微風振動

風振動是指當0.5~10m/s的穩定風速吹向輸電導線時，在輸電導線的背風側產生上下交替的卡門漩渦，引起上下交變力作用於輸電導線上，使導線產生垂直振動。當導線以某頻率f₀振動以後，氣流將受到導線振動的控制，使導線背後的旋渦表現為良好的順序性，其頻率也為f₀。當風速在一定範圍內變化時，導線的振動頻率和旋渦頻率都維持在f₀，這種現象導致導線在垂直平面內發生諧振，形成上下有規律的波浪狀往復運動，即產生了導線微風振動。

基本介紹

• 中文名：微風振動
• 外文名：breeze vibration
• 風速：0.5~10m/s
• 危害：導致線路損傷
• 特點：高頻小振幅
• 影響因素：風速、風向

微風振動基本理論

微風振動是由於風的激勵而引起的導線振動。發生振動現象的風速一般範圍為0.5~10m/s，但近年來發現，當地形平坦及外界干擾很少的情況下，風速達到10m/s及以上時也觀察到強烈振動。在導線未安裝防振器的情況下，微風振動最大雙振幅不超過導線直徑的2倍，振動頻率範圍為3~120 Hz，振動的半波長為1.5~20m。振動持續時間較長，一般為數小時，有時可達數天。

微風振動從流體力學上的原因是微風吹過導線後形成的卡門渦流引起的。藉助於風洞試驗可以觀察到這種現象。把一個圓柱體水平放置在風洞試驗段中，圓柱體兩端採用剛性固定，當風從直角方向吹過圓柱體時，圓柱體背後將產生漩渦，如下圖所示。

卡門渦流

這種漩渦被稱為“卡門渦流”。圓柱體背風處的漩渦上下交替產生，不斷地離開圓柱體向後面延伸，逐漸消失。這種上下交替產生的漩渦，在圓柱體上將產生一種上下交替的作用力，由此形成微風振動。

危害

在輸電線路中，微風振動是導致線路損傷的主要原因。其高頻小振幅的特點，不像線路舞動的破壞那樣明顯，具有一定的隱蔽性，有時很難從輸電導線外表發現，而是從導線的內層開始，這給巡線工作帶來一定的困難，通常是出現防振器毀壞脫落或疲勞斷股後才發現，此時造成的危害已相當嚴重。

對微風振動的深入研究發現，當架空線突變應力的大小超過一定限度後，且經過突變應力多次交替作用，線上股損傷或有應力集中的部位將產生很細的裂紋，在裂紋的尖端有嚴重的應力集中，因而在突變應力的反覆作用下導致裂紋的繼續擴展；長時間突變應力作用後，隨著裂紋的不斷擴展，線股有效截面積不斷減少，當截面減少到一定限度時，在一個偶然的振動或衝擊下，線股就會沿削弱的截面發生突然斷裂，見圖中(a)。當導線使用的金具剛度比較大時，鬆弛的支撐點尤其是絕緣子綁線部位容易發生磨損破壞，壓接管、懸垂線夾以及壓接耐張線夾也很容易出現疲勞破壞，見圖中(b)。

採用護線條、防振錘、防振鞭、阻尼線夾等為微風振動特別設計的防振金具，在防振器具經過長期運行後，其性能參數逐漸改變，特性退化，消振性能大大減弱。

微風振動影響因素

(1)風速：當有穩定、均勻的風速吹嚮導線時容易引起振動，最容易出現振動的風速範圍為0.5~5m/s。當風速過大，氣流和地面產生很強烈的摩擦，以致吹過導線的風的均勻性受到影響，從而使導線不能產生穩定的振動；當風速偏小，導線振動則沒有足夠的能量形成。

(2)風向：最容易使導線形成穩定振動的風向是以45°~90°之間角度吹嚮導線，夾角越接近90°，越易產生微風振動，當夾角在30°~45°之間時振動穩定性很小，時有時無而且不能持續，角度在20°以下的通常不會出現振動現象。

(3)導線懸掛高度：導線懸掛越高，越容易發生微風振動，懸掛點高度主要影響導線所處的風環境。如果其他環境條件一樣，上限風速隨懸掛點高度增加而增大，使易發生振動的頻段增寬。同時懸掛點越高，氣流受地面影響越小，越容易引起導線振動，導致振動幾率和持續時間有所增加。CIGRE會議曾調查了某雙迴路輸電線，發現上導線比下導線更易發生斷股事件。疲勞斷股部位發生的機率中，懸掛在20m的上導線占51.5%、懸掛在18m的中相導線占27%、懸掛在16m的下導線占21.5%。微風振動的形成及持續時間與導線懸掛點高度密切相關，在防振設計時需要考慮懸掛點高度的影響。

(5)地形：風的均勻性與地形地貌緊密相關，導線振動強度受線路地區環境情況影響較大。CIGRE中通過A～D（地形愈來愈起伏不平）四種不同地區環境，提出環境修正係數，以此體現地形對導線振動的影響。據分析，在地形開闊平坦的地區，風越均勻。微風振動越強；但懸掛點高度小於樹木高度，且穿越林區的輸電導線，通常不考慮微風振動現象。由於高山、樹林、高層建築物等具有禁止風的作用．而在大檔距跨越河流、湖泊、海峽、曠野等能導致薄層風流的地形，線路易產生穩定的微風振動。

(6)導線應力：導線動應力隨靜態應力的增加而增大，導致靜應力大的線路更容易出現振動現象。導線的平均運行應力增大時導線自阻尼吸收能量變小，根據能量平衡原理，導線振幅和動彎應力增大，導線的疲勞極限降低。耐振能力變弱，導線容易產生微風振動，而且動彎應力增大會加速導線疲勞斷股甚至斷線。

防振措施

微風振動防振措施主要從兩方面著手：一是在架空線上加裝防振裝置，用來吸收或減弱振動的能量，以達到防振的目的，如採用防振錘、阻尼線以及新近的彈簧防振；二是加強導線耐振能力，改善導線的耐振性能，如護線條。

防振錘

利用防振錘防振是最常用的防振方法。基本防振裝置有Stoekbridge防振錘（FG和FD系列）、FR音叉型防振錘、扭矩防振錘，其中Stoekbridge防振錘是最為廣泛的防振裝置，其能產生由錘頭自轉的一頻振動和錘頭繞固定點轉動的二頻振動，其諧振頻率在10、15、25、45Hz附近。

防振錘一般是根據導線的牌號來選擇。第一個防振錘應安裝線上夾出口的第一個半波長內，其安裝的原則是：在最大波長和最小波長情況下．防振錘的安裝位置都處在第一個半波範圍內，並對這兩種波長的波腹點都有相等的距離。

護線條

護線條安裝在架空線線夾處，使線夾附近架空線剛度加大，從而抑制架空線的振動彎曲，減小導線的彎曲應力和擠壓應力，提高導線的耐振能力。目前，我國廣泛使用鋁鎂矽合金的預絞絲護線條。

分裂根數

導線微風振動時，導線主要在垂直面產生波動，其最大雙倍振幅約等於導線直徑。由於分裂導線子導線相互影響，改變了導線周圍的氣流，使導線振動強度減弱。安裝間隔棒後，各子導線間相互牽制，要保持同步振動的可能性很小，其諧振條件已被破壞。再則間隔棒本身亦有消振作用，因而分裂導線較單導線其振動強度和持續時間均要小得多。據測試，4分裂導線較單導線振幅可減少87%~90%。

此外，對於振動嚴重地段及大跨越檔距的架空線常常採用複合防振，以獲得較好的防振效果。如：護線條加防振錘、阻尼線加防振錘，護線條加阻尼線加防振錘等。