导线单位长度的质量为m，导线长度为S，重力加速度为g，在端点坐标处y＝0，x＝L/2由(1)、(2)、(3)联立求解得：

其中导线长度S：

式(5)中，

进一步的，导线舞动时动张力计算方法如下：

设：

式(6)中A为上下方向最大振幅，λ为波长，y_x为沿水平方向的上下振幅，π为圆周率。

y_t＝y_x sin(2πft) (7)

式(7)中y_t为t时刻振动幅值，f为振动频率，y_x为沿水平方向的上下振幅，π为圆周率。

半波长度范围内的集体冲击力为F_b

式(8)中λ为波长，f为振动频率，y_x为沿水平方向的上下振幅，π为圆周率，A为上下方向最大振幅。

动载下最大的动张力为T_maxa

式(9)中，

θ为λ/2位置的导线与水平面的夹角；

由(9)、(10)计算得

由于fλ为波的传播速度

T为导线的张力，而传播速度只与材料本身的性质和张力有关，又A和λ相比为较小的量，因此振幅对振动动张力影响较小；在低风速的条件下，能量较小，因此A较小，同时高频振动受到阻尼较大而大幅衰减，因此微风中应为低频长波小幅振动，对导线的冲击力是较小的。

本发明的积极效果为：

本发明采用锤击释放的方法预防导线过载，通过工作挡块结构摩擦面的角度设置，控制锤击发生的临界值，使装置不会在导线张力较小时发生频繁动作。

本发明除了可以消除振动以外，还具有除冰作用。当导线上覆冰厚度达到一定值时，冰载荷造成导线张力达到本发明的松脱装置锤击发生临界值，松脱装置发生锤击，覆冰在锤击振动力的作用下发生脱落，起到除冰效果。

本发明专利中的装置结构简单，便于制造，通过工作挡块设计和弹簧配合使装置安全可靠。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明松脱装置结构示意图；

图2为本发明导线静张力计算示意图；

图3为本发明导线舞动时动张力计算示意图。

在附图中，

1-铁塔侧拉环；

2-功能筒；

3-锤头；

4-电磁铁；

5-工作挡块；

6-保护挡块；

7-拉杆；

8-拉杆监视器；

9-导线侧拉环；

10-支撑弹簧。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如附图1所示，本发明的松脱装置包括呈圆筒状的功能筒2以及滑动设置在功能筒2内的拉杆7，拉杆7的一端位于功能筒2内部另一端伸出功能筒2，在拉杆7位于功能筒内部的一端听过螺丝安装有锤头3，该锤头3可以在功能筒2内滑动，在拉杆7的另一端焊接有导线侧拉环9，在拉杆7上套有支撑弹簧10，该支撑弹簧10压在锤头3与功能筒2的端部之间，随着拉杆7的运动往复压缩，当导线为静态正常张力值时，推动拉杆7回到工作位置。

在功能筒2的侧壁上从前至后安装有工作挡块5和保护挡块6，均用于挡住锤头3的运动，保护挡块6固定安装，限制锤头的行程，从而控制导线的锤弧。

工作挡块5活动安装，在驱动装置的作用下可以沿功能筒2的径向方向移动，将工作挡块5移出或移入锤头3的移动路径，在导线正常工作时挡住锤头，限制其移动，同时可受电磁铁的吸引而发生运动，释放锤头。优选的，驱动装置4采用电磁铁。

在拉杆7的外侧端还设有拉杆监视器8，在拉杆监视器8内有拉杆拉力传感器、位移传感器、温度传感器、振动传感器、张力计算芯片和远程通讯芯片等，可以实时监测拉杆的动态、位置等，当拉杆内拉力达到松脱装置的触发设定值时，给电磁铁供电吸合工作挡块释放锤头。当导线张力水平降低到正常水平时，拉杆回到工作位置，反向推动工作挡块归到工作位置，电磁铁断电，同时还可以进行监测和少量应力计算。

铁塔侧拉环1与在功能筒2的前端焊接在一起，形成一个整体，导线侧拉环9和拉杆7焊接在一起，形成一个整体，铁塔侧拉环1和导线侧拉环9分别连接导线和铁塔。

在导线正常工作的情况下，导线张力较小，支撑弹簧10抵抗导线的张力推动锤头3移动到工作挡块5的前侧，并受工作挡块5的阻挡。

当特殊情况下，导线的张力达到静态张力的两倍，并达到松脱装置的触发值时，拉杆监视器8监测到张力值给电磁铁供电，吸付工作挡块5向外移动，释放锤头3，锤头3在导线张力的作用下迅速向后移动，直到碰到保护挡块6，保护挡块6与工作挡块5间的距离是由导线许用垂弧高度决定的，目的为避免导线过于接近发生放电。释放后的导线张力变小，固有频率变低，整个导线系统振动与原始振动不协调，消除了共振，导线随即安静下来。导线张力随即减小，锤头在支撑弹簧10的推动下，再次回到工作状态，拉杆监视器8监测到导线张力下降到正常值，拉杆7位置已复位后给电磁铁供电反向推动工作挡块5回位并断电，松脱装置恢复到正常的工作状态。

特殊情况还包括严重覆冰情况。当覆冰导致导线张力达到正常张力的两倍或者松脱装置的触发值时，拉杆监视器8监测到导线的张水平满足触发条件，给电磁铁供电，吸附工作挡块5，释放锤头3，锤头3释放形成冲击，振落覆冰，导线张力减小，支撑弹簧10推动锤头3向前运动，回到工作位置，当拉杆监视8器监测到导线张力正常，拉杆7回位时，给电磁铁反向供电推动工作挡块5回位并断电，松脱装置恢复到正常工作状态。

本发明还提供一种输电导线自适应防护方法，其包括如下步骤：

对铁塔进行受力分析，计算出导线的静张力和动张力；

松脱装置的驱动装置(4)的触发原则设定为小于等于导线许用张力，大于等于导线最大静张力的两倍，松脱装置松脱后导线垂弧小于等于最低安全要求；

将松脱装置串接在导线中；

松脱装置的复位力值大于导线最大静张力，小于静张力的两倍。

导线的静张力计算：

设某档距L间的导线的重量为G，导线的张力T，导线与水平方向的夹角为θ。塔高基本一致的条件下，导线静态曲线方程可以近似地为抛物线，如图2。设导线的几何方程为：

y＝ax²-c (1)

端部静张力为

在端部有

设导线单位长度的质量为m，导线长度为S，重力加速度为g，在端点坐标处y＝0，x＝L/2由(1)、(2)、(3)联立求解得：

其中导线长度S：

式(5)中，

导线舞动时动张力(不包括静张力)计算方法如下：

设：

y_t＝y_x sin(2πft) (7)

半波长度范围内的集体冲击力为F_b

动载下最大的动张力为T_maxa

式(9)中，

θ为λ/2位置的导线与水平面的夹角，如图3；

由(9)、(10)计算得

由于fλ为波的传播速度

T为导线的张力，而传播速度只与材料本身的性质和张力有关，又A和λ相比为较小的量，因此振幅对振动动张力影响较小；在低风速的条件下，能量较小，因此A较小，同时高频振动受到阻尼较大而大幅衰减，因此微风中应为低频长波小幅振动，对导线的冲击力是较小的。

本发明利用输电线路断前产生的过载拉力触发松脱装置降低导线张力，改变系统固有振动频率，实现系统振动阻尼，静态下的导线张力恢复常态，过载条件消失，松脱装置自动恢复原状态，同时松脱产生的振动有除冰的作用，松脱改变张力从而改变固有频率可实现系统阻尼对导线有防舞的作用，客观上降低了导线的峰值应力起到了预防断线作用。从能量的角度出发，利用舞动本身的能量启动自适应防振锤开始动作，通过释放、阻尼、干扰导线振动，可有效解决导线舞动难题。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种松脱装置，其特征在于其包括功能筒(2)以及滑动设置在功能筒(2)内的拉杆(7)，所述拉杆(7)的一端位于功能筒(2)内部另一端伸出功能筒(2)，在拉杆(7)的内侧端固定安装有锤头(3)，在拉杆(7)上套有支撑弹簧(10)，所述支撑弹簧(10)位于锤头(3)和功能筒(2)的端部之间，在功能筒(2)的侧壁上设有用于挡住锤头(3)的工作挡块(5)和保护挡块(6)，所述工作挡块(5)位于保护挡块(6)的前方，所述工作挡块(5)在驱动装置(4)的作用下使其沿功能筒(2)的径向移动。

2.根据权利要求1所述的一种松脱装置，其特征在于在所述拉杆(7)伸出功能筒(2)的一端设置有拉杆监视器(8)。

3.根据权利要求1所述的一种松脱装置，其特征在于在所述拉杆(7)伸出功能筒(2)一端的端部固定安装有导线侧拉环(9)，在功能筒(2)的前端设有铁塔侧拉环(1)。

4.根据权利要求1所述的一种松脱装置，其特征在于所述驱动装置(4)为电磁铁。

5.根据权利要求1所述的一种松脱装置，其特征在于所述锤头(3)的外径大于拉杆(7)的外径。

6.根据权利要求2所述的一种松脱装置，其特征在于所述拉杆监视器(8)包括拉杆拉力传感器、位移传感器、温度传感器、振动传感器、张力计算芯片以及远程通讯芯片，用于实时监测拉杆的动态和位置。

7.根据权利要求3所述的一种松脱装置，其特征在于所述铁塔侧拉环(1)与功能筒(2)焊接形成整体，导线侧拉环(9)和拉杆(7)焊接形成整体。

8.一种输电导线自适应防护方法，其特征在于其包括如下步骤：

对铁塔进行受力分析，计算出导线的静张力和动张力；

松脱装置的驱动装置(4)的触发原则设定为小于等于导线许用张力，大于等于导线最大静张力的两倍，松脱装置松脱后导线垂弧小于等于最低安全要求；

将松脱装置串接在导线中；

松脱装置的复位力值大于导线最大静张力，小于静张力的两倍。

9.根据权利要求8所述的一种输电导线自适应防护方法，其特征在于导线静张力的计算方法为：

设某档距L间的导线的重量为G，导线的张力T，导线与水平方向的夹角为θ，塔高基本一致的条件下，导线静态曲线方程可以近似地为抛物线，设导线的几何方程为：

y＝ax²-c (1)

端部静张力为

在端部有

式中

为(1)式在端部导数；

设导线单位长度的质量为m，导线长度为S，重力加速度为g，在端点坐标处y＝0，x＝L/2由(1)、(2)、(3)联立求解得：

其中导线长度S：

式(5)中，

10.根据权利要求8所述的一种输电导线自适应防护方法，其特征在于导线舞动时导线冲击形成的动张力计算方法如下：

设：

式(6)中A为上下方向最大振幅，λ为波长，y_x为沿水平方向的上下振幅，π为圆周率；

y_t＝y_xsin(2πft) (7)

式(7)中y_t为t时刻振动幅值，f为振动频率，y_x为沿水平方向的上下振幅，π为圆周率；

半波长度范围内的导线集体冲击力为F_b

式(8)中λ为波长，f为振动频率，y_x为沿水平方向的上下振幅，π为圆周率，A为上下方向最大振幅；

动载下最大的动张力为T_maxa

式(9)中，

θ为λ/2位置的导线与水平面的夹角；

由(9)、(10)计算得

由于fλ为波的传播速度

T为导线的张力，而传播速度只与材料本身的性质和张力有关，又A和λ相比为较小的量，因此振幅对振动动张力影响较小；在低风速的条件下，能量较小，因此A较小，同时高频振动受到阻尼较大而大幅衰减，因此微风中应为低频长波小幅振动，对导线的冲击力是较小的。

Images