2020年7月28日,中國電力科學研究院有限公司在新疆阿克蘇地區220kV變電站成功安裝電渦流阻尼器,提升了變電站避雷針抗風振能力,保障了變電設備的安全穩定運作。電力高聳結構首次應用電渦流阻尼振動控制技術,此次安裝的電渦流阻尼器由中國電力科學研究院研發,在2019年國資委主辦的第三屆中央企業熠星創新創意大賽上榮獲三等獎。

電網系統在強震、大風和冰雪天氣等災害環境下,可能會出現損傷,甚至破壞。比如輸電塔就極易發生振動引起螺栓鬆動或疲勞損傷,有可能引發整體倒塌破壞導致輸電線路癱瘓。2008年我國南方冰雪災害導致110kV以上線路倒塔8709基,斷線2.7萬餘條,其中很大一部分倒塔是因為導線斷裂瞬間的衝擊載荷所致。同年,汶川地震時,變電站破壞比例很高,四川、甘肅、陜西、重慶4個省級電網累計停運35kV以上變電站245座,10kV以上輸電線路3322條。2013年,雅安蘆山地震時,寶興、蘆山、天全三縣的電力網一度全部中斷,受災地區500kV雅安變電站、220kV黃崗變電站、220kV天全變電站、110kV沙坪變電站都發生了不可修復的破壞。所以,在電力工程建設中,必須關注影響電力設備安全運作的振動問題,尤其要對電力高聳結構的振動加以控制。

我國建設的特高壓輸電線路具有跨距大、分裂導線多等特點。輸電塔平均高度在100m以上,橫擔的伸臂在50m以上,塔身上小下大,主要荷載集中在塔的上部,塔頂振幅最大。此外,變電站避雷針通常採用獨立鋼管的結構型式,由幾根鋼管套接而成,易發生風振疲勞破壞。我國新疆、甘肅等地區就多次發生避雷針風振斷裂倒塌事故。中國電科院針對電力高聳結構的振動特性,研發出適用於控制輸電塔和鋼管避雷針振動的電渦流阻尼器。電渦流阻尼技術最初是應用在重載汽車和商用客車上,隨後在高速列車上也使用了該類阻尼器。目前,在基建工程中電渦流阻尼技術也得到了應用。如上海中心大廈安裝了目前世界上最大的電渦流阻尼器,也被稱為“定樓神器”、“上海慧眼”,可以大幅減緩高樓層的晃動。中國電科院研發的電渦流阻尼器作為一種新型振動控制裝置,其優越性主要來自於電渦流阻尼元件。與傳統阻尼器相比,具有諸多優點。電渦流阻尼元件基本不需要任何後期維護,耐久性好、環境適應性強。阻尼器內無流體,無需密封件,不會出現漏液的情況,阻尼參數也不受溫度等環境因素的影響。

電渦流阻尼器由電渦流阻尼元件提供阻尼,電渦流阻尼元件通常由永磁鐵和銅板構成。當振動發生時,銅板和永磁鐵會發生相對運動,銅板切割永磁鐵的磁力線會産生一個阻礙兩者相對運動的力,也就是阻尼力,同時在銅板內産生電渦流。由於銅板的電阻不為零,根據歐姆定律,電渦流在銅板內發熱耗散能量,將結構振動機械能量最終轉換為熱能消耗掉。總的來説,電渦流阻尼器是根據電磁感應定律把物體運動的機械能轉化為銅板中的電能,然後通過銅板的電阻效應耗散系統的振動能量。這就好比電渦流阻尼器既是一個“發電機”,又是一個“電熱絲”。振動就像水電站裏的水流一樣,作用到“發電機”促使其發電,産生的電流使“電熱絲”發熱,産生熱量。這樣就完成了“機械能–電能–熱能”的轉化,最終把振動的能量消耗掉。

鋼管避雷針用電渦流阻尼器實物 

電渦流阻尼器安裝于鋼管避雷針頂



責任編輯:周思揚