龔志峰　李煒　劉曉博　李鑫　李巍

摘 要：在架空輸電線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，絕緣子的串型結(jié)構(gòu)直接影響順線路方向不均勻覆冰雪引起的線路故障。本文在對(duì)導(dǎo)線覆冰理論的計(jì)算分析基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了順線路方向雙掛點(diǎn)雙聯(lián)60°八字懸垂串型，并對(duì)八字懸垂串型的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度等因素校核分析。結(jié)果表明：所設(shè)計(jì)的八字懸垂串型能夠滿足各項(xiàng)要求，并且有效地防止了因線路不均勻覆冰雪引起相間、相地間放電掉閘故障的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：八字懸垂串型；順線路；不均勻覆冰雪

中圖分類號(hào)：TM852 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言

架空輸電線路覆冰雪會(huì)引起諸多電力運(yùn)行故障，尤其是順線路方向不均勻覆冰雪已導(dǎo)致多起導(dǎo)、地線相間、相地間放電掉閘事故。深入調(diào)研發(fā)現(xiàn)，故障線路均采用了I型串懸掛方式，這種懸掛方式在正常運(yùn)行中懸垂串均處在垂直位置，各直線桿塔不存在張力差。但當(dāng)桿塔兩側(cè)覆冰雪不均勻時(shí)，導(dǎo)線中的不平衡張力會(huì)引起絕緣子串大幅度偏轉(zhuǎn)，進(jìn)而造成導(dǎo)、地線相間、相地間弧垂距離發(fā)生變化，誘發(fā)放電掉閘故障。另一方面，在絕緣子覆冰情況下，絕緣子表面會(huì)被冰凌橋接，絕緣強(qiáng)度下降，泄漏距離縮短，在融冰過(guò)程中容易引起絕緣子冰閃。

大量研究表明，通過(guò)限制絕緣子串的大幅度偏移，可以維持導(dǎo)、地線相間、相地間距離不發(fā)生變化，同時(shí)抑制絕緣子串冰閃的發(fā)生。

目前，八字懸垂串型主要應(yīng)用于輸電線路防冰閃，且多停留在理論設(shè)計(jì)階段，相關(guān)改造運(yùn)行實(shí)例較少。且目前，尚無(wú)應(yīng)用八字串來(lái)平衡架空輸電導(dǎo)線中不平衡張力的相關(guān)文獻(xiàn)。針對(duì)上述情況，筆者發(fā)現(xiàn)，對(duì)直線塔采用特殊設(shè)計(jì)的順線路方向雙掛點(diǎn)雙聯(lián)60°八字懸垂串型。能從一定程度上維持絕緣子串不偏移，限制絕緣子串大幅偏移后引起的導(dǎo)、地線相間、相地距離的弧垂變化，同時(shí)也能改善絕緣子串冰閃等現(xiàn)象發(fā)生。對(duì)于順線路方向不均勻覆冰雪的防治具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 導(dǎo)線覆冰理論計(jì)算

在不均勻覆冰或不同時(shí)脫冰時(shí)，連續(xù)檔各檔的張力有顯著的差別，不能用代表檔距法近似計(jì)算各檔的張力。以下通過(guò)實(shí)例計(jì)算臥河直線桿塔可能出現(xiàn)的不平衡張力，絕緣子串的偏角以及檔內(nèi)弧垂變化。

2.1 條件假設(shè)

以張家口蔚縣臥河110kV同塔雙回線路參數(shù)、氣象參數(shù)為例，如下：

導(dǎo)線為L(zhǎng)GJ-240/30，截面A= 275.6mm2，重量m=922.2kg/km，彈性系數(shù)E=73000N/mm2，熱膨脹系數(shù)α= 0.0000196（1/℃）。耐張段共8檔，檔依次距離為506m、202m、620m、730m、186m、263m、483m和180m，高程H依次為1453m、1377m、1386m、1368m、1329m、1314m、1259m、1244m和1217m。絕緣子串長(zhǎng)λ=1.8m，無(wú)冰時(shí)串重Gi=600N。導(dǎo)線制造溫度t0=15℃，安裝氣溫tj=10℃，補(bǔ)償降溫⊿tj=20℃。

2.2 計(jì)算分析

由于現(xiàn)場(chǎng)覆冰數(shù)據(jù)收集不全，各檔實(shí)際覆冰率無(wú)法準(zhǔn)確判斷，計(jì)算過(guò)程與實(shí)際有一定偏差，但是通過(guò)計(jì)算分析可知，當(dāng)?shù)谌龣n導(dǎo)線覆冰7mm時(shí)，第三檔和第四檔弧垂值分別為30.35m和31.31m；當(dāng)?shù)谒臋n導(dǎo)線覆冰7mm時(shí)，第三檔和第四檔弧垂值分別為21.6m和39.9m；當(dāng)耐張段無(wú)覆冰時(shí)，第三檔和第四檔弧垂值分別為16.2m和22.4m；當(dāng)耐張段覆冰7mm時(shí)，第三檔和第四檔弧垂值分別為26m和36m。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況分析，導(dǎo)線上相第四檔覆冰，導(dǎo)線中相第三檔覆冰時(shí)，導(dǎo)線第四檔相間距離將減少39.9m-31.3m=8.6m，是造成相間短路主要原因；此時(shí)絕緣子串已經(jīng)發(fā)生偏移，檔距將向弧垂增大一側(cè)偏移，進(jìn)一步減少相間距離，通過(guò)將I串改為“八字串”抑制絕緣子串偏移，減少檔距變小引起相間距離，同時(shí)能夠釋放一部分桿塔所受不平衡張力。

3 八字串設(shè)計(jì)原理

原設(shè)計(jì)直線塔I型絕緣子串，在正常運(yùn)行中懸垂串均處在垂直位置，各直線桿塔不存在張力差，但是在不均勻覆冰情況下，將使耐張段中各檔距中的導(dǎo)線張力變化較大，如果通過(guò)采用特殊設(shè)計(jì)的順線路方向的八字串方案，使兩串絕緣子上預(yù)先承受一定的水平張力，且兩支絕緣子上的水平張力相互抵消；一旦出現(xiàn)兩側(cè)導(dǎo)線張力不平衡情況，則張力增大側(cè)導(dǎo)線上的水平張力部分或全部由該側(cè)絕緣子來(lái)平衡，而另一支絕緣子上的水平張力則基本保持不變，雖然不能遏止導(dǎo)線覆冰的形成以及脫冰跳躍引起的線間絕緣距離不夠的現(xiàn)象，但是能從一定程度上維持絕緣子串不偏移，限制絕緣子串大幅偏移后引起的導(dǎo)、地線相間、相地距離的弧垂變化，同時(shí)也能改善絕緣子串冰閃等現(xiàn)象發(fā)生。

4 八字串校核分析

4.1 夾角確定

由于絕緣子串有夾角的存在，采用八字串改造時(shí)，為了更好的滿足受力要求，有更高的安全系數(shù)，兩絕緣子串夾角不宜過(guò)大；為了具有較好電氣特性，兩絕緣子串夾角也不宜太小。應(yīng)根據(jù)2方面的要求進(jìn)行綜合分析，建議八字串的夾角取60°。

4.2 掛點(diǎn)金具校核

考慮到塔頭結(jié)構(gòu)形式不能改變，懸垂串第一個(gè)連接金具仍采用UB掛板與塔頭相連。這樣不但保留了原掛點(diǎn)強(qiáng)度，而且便于施工。

4.3 主要連接金具校核

由于八字串單支絕緣子串與豎直方向成一定夾角（30°），塔頭將多受一個(gè)水平分力的作用，改變了原來(lái)掛點(diǎn)受力情況，設(shè)計(jì)建議采用雙掛板將兩個(gè)UB掛板聯(lián)為一體，這樣不但保證八字串的懸掛角度，而且使水平分力在雙掛板上抵消從而解決上述問(wèn)題。由于雙掛板兩掛點(diǎn)距離較大，受力容易變形，要求在雙掛板上增加了螺栓和鋼套來(lái)固定和加固雙掛板。

4.4 懸垂金具校核

由于絕緣子串有夾角的存在，所以不管鐵塔兩端是否存在張力差，懸垂線夾都將對(duì)導(dǎo)線附加一個(gè)順線握力，當(dāng)兩絕緣子串夾角越大，其水平分力越大，所以八字串對(duì)懸垂線夾握力有著更高的要求，另外為了結(jié)構(gòu)緊湊和便于安裝，建議重新設(shè)計(jì)大握力懸垂線夾（此部分由相關(guān)金具廠家進(jìn)行專門(mén)設(shè)計(jì)），線夾握力達(dá)到導(dǎo)線額定抗拉力35%，取26kN，同時(shí)達(dá)到原設(shè)計(jì)絕緣子串破壞強(qiáng)度以及線夾出線角度。

結(jié)論

針對(duì)輸電直線塔順線路方向不均勻覆冰雪的防治措施，在對(duì)覆冰導(dǎo)線理論進(jìn)行計(jì)算分析基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了雙掛點(diǎn)雙聯(lián)60°八字懸垂串型，并對(duì)八字懸垂串型的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度等因素校核分析。

實(shí)踐表明所設(shè)計(jì)的八字懸垂串型能夠滿足各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求，并且有效地防止了因線路不均勻覆冰雪引起相間、相地間放電掉閘故障的發(fā)生。該技術(shù)對(duì)國(guó)內(nèi)外順線路方向不均勻覆冰雪導(dǎo)致相間、相地放電的防治措施研究具有重要意義，待應(yīng)用成熟后可在國(guó)內(nèi)同類故障區(qū)域推廣應(yīng)用。

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