山东电网500 kV输电线路舞动治理新型子导线间隔棒的设计及应用

程学启 ，郎需军 ，姚元玺 ，李 宏 ，魏 宁

（1.山东电力集团公司，山东 济南 250001；2.山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250013；3.四平线路器材厂，吉林 四平 136001；4.淄博泰光电力器材厂，山东 淄博 255032）

0 引言

2010年1月20日和2月28日，山东遭受两次大范围大风雨雪冰冻天气，造成67条157条次220 kV、500 kV线路跳闸，电网运行出现多次重大险情，用户负荷受到一定程度影响。山东电网在短时间内连续发生两次大面积线路舞动，范围之大、时间之长是历史上从未发生过的。

按照国家电网公司及山东电力集团公司的要求，要对发生过覆冰舞动的线路进行治理，2010年首批治理的6条500 kV双回线路（益川ⅠⅡ、滨油Ⅱ、寿油ⅠⅡ、光寿ⅠⅡ、霞昆ⅠⅡ、辛聊ⅠⅡ）导线垂直排列的导线上安装相间间隔棒。

目前运行的220 kV常规线路、500 kV紧凑型线路上安装相间间隔棒的防舞措施已经具有较为成熟的运行经验，但在常规垂直排列的500 kV线路上目前国内尚无运行经验。在简要分析相间间隔棒的防舞机理和串型结构的基础上，对连接分裂导线的子导线间隔棒进行了优化设计，研制出一种新型的子导线间隔棒，已广泛应用在山东电网500 kV线路的舞动治理上。

1 相间间隔棒防舞的基本原理及串型结构

1.1 相间间隔棒防舞的基本原理

相间间隔棒可将电力线路中的各相导线机械地连接起来，使各导线的运动相互制约。研究表明，相间间隔棒抑制导线舞动的机理在于其拉力 （而非支撑力）的牵制作用，使各相导线的不同期强迫振动载荷（不均匀覆冰的空气动力提供）相互平衡抵消，从而抑制导线舞动。从实际使用效果上看，相间间隔棒是当前防舞动效果最好、最可靠的防舞器械之一。

1.2 相间间隔棒防舞串型结构

根据相间间隔棒生产技术现状和防舞功能需求，相间间隔棒可采取双节合成绝缘子联接或整支合成绝缘子的型式。

整支合成绝缘子的型式其单节长度接近12 m，生产运输及安装极不方便。本次山东电网舞动治理采用了双节式合成绝缘子，两节之间采用方向转动灵活的“U”环与联板连接，其设计安装示意图如图1。

图1 双节式相间间隔棒

2 子导线间隔棒的设计与应用

2.1 常规子导线间隔棒

以往应用于相间间隔棒的分裂子导线间隔棒均采用常规线路用的四分裂阻尼间隔棒，国内较常采用的阻尼型四分裂间隔棒有十字型双框架、矩型单框架、方型双框架、方型单框架等结构，这些间隔棒在设计时只考虑支撑分裂导线、抑制次档距振荡等，向心力、对边拉压力设计值较小，强度较低。在线路发生舞动时非常容易遭到破坏，图2所示。

2.2 防舞动相间间隔棒用子导线间隔棒

从现场照片可以看出，发生舞动的输电线路，大多都有子导线间隔棒线夹、框架断裂的情况发生，尤其是四分裂线路间隔棒在线路舞动时损毁严重，个别间隔棒的四个夹头均发生断裂。

与常规分裂子导线的间隔棒相比，相间间隔棒所采用的子导线间隔棒由于要握住两相间隔较大的导线或多根子导线，除需满足分裂子导线间隔棒的要求，还需承受舞动，冰雪跳跃或线路短路所引起的冲击力；也就是说，相间间隔棒所采用的子导线间隔棒必须具备较分裂导线间隔棒更高的机械强度。

图2 受损坏的子导线间隔棒

2.3 防舞动相间间隔棒用子导线间隔棒荷载要求

相间间隔棒所采用的子导线间隔棒机械性能除满足分裂导线间隔棒性能，在设计上还应考虑当线路舞动时，相间间隔棒的轴向拉（压）载荷。

导线舞动时相间间隔棒轴向拉（压）载荷可按下式简单计算：

舞动时： P=3.14/8（We+Wi）lN

脱冰跳跃时：P=0.44（We+Wi）lNK

式中：P为相间间隔棒轴向拉（压）载荷；We为导线单位长度自重，N/m；Wi为单位长度导线上的覆冰质量，N/m；l为档距，m；N为分裂子导线的根数；K为冰雪的脱落次数。

采用上式计算结果并应考虑最小2.5倍的安全系数，用于LGJ-400/35的相间间隔棒框架轴向拉（压）力应不小于100kN，间隔棒夹头强度可适度降低，相间间隔棒的轴向拉（压）力可按60kN左右考虑。

为了解各不同结构常规阻尼间隔棒组成的相间间隔棒轴向拉（压）载荷，分别对十字形双框架、矩形单框架、方形双框架、方形单框架等多种形式相间间隔棒的轴向拉（压）载荷的对比试验，从试验结果看，子导线间隔棒框架的强度在60kN至70 kN之间，均不能满足相间间隔棒框架轴向拉（压）载荷100 kN的要求。

2.4 防舞动相间间隔棒用子导线间隔棒结构设计

新研制的相间间隔棒用子导线间隔棒采用方形单框架结构、阻尼关节为圆形结构、夹头处“铰链式线夹”配合“穿销握紧”结构。线路舞动时，导线均有不同程度的覆冰，间隔棒强度设计按最大20 mm覆冰考虑，并考虑2.5倍的安全系数。为保证间隔棒的电气性能，间隔棒线夹头部圆弧不小于常规相同间隔棒的尺寸。对影响间隔棒疲劳性能的阻尼关节及线夹夹持导线的垫瓦，采用常规间隔棒相同的结构尺寸，保证所设计的间隔棒满足所适用导线对间隔棒疲劳性能的要求。

相间间隔棒用子导线间隔棒还设计有两个支撑板、两个连接板和一个直角挂板，两个支撑板采用紧固件安装在间隔棒框架两侧，在垂直方向，采用紧固件将连接板安装在支撑板和间隔棒外侧，直角挂板的单板侧与连接板相连。支撑板、连接板、直角挂板的强度均不小于100 kN。与合成绝缘子的连接采用了“U”型挂环，加大了活动裕度，保证在大风等恶劣天气下，相间间隔棒的任何部位不与导线发生摩擦碰撞等损伤导线的情况。

新研制的子导线间隔棒设计图例及照片如图3、图 4、图 5。

图3 新型子导线间隔棒设计图例

图4 子导线间隔棒实物照片

图5 子导线间隔棒实物照片

其技术条件如下：

1）适用导线型号：LGJ-400/35型钢芯铝绞线

2）分裂间距：450 mm

3）与相间间隔棒采取环形连接

4）整体框架破坏拉断力大于100 kN

3 实验

3.1 引用执行的主要标准

1）GB2314-2008电力金具通用技术条件；

2）GB/T2315-2008电力金具 标称破坏载荷系列及连接型式尺寸；

3）DL/T683-1999电力金具产品型号命名方法；

4）GB/T2317.1-2000电力金具 机械试验方法；

5）DL/T 764.1-2001电力金具专用紧固件六角头带销孔螺栓；

6）电力金具专用紧固件闭口销；

7）GB/T2317.4-2000电力金具验收规则、标志和包装；

8）GB/T 2338-2002架空电力线路间隔棒技术条件和实验方法。

3.2 试验结果

1）相间间隔棒的向心力试验：试验值大于19.5 kN；

2）对边拉（压）力试验：试验值大于9 kN；

3）顺线握力试验：试验值大于2.5 kN；

4）扭握力试验：试验值大于40 N·m；

5）相间间隔棒框架轴向拉（压）力试验：试验值大于100 kN；

6）支撑板、连接板、直角挂板的强度试验：试验值大于100 kN。

从试验结果看，新研制的相间间隔棒各项机械性能指标均满足设计要求。

4 结论

1）通过对我国适用于LGJ-400/35导线不同结构四分裂阻尼间隔棒组成的相间间隔棒框架轴向拉（压）力试验，其强度在60～70 kN之间，均不能满足该导线相间间隔棒强度100 kN的要求。

2）通过对新型相间间隔棒框架轴向拉（压）力试验，其强度不小于100 kN，比其它线路用的分裂导线间隔棒组成的相间间隔棒强度高30～40 kN。

3）与绝缘子、分裂导线间隔棒相连的连接板结构简单，减少了垫块等多个附件，安装非常方便，同时减轻了不必要的重量。

4）分裂导线间隔棒部件采用单框架结构，简化了连接板调整结构。

综上所述，在分析整串相间间隔棒结构的基础上，对子导线间隔棒的结构进行了优化设计。联合金具厂家，研制出一种新型的子导线间隔棒，其机械性能除满足普通分裂导线间隔棒性能外，在设计上充分考虑线路舞动时，相间间隔棒的轴向拉（压）载荷。对子导线间隔棒与复合绝缘子的连接方式进行了优化设计，设计有两个支撑板、两个连接板和一个直角挂板，采用U型环连接，转动灵活，保证在各种工况下，相间间隔棒的任何部位不与导线发生碰撞。试验结果证明各项机械性能指标均满足设计要求，现已广泛应用在山东电网的舞动治理线路上。