一种FDZ型防振锤线夹结构改进措施

摘 要：针对架空输电线路用防振锤滑移进行原因分析，发现线夹结构不合理是问题产生的主要原因。该文提出将防振锤线夹线槽设计成多纹加涂层型，以增大线夹与导线之间的摩擦力，经试验，结构改进设计提高防振锤的滑移荷载。

关键词：输电线路;防振锤线夹;滑移;结构;设计

中图分类号：TH122 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2024）30-0132-04

Abstract： The cause of the slip of the anti-vibration hammer used in overhead transmission lines was analyzed， and it was found that the unreasonable structure of the cable clamp was the main cause of the problem. In this paper， it is proposed to design the wire groove of the anti-vibration hammer clip into a multi-pattern and coated type to increase the friction between the wire clip and the wire. After testing， the structural improvement design increases the sliding load of the anti-vibration hammer.

Keywords： transmission line; anti-vibration clamp; slip; structure; design

架空输电线路的导、地线在受到稳定且不大的微风（风速0.5～6 m/s）作用时，导线背风面将产生以一定频率上下交替变化的气流旋涡，该气流旋涡使架空线受到上下交变的脉冲力作用。当气流旋涡的交替变化频率与架空线固有自振频率相等时，在垂直平面内产生共振[1]。导线振动时，导线悬挂处的工作条件最为不利，长时间和周期性的振动将造成导线疲劳损坏，使导线发生断股、断线[2]。

为了预防或减轻导、地线的振动，常用的方法是在悬挂导、地线线夹的附近安装一定数量的防振锤[3]。当导、地线发生振动时，防振锤能有效减少导、地线的振动。然而现有部分工程防振锤，安装运行一段时间后仍出现滑移现象，会对线路安全运行造成一定的隐患。本文分析防振锤的滑移现象，并从振动的起因及防振锤产品结构进行分析，并提出结构改进方案。

1 微风振动的成因、危害及防控措施

1.1 微风振动

微风振动是指外形近似于圆柱的架空输电线路中的导、地线，悬挂在离地有一定高度的半空中，因气候环境的影响受到具有一定力度的风速（常在0.5～6 m/s范围）的横向风力作用时，气体流过导、地线表面，在导、地线背风面产生的漩涡，当涡流的变化频率与导、地线的固有振动频率相同时就会产生共振，使导、地线在重力方向的平面内引起具有一定幅度的上下摆动，这种小幅度的上下摆动因风速不大时引起振动[4]。

1.2 微风振动的成因及危害

引起导、地线振动主要包括2个因素：风速和风向。当风速较小或过大时，均不足以在导、地线背风面形成涡流共振，从而带动导、地线上下振动。根据勘测设计实测及运行经验，一般引起架空线路导、地线稳定振动风速下限值为0.5 m/s，上限值为4～6 m/s。影响导、地线产生振动的因素除风速和风向外，还与线路走向的地形、悬挂高度、档距、导地线的平均运行张力等因素有关。若振动的频次较大，会使导、地线在悬挂点线夹口处反复弯折引起材料的疲劳，导致导、地线断股甚至断线、金具磨损等故障，威胁输电线路的安全运行。

1.3 防止或减轻导、地线振动的措施

为了保证架空输电线路工程安全可靠的运行，防止或减轻导、地线振动的措施，国家标准GB 50545—2010《110 kV～750 kV架空输电线路设计规范》[5]明确指出，可通过降低导、地线的平均运行张力，安装预绞丝护线条，安装阻尼间隔棒，安装防振锤及安装阻尼线5项措施，来防止或减轻导、地线的振动危害。

2 防振锤的应用现状及防振原理

我国从20世纪60年代开始应用防振锤来减轻导、地线振动的危害，取得了较为满意的效果。防振锤使用时利用线夹将主体紧固在架空导、地线上，导、地线振动时，线夹随其一同运动，由于重锤的惯性运动，使钢绞线两端沿铰接点不断上下摆动，钢绞线单丝股间产生摩擦，从而消除振动能量。重锤运动得越激烈，钢绞线所消耗的能量就愈大，从而导致风力引起的导、地线的振动能量被消耗，最终风力传给导、地线的能量也随振幅下降而降低，最终在能量平衡条件下，振动情况最终趋于平静，从而更好地保护导、地线。工程设计因环境复杂，每个工程实际工况不尽相同，相关资料显示电力金具产品的安全裕度约为2.5倍，那么导、地线的运行张力约为其拉断力的25%，故国家标准GB 50545—2010《110 kV～750 kV架空输电线路设计规范》第5.0.13条规定：钢芯铝绞线平均运行张力为其拉断力的22%以上及镀锌钢绞线平均运行张力为其拉断力的25%及以下时，应采取安装防振锤等措施，来防止或减轻导、地线的微风振动危害。

3 防振锤结构及应用

防振锤的产品结构是由具有一定质量的一对重锤、具有较高弹性和高强度的镀锌钢绞线及线夹3部分组成。重锤通过定位孔与高弹性的钢绞线连接在一起，线夹置于钢绞线的中间，线夹的一头固定在钢绞线上，另一头通过螺栓来固定导、地线。

防振锤的应用，通过其线夹固定于架空导、地线上，当架空导、地线发生振动时，防振锤的2个重锤上下运动，利用两侧重锤的惯性运动及重锤绕钢绞线固定点的扭转运动，使其钢绞线产生内摩擦消耗架空导、地线的大部分振动能量，空气对重锤的阻尼消耗一部分能量，防振锤线夹处消耗和反射一部分能量。根据能量平衡原理，防振锤的能量消耗使微风振动的强度降低，甚至能完全消除导、地线的振动，总体就是用防振锤的相对运动来消耗架空导、地线的振动，使其在允许的安全范围，从而保证电网线路的安全运行。

4 防振锤滑移现象

防振锤在现实应用中也存在一些问题，特别是铝质线夹滑移的情况，在线路巡检维护保养过程中，经常发现有些工程的防振锤位置偏离了正常的安装位置。经多个实际工程案例的调查，各种线路安装铝质线夹的FDZ型防振锤多有线夹滑移的情况，而FG型钢质线夹的防振锤均未发生防振锤滑移问题。

防振锤线夹在架空输电线路上的滑移现象由来已久。相关资料记录[6]，2005年在田盐线（连云港—盐城）就发生了多起;2006年12月份，在甘肃庆阳“梅西线”上竟爆发了200多次;2010年投入运行的±500 kV伊穆直流极Ⅰ极Ⅱ线，2013—2014年间，共发现36处防振锤滑移。经作业人员巡视发现，时常有防振锤滑移现象的发生，防振锤的滑移缺陷，已严重影响到线路的安全运行。同时也发现一个问题，线夹滑移多数发生在铝线夹的架空导线上，地线上用的钢质线夹的防振锤基本没有滑移。

5 防振锤滑移原因分析

5.1 导线微风振动

导线微风振动由气候环境影响所致，属不可抗拒因素。但也可以通过调整其他方面的参数来改善条件。通过前期工程勘测的基本风速和频率，结合理论公式来测得导、地线的最大、最小半波长，通过调整导、地线的悬挂高度改变气流的影响，或改变两杆塔间的档距，来控制导、地线的运行张力，也能起动减少导、地线振动的效果。

5.2 导线的蠕变导致线径的缩小

架空导线一般是由多股绞合的金属单丝组成，在受到运行张力作用后，各股单丝相互滑移、挤压使线股绞合得更紧而产生导线初伸长，其长度将延伸的同时导线外径也将稍微缩小，同样有可能引起防振锤线夹松动，导致滑移。蠕变是金属材料的一种共有特性，它是指金属材料在一定温度、拉力作用下，随着时间的增加缓慢地产生永久变形的现象;蠕变特性主要取决于材料的分子结构、结晶方式，还与外部荷载和温度有关;不同材料的蠕变特性不同;碳素钢在温度300 ℃下蠕变现象极不明显，而铝则比较严重[7]。蠕变将使导（地）线产生永久变形， 即张力撤去后这两部分伸长仍不消失，初伸长与张力的大小和作用时间的长短有关，在运行过程中，随着导线张力的变化和时间的推移，这种初伸长逐渐被伸展出来，最终在若干年后才趋于稳定值。

5.3 线夹与导线之间的摩擦力不够

当线夹在导、地线的表面上受到激振力的作用而有相对运动的趋势时，在线夹与导、地线的接触面就会产生阻碍它们相对运动的趋势的作用力，这个力叫摩擦力。防振锤的线夹与导线之间的受力状态，即是具有相对滑动趋势，而又将发生相对滑动的状况。

决定摩擦力的因素有2个，即正压力和两接触面的摩擦系数。正向压力越大，摩擦力越大;两接触面的摩擦系数越大，摩擦力越大。线夹上的螺栓紧固产生的夹紧力即正压力。改变螺栓紧固产生的正压力或线夹与导线之间的摩擦系数，都可改变线夹与导线之间的摩擦力。根据相关资料查询，钢线夹型的防振锤少有线夹滑移的情况发生，线夹滑移的现象多数发生在铝线夹型防振锤的产品身上。钢与铝的摩擦系数不同，比铝与铝的摩擦系数大，也是握力更好的原因。但是钢制线夹结构有磁滞损耗的经济性不好的方面，铝制线夹防振锤从能耗上讲更节能。

5.4 防振锤线夹结构存在设计缺陷

根据2种不同结构线夹的性能对比，钢线夹型的防振锤少有线夹滑移的情况发生，线夹滑移的现象多数发生在铝线夹型防振锤的产品身上。通过对比试验说明产品结构还是存在一定的问题。国内目前的防振锤产品线夹材质基本分为钢材和铝材2种，基本上都是选用螺栓螺母来紧固，弹簧垫圈是防松的关键部件。制作弹簧垫圈的材料基本是65Mn，弹簧垫圈要求防腐必须经过热镀锌处理。而热镀锌过程有一个锌液熔解并在弹簧垫圈表面形成合金层的过程，等同于增加了一道退火工艺，降低了垫圈材料的韧性，从而降低了弹簧垫圈的防松补偿功能。另外，由于铝合金线夹与其紧固的钢制螺栓的材料不同，温度膨胀系数也不同，这也会使螺栓松动进一步加剧。也有采用不锈钢材质的弹簧垫圈来防松的案例，但是热镀锌工艺还是电力金具防腐使用最多的措施。

将线夹固定在导线上，其实就是通过螺栓、螺母紧固件利用力的相互作用来达到固定的效果。根据作用对象不同，分为作用力与反作用力。根据力矩平衡的计算公式：动力×动力臂=阻力×阻力臂。在动力不变的情况下，动力臂越长，产生的力矩就会更大。钢制线夹的结构受力支点位置不同，使其力臂长度更长，受力情况更好，也是握力更好的原因。

5.5 施工安装工艺质量不高

线路架设施工中，施工人员未按工艺要求将防振锤线夹螺栓紧固至要求的扭力，导致在运行过程中螺栓经振动不断松动，致使防振锤滑移。

6 防振锤线夹受力分析

针对上述现象的发生，现将2种比较常用的产品，钢制线夹的FG型与铝制线的FDZ型防振锤产品，就线夹结构特点及材质进行对比分析。

FG型防振锤基本未发生滑移现象，而FDZ型防振锤容易发生滑移现象，从产品结构上可以看出受力的状况不同，作用点位置不同、力臂长短不同，所产生力矩的作用效果也不同。力臂是力的作用线到转动轴的距离，分为动力臂和阻力臂，动力臂就是动力作用线到转动轴的距离，阻力臂就是阻力作用线到转动轴的距离。螺栓所在的位置到线夹支撑点的位置的距离就是动力臂。导线所在线槽的中心位置到线夹支撑点的距离就是阻力臂。2种线夹的结构特点及受力分析如图1所示。

通过图1可以看出，2种类型防振锤的作用点位置明显不同，FDZ型防振锤支撑点在作用力与反作用力的中间，而且螺栓作用力臂小于导线反作用力臂;FG型的防振锤支撑点在一侧，螺栓作用力臂大于导线反作用力臂，在相同螺栓扭矩的情况下，FG型防振锤导线处所承受的作用力更大，防滑移效果较好，也就不容置疑了。

FG型防振锤的线夹材质为钢，而且钢制线夹的表面因实际防腐需要采用了热镀锌工艺，表面附有一层锌铁复合层，与导线的铝表面的接触摩擦系数也不尽相同。FDZ型防振锤的线夹材质为铝，钢质线夹与铝质线夹的材质差异，钢与铝之间的摩擦系数较铝与铝的摩擦系数较大，同等规格的螺栓在相同力矩的作用下，钢质线夹的握力比铝质线夹的握力要大。所以铝线夹的FDZ型防振锤线夹滑移的可能性就要大很多，也是线夹滑移的原因之一。

7 防止防振锤线夹滑移的措施

7.1 增大防振锤线夹与导、地线之间的摩擦力

在整体结构不大变动的情况下，就要增大压板对导线的作用力和线夹与导线之间的摩擦系数，实施改进目标围绕这2个关键点而展开。

7.2 增大压板对导线的作用力

可通过加大螺栓大小、改变螺栓性能等级或改变作用力臂长度来实现，结构的改动对日后的生产材料投入的成本及对现有模具的改进，将付出较大的经济成本，所以产品结构上尽量不做太大的改动。

7.3 改变线夹与导线之间的摩擦系数

在铝线夹主体夹持导线的线槽的表面，机械化操作涂附一层特殊涂料，涂料内含适量的料度均匀的硬质金钢砂，涂料有一定的橡胶层厚度，富有一定的弹性，能有效弥补导线因承受运行张力而产生的外径尺寸的变化。从而达到提高线夹对导线握着力度的目的。

7.4 线夹压板的结构改进

将原来铸造成型的压板的线槽部位改为导线径向带有均布凹槽的形状，其凹槽成为胶质涂料的容置槽的同时，也能加厚涂层的厚度，可有效储存一部分能量，因为胶质材料有较好的压缩性能。机械化操作涂附一层特殊涂料，涂料内含适量的料度均匀的硬质金钢砂，金钢砂的附着面改善了线槽表面的粗糙度，对导线的握着力度也有一定的好处。线夹改进后的组装图如图2所示。

8 线夹改进的效果验证

将改进前的2只线夹分别夹持在对应导线的两端，为防止绞线散股影响端头留30 cm长度作标记位置，手工预紧后再通过力矩扭手按螺栓规格大小的标准力矩30546211be6db9a7ef92688bcc9e1e2e26424bfe10a01ce7b578981b0b3ad15d来拧紧螺母，注意力度均匀，观察绞线在线槽的接触情况，拧紧后在线夹的两侧面与绞线贴合交汇处画上标记，通过试验机的显示值及标记线来观察线夹的握力承载及滑移情况。用同样的方法将改进后的线夹作一下对比试验。按标准要求在试验机数值栏设定力值为2.5 kN，保压1 min，然后将最终力值设定为标准值的1.2倍。通过试验发现，改进前的线夹握力值基本在2.5～2.8 kN，改进后的线夹握力值明显高于改进前的线夹握力值，且数值稳定，均能达到标准的1.2倍。说明改进后的线夹的握力还是有比较好的效果。线夹改进前、后的握力试验数值对比见表1。改进后握力较改进前握力有统计上的提高。

9 结论

通过多组握力试验对比，在线夹与导线接触的表面经人工打磨增加粗糙度，能有效提高握着力度。鉴于增加粗糙度能明显提高握着力度，同时考虑人工操作时的不确定因素，通过在铝线夹线槽表面加成条纹，并通过机械化操作涂附一层特殊涂料（涂料内含适量的料度均匀的硬质金钢砂），来提高表面摩擦力，从而提高握着力度，防止线夹滑移，防振锤线夹的改进将对架空输电线的安全运行发挥重要的作用。

参考文献：

[1] 康宏，俞伟勇，俞辉.降低架空输电线路防振锤滑移率的研究[J].浙江电力，2015，34（1）：62-64.

[2] 刘宇桐，刘明亮.预绞式线夹防振锤损伤导线的原因分析[J].电世界，2024，65（2）：14-16.

[3] 赵星驰.基于两自由度防振锤模型的导线微风振动特性研究[D].北京：华北电力大学，2019.

[4] 潘龙斌，陈汝英.架空输电线路导、地线微风振动成因和防控措施探讨[J].广西电力，2013，36（4）：75-78.

[5] 110 kV～750 kV架空输电线路设计规范：GB 50545—2010[S].北京：人民出版社，2010.

[6] 夏泓轩，夏德森.防振锤线夹滑移分析及预防措施[J].电力建设，2008（8）：108-109.

[7] 张文亮，艾闯，李丹.输电线路大截面导线降温补偿研究[J].电网与清洁能源，2011，27（6）：13-16.

作者简介：闫昌干（1979-），男，工程师。研究方向为电力金具的产品开发设计及工程技术管理。