CN114629070B - 一种输电导线微风振动控制液体调频质量电涡流减振装置 - Google Patents

一种输电导线微风振动控制液体调频质量电涡流减振装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种输电导线微风振动控制液体调频质量电涡流减振装置，包括多个减振部件和减振器外壳(12)；所述多个减振部件并列安装于减振器外壳(12)内；每个减振部件均包括相互连接的阻尼液耗能减振器和电涡流耗能减振器，各阻尼液耗能减振器具有不同质量的阻尼液(7)；本发明通过设置多个减振部件并装有不同质量的阻尼液(7)，再将电涡流施加于阻尼，产生电涡流阻尼，对全部频率的微风振动进行减振。

Description

一种输电导线微风振动控制液体调频质量电涡流减振装置
技术领域
本发明涉及电网防灾技术领域，具体涉及一种输电导线微风振动控制液体调频质量电涡流减振装置。
背景技术
减振装置是输电线路防振的主要元件之一，是目前使用最广泛的一种防振措施。目前国内普遍使用的是Stockbridge型防振锤，其结构由质量较大的锤头、连接作用的钢绞线和用于将其夹固在导线上的线夹三部分组成。当发生微风振动时，线夹随着导、地线一起振动，并将振动的能量通过钢绞线传递给锤头，锤头在振动的同时由于惯性的作用使钢铰线发生挠曲变形，各股钢丝之间相互摩擦。也就是说防振锤把架空线振动的机械能一部分转移为锤头振动的机械能，并通过钢绞线的阻尼作用耗散掉，从而抑制了导线的振动。
应用于输电导线微风振动控制用的防振锤的只有若干个谐振频率，在风振严重地区若采用单纯的防振锤防振，则易发生防振锤损坏、导线断股等故障，单纯安装防振锤无法满足抑制导线微风振动的要求，需要采用阻尼线加防振锤的联合防振装置。
大跨越工程导线微风振动强度大，持续时间长，容易引起导线的疲劳断股，需要安装专门的防振装置来抑制导线的微风振动。目前大跨越工程常用的防振装置有阻尼线、防振锤等，其频率响应范围与结构型式有关，需要结合实际工程参数进行专门设计，通常通过试验验证的方式来检验防振装置的效果，并在线路投运后进行现场测振予以验证。现有技术无法在导线微风振动全部频率范围内有效抑制导线微风振动强度。
发明内容
针对现有技术在风振严重地区无法对导线进行防振，本发明提供了一种输电导线微风振动控制液体调频质量电涡流减振装置，包括多个减振部件和减振器外壳；所述多个减振部件并列安装于减振器外壳内；
每个减振部件均包括相互连接的阻尼液耗能减振器和电涡流耗能减振器，各阻尼液耗能减振器具有不同质量的阻尼液。
优选的，所述阻尼液耗能减振器还包括阻尼液外壳、上隔板和下隔板；
所述阻尼液装于阻尼液外壳内，所述阻尼液外壳两端分别连接所述上隔板和下隔板，所述上隔板和所述下隔板沿所述阻尼液外壳边缘向四周延伸，所述阻尼液耗能减振器与所述减振器外壳连接。
优选的，所述阻尼液耗能减振器还包括多个导杆，所述上隔板和所述下隔板的延伸处均设有多个孔；
所述导杆两端分别穿过所述上隔板和所述下隔板的孔与减振器外壳固定连接。
优选的，所述电涡流耗能减振器包括多个永磁铁对，所述多个永磁铁对对称设置于所述阻尼液外壳四周。
优选的，所述电涡流耗能减振器还包括多个铜导体板和多个导体背铁；
所述多个导体背铁均匀设置于每个所述阻尼液耗能减振器的所述多个导杆外侧；
所述多个铜导体板均匀设置于每个所述导杆和每个所述导体背铁之间，所述铜导体板通过所述永磁铁对做磁场切割。
优选的，还包括线夹装置，所述线夹装置一端与所述减振器外壳连接，另一端与所述导线连接。
优选的，所述线夹装置包括：线夹本体、阻尼耗能金属板、连接件和连接器；
所述线夹本体呈弧形，所述阻尼耗能金属板呈S；
所述线夹本体设有与所述阻尼耗能金属板匹配的凹槽并悬挂于导线上，所述阻尼耗能金属板的一端插入所述线夹本体的所述凹槽内并通过所述连接件固定连接，另一端与所述连接器通过所述连接件连接。
优选的，所述线夹装置包括多个，多个所述线夹装置均设置于所述减振器外壳顶部。
优选的，所述线夹装置还包括橡胶，所述橡胶设置于所述线夹本体内。
优选的，所述减振装置还包括弹簧。
所述电涡流耗能减振器通过所述弹簧与所述减振器外壳连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、一种输电导线微风振动控制液体调频质量电涡流减振装置，包括多个减振部件和减振器外壳；所述多个减振部件并列安装于减振器外壳内；每个减振装置均包括相互连接的阻尼液耗能减振器和电涡流耗能减振器，各阻尼液耗能减振器具有不同质量的阻尼液；本发明通过多个减振装置内装有不同质量的阻尼液，有效的实现在微风振动下全部频域对导线进行减振。
2、本发明通过电涡流耗能减振器于阻尼液耗能减振器连接，通过电涡流耗能减振器对阻尼液耗能减振器施加电涡流，增加阻尼，有效的实现了在强风情况下对导线的保护。
3、本发明通过在线夹处安装保护件，可使导线在振动过程中，减少损伤，增加导线的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的输电导线微风振动控制液体调频质量电涡流减振装置结构示意图；
图2为本发明的减振装置线夹结构示意图；
图3为本发明的减振装置力学模型示意图；
图4为本发明的减振装置竖向减振装置固有频率测试示意图；
图5为本发明的减振装置测试曲线示意图；
图中：1、线夹压板；2、线夹本体；3、阻尼耗能金属板；4、紧固螺栓；5、永磁体对；6、阻尼液外壳；7、阻尼液；8、铜导体板；9、导体背铁；10、连接导杆；11、弹簧；12、减振器外壳；13、橡胶；14、加速度传感器；15、振动台台面；16、支架。
具体实施方式
结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。
实施例1
结合图1，本发明提供了一种输电导线微风振动控制液体调频质量电涡流减振装置，包括多个减振部件和减振器外壳12；多个减振部件并列安装于减振器外壳12内；
每个减振装置均包括相互连接的阻尼液耗能减振器和电涡流耗能减振器，各阻尼液耗能减振器具有不同质量的阻尼液。
阻尼液耗能减振器还包括阻尼液外壳6、上隔板和下隔板；
阻尼液装于阻尼液外壳6内，阻尼液外壳6两端分别连接上隔板和下隔板，上隔板和下隔板沿阻尼液外壳6边缘向四周延伸，阻尼液耗能减振器与减振器外壳12连接。
阻尼液耗能减振器还包括多个导杆，上隔板和下隔板的延伸处均设有多个孔；
导杆两端分别穿过上隔板和下隔板的孔与减振器外壳12固定连接。
电涡流耗能减振器包括多个永磁铁对，多个永磁铁对对称设置于阻尼液外壳6四周。
电涡流耗能减振器还包括多个铜导体板8和多个导体背铁9；
多个导体背铁9均匀设置于每个阻尼液耗能减振器的多个导杆外侧；
多个铜导体板8均匀设置于每个导杆和每个导体背铁9之间，铜导体板8通过永磁铁对做磁场切割。
还包括线夹装置，线夹装置一端与减振器外壳12连接，另一端与导线连接。
线夹装置包括：线夹本体2、阻尼耗能金属板3、连接件和连接器；
线夹本体2呈弧形，阻尼耗能金属板3呈S；
线夹本体2设有与阻尼耗能金属板3匹配的凹槽并悬挂于导线上，阻尼耗能金属板3的一端插入线夹本体2的凹槽内并通过连接件固定连接，另一端与连接器通过连接件连接。
线夹装置包括多个，多个线夹装置均设置于减振器外壳12顶部。
线夹装置还包括橡胶13，橡胶13设置于线夹本体2内。
减振装置还包括弹簧11。
电涡流耗能减振器通过弹簧11与减振器外壳12连接。
实施例2
结合图1，本发明专利给出了一种双阻尼变质量竖向振动减振器。该减振装置由线夹、减振装置组成。减振装置内部采用阵列式模块设计方式，即减振装置内部包含6个子模块；每个子模块包含两套耗能阻尼系统，一套为阻尼液耗能减振系统、另外一套为电涡流耗能减振系统。子模块阻尼液耗能减振系统由阻尼减振器外壳12、阻尼液、隔板以及导杆和弹簧11组成，每个子模块上下的端部的外伸的端板设置了圆形孔，可使连接导杆10穿过孔中。连接导杆10起到限位作用，使得阻尼液装置只能沿上下方向运动。连接导杆10的端部通过连接弹簧11与减振器的外壳进行连接，每个子模块盖板也设置了四个圆形的孔洞，可以使得连接导杆10可以从减振器盖板中穿过。子模块电涡流耗能减振系统由子模块侧面安装的永磁铁对与减振器内部安装的铜导板和导体背铁9组成。导线连接线夹连接输电导线及减振器。该线夹由输电导线线夹、S形阻尼耗能金属板3、线夹本体2及紧固螺栓4组成，结合图2。S形阻尼耗能金属板3端部应插入线夹本体2设置的槽内，并通过紧固螺栓4与线夹本体2连接在一起。
实施例3
结合图3，该减振器阻尼由减振器内部粘性阻尼液产生的粘滞阻尼Cz，永磁铁对和导体板由于切割磁力线产生的电涡流阻尼Cf组成，以及S形金属板滞回阻尼Cs组成。
C＝CS+Cz+Cf
由于该减振器由6每个子模块组成，粘滞阻尼Cz和电涡流阻尼Cf可以写成：
式中，Czi、Cfj分别为减振器每个子模块的粘滞阻尼和电涡流阻尼。
该减振器的总质量M由减振器的本体结构质量Mc和内部阻尼液质量Mf两部分组成。
M＝Mc+Mf
由于该减振器由6个子模块组成，本体结构质量Mc和电涡流阻尼Mf可以写成：
式中，Mci、MfjMfj分别为减振器每个子模块的本体质量和阻尼液质量。
该减振装置对输电导线竖向微风振动的控制力F一般由两部分组成：一部分是导线与减振装置之间的相互作用力F1及阻尼液产生的与F1方向相反的控制力F2组成。
F＝F1-F2
设该减振器的刚度为K，则该减振装置的运动微分方程可以写为：
结合图1，该减振装置共有6个子模块，当每个子模块内阻尼液的质量从0到Mfi范围内变化时，该子模块的固有频率ωi变化范围是从到/>通过调节阻尼液装置中的阻尼液质量，使其固有频率与外界的频率ωci保持一致，从而使得该子模块耗散风能的能力达到最大。由于该减振装置共有6个子模块，每个子模块的阻尼液的质量是不同的，该减振装置的固有频率的范围为： 通过调节6个子模块的阻尼液质量，能够拓宽减振装置的减振频率范围，因此，该减振装置具有自适应能力，可以根据外界激励的变化来改变自身的参数，使得自身固有频率与外界激励频率保持一致，从而获得较好的宽频减振效果。此外，该减振器将阻尼液减振装置用来应对当前风振频率，将电涡流阻尼装置应对外界可能产生的激励频率。通过双阻尼减振系统的方式来使得该减振装置减振频带进一步拓宽，因此该减振装置具有自动激活性能好、容易匹配调频等优点。
该减振器有6个子模块均能参加耗散风能，且每个子模块内部封装了两种耗能结构：即阻尼液耗能结构和电涡流耗能结构，这两套耗能结构均能耗散风振能量；因此，该减振装置耗能结构单元数量多且耗能途径多，因此该减振装置的耗能能力强。新型减振装置内部阻尼液系统与电涡流阻尼系统存在相互耦合作用，其耦合机理为：由于子模块内部封装阻尼液的应变滞后效应，在导线微风振动条件下使得子模块侧面安装的永磁铁对和减振器内部安装的铜导板之间产生了位移差，铜导体板8可以通过竖向运动切割永磁体对5产生的磁力线，进而产生电涡流阻尼。此外，减振装置子模块内部封装的阻尼液晃动产生的动水压力以及阻尼液的耗能形成了对输电导线的减振作用。阻尼液耗散风能的阻尼来自于液体与容器固壁之间的边界层摩擦阻尼、液体内部的黏性阻尼以及自由表面阻尼等几个方面，子模块内设的隔板可起到增大阻尼耗能的作用。可以看出：该减振装置耗散风能的途径较多，因此其耗散风能能力强。
减振器随输电导线产生上下振动。该减振其内部的阻尼装置中的阻尼液，因惯性向阻尼装置运动相反方向运动，进而产生了与阻尼装置运动方向相反的压力，该压力通过减振器内部的导杆和弹簧11作用到减振器上，再由减振器作用在输电到线上，进而起到减小输电导线风振的作用。此外，线夹中的S型耗能金属板3具有缓冲减振器对输电导线的反向冲击作用。
该减振装置具有耐久性好，使用寿命长、悬挂在高空中具有免维护的优点。大跨越导线竖向振动的装置，外部支撑结构及内部电涡流阻尼器是由金属材料及磁导体组成，其耐久性能好，使用寿命长；此外本发明专利对高阻尼液体封装的结构设计，因此将其悬挂在高空中不会产生漏油的现象，高阻尼液体封装的阻尼液在不同外界温度下稳定性好，其阻尼性能随外界的温度变化不大，在大跨越导线的使用期限内高阻尼液体的阻尼性能不会发生劣化。
实施例4
竖向振动减振器的固有频率的测试系统。该系统由振动台、减振器连接支架16、竖向减振器及加速度传感器14组成。结合图4，振动台台面15，产生竖向正弦激振信号，通过工子型支架16将激振信号传递给竖向减振器。分别安装在竖向振动台和减振器顶部的两个加速度传感器14，结合图5，紧固螺栓4将竖向振动台、工字型支架16及竖向减振器连接在一起。振动台台面15的孔位布置图所示。从上边的力学模型可以看出：只要调节竖向阻尼器液体的质量，使得减振器的固有频率与外界频率保持一致，就可以使得该减振器取得最好的竖向风振减振效果。为了测出竖向减振器的阻尼及固有频率，本发明设计了一套试验装置。该装置由振动台、工字型固定支架16、竖向减振器、加速度传感器14等组成。试验前应首先用螺栓将工字型固定支架16固定在振动台上，在用紧固螺栓4将竖向减振器固定在竖向减振支架16上。加速度传感器14布置于振动台，测量方向与平台运动方向一致，可以实时测量平台的运动加速度大小。加速度传感器14布置于竖向减振器侧壁上，测量方向与平台运动方向一致，可以实时测量竖向减振器的运动加速度大小。试验时信号发生器产生竖向方向的简谐振动，经功率放大器放大后输出给振动台，振动台通过工字型固定支架16带动竖向减振器振动，其中分别放置于振动台和竖向减振器上的加速度传感器14将振动过程中产生的加速度信号采集，经电荷放大器放大、滤波后传输给数据采集仪，通过数据采集仪传输给电脑，电脑通过数据采集分析软件对所采的数据进行处理分析，并保存结果。
为了对该减振器的阻尼比进行参数识别，对该减振器施加冲击激励，通过数据采集分析软件，储存比较理想的振动衰减曲线，最后根据振动衰减曲线，计算出减振器的阻尼比。
由此可以得到对数衰减率为：
带入阻尼比近似计算公式得
从上边的力学模型可以看出：只要调节水平阻尼器液体的质量，使得减振装置的固有频率与外界频率保持一致，就可以使得该减振装置取得最好的水平风振减振效果。为了测出减振装置的阻尼及固有频率，本发明设计了一套试验装置。该装置由电磁振动台、减振装置、加速度传感器等组成。将减振装置刚性固定于电磁振动台，对减振装置进行正弦扫频激励，频率范围5Hz～120Hz，由力传感器获得振动台对减振装置的激振力，通过加速度传感器获得线夹加速度，积分得到线夹速度，同步记录数据采集卡在每个采集周期中的频率、速度、力、相位差，从而得到减振装置在不同振动速度下的阻抗谱。据实验所得阻抗谱，可获得减振装置在不同激振速度下各阶固有频率与对应的阻抗值及半功率点。本发明专利采用单模态识别法从一条频响函数曲线识别各阶固有频率与阻尼比。用半功率点法计算减振装置阻尼比，设fn，Re分别为固有频率及对应的阻抗值，则半功率点为Re/2对应的点，其对应频率fa，fb分别位于fn两侧，减振装置固有频率对应的阻尼比为
在振动过程中，通过改变新型减振装置装载的阻尼液质量达到拓宽其减频带的目的。
固有频率是振动系统的一项重要特性参数，该参数取决于系统本身的质量和刚度。
实验中，常常采用共振法来测量振动系统参数的常用方法，共振法即利用固有频率与共振频率的关系来估计固有频率的方法。共振频率是使振动系统产生共振，响应振幅达到最大值时所对应的激励频率。减振器的响应是加速度，则称为加速度共振频率。对减振器固有频率识别实验时，需要测出减振器的加速度幅频特性曲线，通过该曲线，确定减振器的加速度共振频率ω1，然后根据固有频率的计算可以求解得出减振器的固有频率分别为ωn1。
式中ω为加速度共振频率，ωn为减振器的固有频率，ξ为减振器的阻尼比。
为了使得减振器获得最大的减振效果，需要对其参数进行优化设计，其流程结合图5。通过调节减振器阻尼液的质量，使得减振器的固有频率与竖向激振频率相同，此时减振器就会发生共振现象，此种情形下,竖向减振器的产生的阻尼力最大且耗能效果最好。图5为减振器施加冲击激励(竖向振动台施加的竖向方向的正弦波)后的位移振幅衰减曲线。
防范的风频范围广，该减振装置共有6个子模块，通过调节6个子模块的阻尼液质量，能够拓宽减振装置的减振频率范围，因此，该减振装置具有自适应能力，可以根据外界激励的变化来改变自身的参数，使得自身固有频率与外界激励频率保持一致，从而获得较好的宽频减振效果。此外，该减振器将阻尼液减振装置用来应对当前风振频率，将电涡流阻尼装置应对外界可能产生的激励频率。通过双阻尼减振系统的方式来使得该减振装置减振频带进一步拓宽。
耗能能力强，该减振器有6个子模块均能参加耗散风能，且每个子模块内部封装了两种耗能结构：即阻尼液耗能结构和电涡流耗能结构，这两套耗能结构均能耗散风振能量；因此，该减振装置耗能结构单元数量多且耗能途径多，因此该减振装置的耗能能力强。
(3)耐久性好，使用寿命长、悬挂在高空中具有免维护的优点。大跨越导线竖向振动的装置，外部支撑结构及内部电涡流阻尼器是由金属材料及磁导体组成，其耐久性能好，使用寿命长；此外本发明专利对高阻尼液体封装的结构设计，因此将其悬挂在高空中不会产生漏油的现象，高阻尼液体封装的阻尼液在不同外界温度下稳定性好，其阻尼性能随外界的温度变化不大，在大跨越导线的使用期限内高阻尼液体的阻尼性能不会发生劣化。
(4)能够降低对导线的反作用力，S型耗能金属板3具有可以缓冲减振装置和输电导线之间的作用力。
(5)易安装、自动激活性能好、容易匹配调频等优点。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种输电导线微风振动控制液体调频质量电涡流减振装置，其特征在于，包括多个减振部件和减振器外壳(12)；所述多个减振部件并列安装于减振器外壳(12)内；
每个减振部件均包括相互连接的阻尼液耗能减振器和电涡流耗能减振器，各阻尼液耗能减振器具有不同质量的阻尼液(7)；
所述阻尼液耗能减振器还包括阻尼液外壳(6)、上隔板和下隔板；
所述阻尼液(7)装于阻尼液外壳(6)内，所述阻尼液外壳(6)两端分别连接所述上隔板和下隔板，所述上隔板和所述下隔板沿所述阻尼液外壳(6)边缘向四周延伸，所述阻尼液耗能减振器与所述减振器外壳(12)连接；
所述阻尼液耗能减振器还包括多个导杆，所述上隔板和所述下隔板的延伸处均设有多个孔；
所述导杆两端分别穿过所述上隔板和所述下隔板的孔与减振器外壳(12)固定连接；
所述电涡流耗能减振器包括多个永磁铁对，所述多个永磁铁对对称设置于所述阻尼液外壳(6)四周；
所述电涡流耗能减振器还包括多个铜导体板(8)和多个导体背铁(9)；
所述多个导体背铁(9)均匀设置于每个所述阻尼液耗能减振器的所述多个导杆外侧；
所述多个铜导体板(8)均匀设置于每个所述导杆和每个所述导体背铁(9)之间，所述铜导体板(8)通过所述永磁铁对做磁场切割。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括线夹装置，所述线夹装置一端与所述减振器外壳(12)连接，另一端与所述导线连接。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述线夹装置包括：线夹本体(2)、阻尼耗能金属板(3)、连接件和连接器；
所述线夹本体(2)呈弧形，所述阻尼耗能金属板(3)呈S；
所述线夹本体(2)设有与所述阻尼耗能金属板(3)匹配的凹槽并悬挂于导线上，所述阻尼耗能金属板(3)的一端插入所述线夹本体(2)的所述凹槽内并通过所述连接件固定连接，另一端与所述连接器通过所述连接件连接。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述线夹装置包括多个，多个所述线夹装置均设置于所述减振器外壳(12)顶部。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述线夹装置还包括橡胶(13)，所述橡胶(13)设置于所述线夹本体(2)内。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述减振装置还包括弹簧(11)，
所述电涡流耗能减振器通过所述弹簧(11)与所述减振器外壳(12)连接。
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