机械保护金具

第一节　机械保护金具

一、防振锤

由于高压架空线路的档距较大，杆塔也较高，当导线受到大风吹动时，会发生较强烈的振动。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。有时强烈的振动还会破坏金具和绝缘子。为了防止和减轻导线的振动，一般在悬挂导线线夹的附近安装一定数量的“小锤”，输电线路工程术语称该“小锤”为防振锤（图5-3）。

防振锤的作用，是在导线产生振动时，悬挂在导线防振锤的相对运动吸收了振动的能量，从而降低和消除了导线的振锤。《金具术语》（GB 5075-85）定义为：抑制导线受微风振动用的锤形组合件。

根据对架空线路导线振动的调查，某线路未装防振锤的悬挂点有1 098处，二年内断股322处，占29．3%，加防振锤的悬挂点1 125处，断股的仅占0．44%。另一条线路，装了防振锤后，最大双倍振幅降低14倍。对某线路进行测振，档距在400m至566m，当无防振锤锤时振副很大，一部测振仪达到指示极限，实际振动角超过300以上，而且持续振动时间长达18～20小时，可以看出振动是激烈的。当安装一个防振锤后，振动几乎可以略去。这些充分说明，安装防振锤是目前防振的有效措施。

但如果选择的防振锤型号不当，或安装位置不对，或个数过多或过少，就不但起不到防振锤应有的作用，甚至适得其反。例如防振锤过重会使该处架空线出现“死点”，发生断股过轻，不仅不能抑制架空线振动．还将导致防振锤自身破坏；位置不当，就不可能充分发挥防振锤的作用，达到减轻导线振动的目的。例如某线路避雷线为GJ-50，档距200～260m，每档每侧装了二个防振锤，只运行了3～6个月。即在档距内侧防振锤线夹处出现了大量断股。因此正确的处理这些问题是非常必要的。

防振锤，由一定质量的重锤铸铁件或HT100灰铸铁件和具有较高弹性、高强度（抗拉强度不低于1 520N/mm²）的热镀锌钢绞线及线夹（铝合金件）组成，已示意图5-3。

图防振锤（部分）实物图例

5-3　1-重锤（或称锤头）；2-钢绞线；3-夹紧部件（线夹）

（a）FDZ-×防振锤；（b）FRD-×防振锤

根据技术要求，重锤（或称锤头）应均匀，并用油漆防腐，与钢绞线的连接应牢固，其滑移负荷应不小于375N/mm²；绞合节径比不大于12．不散股、无锈蚀的新钢绞线。钢绞线与夹板所安装的导线应有足够的握力，根据规程要求两者滑移负荷均应不小于2．45N。

各种防振锤根据结构、重量和几何尺寸的不同，均有一定的固有频率。按防振锤的线夹结构形式分绞扣式固定型和双螺栓固定型两种，见图5-4。

图5-4　防振锤结构形式

（a）FD-×型导线防振锤（绞扣式单螺栓固定）；

（b）FG FD-××型钢线防振锤（双螺栓固定式）；（c）FR-×型多频防振锤

1．斯托克布里奇型防振锤

斯托克布里奇（C．H．Stoclbriuge）型防振锤，由美国爱迪生公司（C．H．Stoclbriuge）于1925年发明的，是历史上第一种防振锤，并以此取名的防振锤（我国简称F型防振锤），已被世界各国广泛使用在架空输电线路中进行防振。它是用一根高强度的钢绞线两端分别固定着一个由生铁铸成的圆柱筒形重锤，在钢绞线的中部铆紧一副夹板，以便将防振锤安装在导线上。为了防止圆柱筒形重锤内积水锈蚀钢绞线，在圆柱筒形的下方设有6mm的水孔。

这种防振锤的优点，是结构简单、成本低；由于锤头对称布置，因此具有两个固有谐振频率。因此，谐振频率覆盖不全，仅在两个谐振频率内发挥作用，以外的防振频率功率不足；另外，其结构成在不合理的问题，钢绞线容易锈蚀、锈断失去弹性，而失去防振锤的性能，从而导致使用时间短。

2．FD-××型

FD-××型防振锤，具有象狗骨头型大小连在一起的两个锤头，锤头与锤头之间转60°而产生扭转，故称澳大利亚狗骨头型扭转防振锤（Dogbone简称DF防振锤）。它的结构特点是防振锤的钢绞线两端用不同质量的锤头，悬挂点距钢绞线两端亦不等长，采用这种结构可获得四个固定频率，因此适用频率的范围较宽。为防止在高频振动时锤头碰磨钢绞线，锤头系用生铁铸成U形结构。

3．FR-××型防振锤

FR-××型防振锤的结构特性是：一是两个锤头的质量不等，钢索两侧长度也不等，可获得4个谐振频率，又称多频防振锤；二是锤头间开槽，呈音叉式，钢吊索与锤头连接处外露，可以观察钢吊索的疲劳损失；三是锤头和线夹外型呈流线型，没有棱角，具有美观大方、新颖性。

FR防振锤有FR-1R、FR-2R、FR-3R和FR-3F、FR-4F五种，分别适用于为外径7～12mm、11～12mm、18～28mm、23～24mm、23～26mm的导线安装。

4．FDZ-××型防振锤

（1）具有三阶以上固有频率，故谐振频率响应范围扩大，能更好地适应架空输电导线的防振要求，从而进一步减少风振断股现象；

（2）防振锤头全裸露并采用热镀锌防腐，采用稀土铝合金金热镀层高强度钢绞线，防锈蚀性能大为提高，使用寿命提高一倍以上；

（3）采用稀土铝合金线夹，减少了导线在线夹处的钢性断股机率和过热现象，降低了磁滞损耗，每只可节能约8～12W。且安装省时省工，运行安全节能，维护工作量小。

FDZ型防振锤适用绞线的直径，见表5-1所示。

5．双扭型防振锤

双扭型防振锤（图5-5）的结构，是在抑制钢绞线的两端，安装互相对着的偏心重锤，给与导线和抑制钢线以扭力，利用变形和线股之间的摩擦消耗能量，具有保护较宽的频率范围（具有五个以上的固有频率）。

表5-1　FDZ型防振锤适用绞线的直径（曙光电力器材）

ADSS和OPGW光缆线路也采用上述防振金具作防振保护。

6．分裂导线扭型防振锤

分裂导线扭型防振锤（图5-6、图5-7），是北京电力建设研究所和湖北省高压局的协助下研制开发的新型防振。它的防振机理，是通过提高导线系统的动力稳定性来达到防舞的目的。扭型防振锤还可安装在上下两根水平排列的双分裂导线上。

图5-5　双扭型防振锤间隔结构简图

1-间隔棒；2-摆臂；3-连接螺栓；4-摆捶；5-导线

图5-6　整体式偏心重锤结构简图

1-间隔棒；2-摆臂；3-连接螺栓；4-摆捶；5-导线

二、防振环

防振环，如图5-8所示，是将常规防振锤由生铁铸造的锤头改为圆钢锻制的U形环，压缩在钢绞线的两端而成，最初由日本开发。两环与垂直导线的偏角均为30°，以使振动时产生扭矩，消耗振动能量，提高消振效果。由于防振环不采用铸造工艺，因而具有制造简单等优点。

例，FH-1型防振环适用导线LGJ-35～50型的安装；FH-5型适用导线LGJQ-300～400型的安装。

图5-7　整体式重锤

图5-8　防振环

三、间隔棒

输电线路分裂导线的主要用途是限制子导线的相对运动及在正常情况下保持分裂导线的几何位置。《金具术语》（GB 5075-85）对间隔棒（spacer）定义，是使分裂导线的子导线之间保持固定间隔的金具。

架空电力线路间隔棒技术条件和试验方法，应执行《架空电力线路间隔棒技术条件和试验方法》（GB、T2338-2002）国家标准。

1．间隔棒基本任务

为了保证分裂导线线束间距保持不变以满足电气性能，降低表面电位梯度，及在短路情况下，导线线束间不致产生电磁力，引起瞬间的吸引碰撞，限制子导线之间的相对运动（如鞭击、接触等）及在正常运行情况下保持分裂导线的几何形状，必须使用间隔棒。也就是说，间隔棒基本任务是：①防止导线之间的鞭击；②抑制微风振动；③抑制档距的振荡。

图5-9　间隔棒型号表示方法示例

2．间隔棒型号

间隔棒型号，由汉语拼音及数字组成，见图5-9。

3．间隔棒的类型

按输电线路分裂导线的根数不同，我国500kV及以下输电线路的导线间隔棒，目前可分二、三、四根分裂导线三种；750kV的输电线路的导线间隔棒多为六分裂。国外，在1150kV输电线路上使用16分裂导线间隔棒。

（1）二分裂间隔棒

二分裂间隔棒由固定的夹头和连杆两部分组成，两者之间采用球绞连接，因此又称二分裂球裂球绞间隔棒。夹头本体采用铸造铝合金ZL102制约。连杆采用无缝钢管，球绞所用的钢球采用普通碳素结构钢，强度不低于375N/mm²。这种间隔棒沿水平与垂直方向均可转动5°～8°。间隔棒承受导线短路电磁吸引力产生的向心力为3 000～4 000N，安全系数为2．5，间隔棒的轴向破坏荷重不小于7 000～10 000N。

型号有FJQ型、FJZ、FFJQ等几种结构，如图5-10所示。这些间隔棒规范可参见《电力金具手册》及相关生产样本。

图5-10　间隔棒

二分裂导线用间隔棒可组成三分裂或四分裂间隔棒的安装形式，如图5-11所示。

图5-11　分裂导线用间隔棒的应用安装示意图

（2）三分裂间隔棒

大多使用在架空线路的大跨越部分及一些输送比较大的电力负荷的短距离线路和试验线路中。

三分裂阻尼式球绞间隔棒的线夹为铝合金件，阻尼垫为合成橡胶，其余为热镀锌钢制件。型号JX3-300、JX3-400间隔棒，分别适用导线LGJQ-300、LGJQ-400。另外有的线路器材厂还生产一种型号为FJQ-380/440三分裂导线用间隔棒［图5-12（b）］，适用HL4GJT-440导线安装。

图5-12　三分裂间隔棒

（3）四分裂及以上间隔棒

在500kV输电线路中使用最广。形式多种多样，如圆形、十字形、方框形阻尼间隔棒等。见图5-13、图5-14所示。

图5-13　四分裂间隔棒

图5-14　引线间隔棒及跳线间隔棒

FJZ-××型方框型阻尼间隔棒主要尺寸见表5-2所示。

表5-2　FJZ-××F型方框型阻尼间隔棒主要尺寸

（4）引线间隔棒

500kV四分裂导线的上两根导线引流线引下时，当导线摆动时会产生导线磨伤。在引下线与延长拉杆之间应安装引线间隔棒，见图5-10（d）所示。例，TJ-12300型引线间隔棒，适用导线外径23．76mm的导线安装。

（5）跳线间隔棒

六分裂导线用间隔棒，也称环型间隔棒，图5-15为六分裂导线用间隔棒安装实景。

500kV四分裂导线在耐张杆塔跳线上固定四根导线用跳线间隔棒。图5-16为四分裂跳线间隔棒在工程中的安装实景。

图5-15　六分裂导线用间隔棒安装实景

（浑霸500kV紧凑型线路）

图5-16　四分裂跳线间隔棒在工程中的安装实景

（6）相间间隔棒

为了保持相间距离，有时在输电线路工程中，还安装相间间隔棒。

复合相间间隔棒用于紧凑型高压输电线路，能有效地控制相间距离保持线路安全，减少输电线路走廊的空间，减少线路建设投资。基本特性，见第八章相关论述。

图5-17所示为相间间隔棒在输电线路工程安装实景。

图5-17　相间间隔棒安装实景

（a）水平布置方式；（b）三角布置方式；（c）垂直布置方式

（7）阻尼间隔棒

间隔棒除上述分类外，还可按间隔棒的结构特点及工作特性分为球绞间隔棒、环绞间隔棒单绞式间隔棒，以及阻尼间隔棒及非阻尼型间隔棒等。

阻尼间隔棒的特点是：在间隔棒活动处利用橡胶作阻尼元件来消耗导线的振动能量，对导线振动产生阻尼作用。因此，各地区都采用它。但考虑到输电线路的经济性，通常只用于导线容易振动地区的线路上，如平原、大跨越、丘陵及开阔地带。

非阻尼型间隔棒，还可根据线夹与导线握着方法分：螺栓方式和预绞丝式两种。

螺栓方式又分预绞丝式紧方式和弹簧式。预绞丝式紧方式，在导线被握着部分使用抗气候性能良好并有良好导电性能的橡胶，在构造上以预绞代替紧螺栓。

弹簧式，握着导线部分与螺栓紧固方式相同，但它以弹簧压力获得稳定的轴向力，在结构上以弹簧挠曲来吸收导线的蠕变。该类间隔棒的消振性能远不如阻尼间隔棒，只能用于不容易产生振动地区的线路，如山地、林区的隐蔽地带，或用作跳线间隔棒。

特高压输电线路中一般采用阻尼间隔棒，这是由于它一方面使一相导线中各根子导线之间保持适当的间距；另一方面是通过自身的阻尼特性，降低微风振动和次档距振荡对导线带来的危害。

（8）复合相间间隔棒

图5-18所示为复合相间间隔棒，适用于海拔不超过1 000m；环境温度-40℃～＋40℃左右的环境条件安装。在输电线路的相间相安装间隔棒，可确保适当的相间距离，有效地防止因风动而造成相间闪络，从而在根本上解决了线路舞动所引起的危害，并具有质量轻、强度高、安装简便等优点。

图5-18　相间间隔棒

四、悬重锤

重锤，《金具术语》（GB 5075-85）定义为：挂在绝缘子串下端，以增大垂直荷重的重块。线路金具中的重锤是指挂在绝缘子串下端。以增大垂直荷重的重块。它用在直线杆塔悬垂绝缘子串或非直线杆塔跳线，对杆塔绝缘不足时采用的保护金具。重锤外型实物图见图5-19所示。

图5-19　重锤外型实物图

图5-20为圆型悬重锤悬挂及组装设计。另外，为了抑制覆冰及积雪，还专门设计有抑制覆冰及积雪重锤，其结构和尺寸如图5-21所示。重锤材料为可锻铸铁。在导线上装设重锤的目的在于使偏心积雪自重平衡破坏而自行落下，并可防止导线积雪后产生扭转而形成雪筒。运行经验表明，在应用中，抑制积雪重锤安装间隔取50～100mm时，对防止导线产生扭转可达到明显效果。

图5-20　悬重锤的悬挂及悬重锤组装

（a）悬重锤的悬挂方法；（b）悬重锤组装

1-悬重线夹；2-挂重捶片；3-U形挂环；4-重锤

图5-21　抑制覆冰及积雪重锤

图5-22　安装在直线杆塔上的重锤等保护金具（如防振锤、屏蔽环）安装实景

图5-22所示为重锤在运行电力线路中安装实景图例。

五、护线条及阻尼线

护线条主要作用是增加线夹出口附近的电线刚度和分担导线张力，减少弯曲应力及线夹出受到的挤压应力和磨损，卡伤等，并使导线在悬垂线夹中的应力集中现象得以改善，导线振动时可使导线受到的动弯应力减少20%～50%。其结构简单，一组预绞式形成空管，包裹在导线的周围，保护导线不受损伤。

在架空线悬垂线夹两侧或耐张线交叉出口一侧，装上与架空线同型号或其他型号的单根线或部分双根线并在一起的连续多个花边，起阻尼防振作用，这些花边称为阻尼线或花边阻尼线，花边阻尼线多用于大跨越防振上。

阻尼线防振同防振锤比较，有以下一些主要特点：

（1）重量轻，不容易在固定点形成“死点”；

（2）取材方便，且便于通过调整花边改变固有频率，其固有频率较多；

（3）在高频时，其耗能效果较防振锤好，但在低频时不如防振锤；

（4）现场实测表明，阻尼线的耗能特性曲线随频率变化出现非常凹凸的现象，在曲线的谷底点上消耗能量相当小，在小振幅时消耗能量急剧降低。

防振锤和阻尼线防振具有互补性，因而国内外大跨越多采用防振锤与阻尼线联合防振以充分发挥它们各自的优点。

阻尼线，一般宜采用股径细、股数和层数较多的绞线。这种绞线自阻尼性能好，能较多地吸收能量；弯曲刚度较小，可以获得较低的共振频率；各阶振频率间隔小，使之能与更多的架空线固有频率发生共振，因此其防振效果较好。为取料方便，一般选用和被保护架空线相同型号的线材。国外也有采用挠性好的钢丝绳作阻尼线的，防振效果也很好。但连接点处钢丝绳的垂直重量最好不超过按架空线选配的防振锤的重量，以防止出现“死点”。

图5-23为某正在运行线路于大跨越杆塔安装的阻尼线图例。

图5-23　架空电力线路在汉江某大跨越工程阻尼线及防振锤安装图例