760 kN 绝缘子双联耐张串金具研究

2014-11-22黄海俊王圣博

电力工程技术 2014年1期

陈宁，黄海俊，王圣博

(中国能源建设集团南京线路器材厂，江苏南京 210037)

随着社会经济的发展，我国对能源需求正在持续快速增长。为满足超远距离大容量的传输电能需求，特高压工程应运而生[1]。目前，我国晋东南-南阳-荆门1000 kV 交流、向家坝-上海±800 kV 直流等特高压输电线路工程已建成投运[2-4]。特高压线路由于传输电能容量大，对直接承载导线拉力的耐张绝缘子串承载能力提出了更高的要求。增加绝缘子串联数是一选项，但串联数过多，会大幅增加安装、运行维护工作量和生产成本。而采用串联数较少、负荷等级较高的绝缘子串将可解决上述问题。为此，开展了超高负荷等级绝缘子及配套产品的前期调研，在取得初步成果的基础上，承担了锦屏—苏南±800 kV 直流特高压输电线路工程760 kN 绝缘子双联耐张串金具的研究开发工作。

1 绝缘子双联耐张串串型研究

锦屏—苏南±800 kV 输电线路工程所用导线为JL/G3A-900/40 钢心铝绞线，查阅标准GB/T1179—2008[5]，导线额定拉断力为198.83 kN。参照文献[6-8]，对工程六分裂导线组、导线拉断力及安全系数等参数进行综合计算，得出耐张串所需机械总负荷，具体计算方法如下所示：

式中：F总为耐张串所需机械总负荷；F高为6 根导线JL/G3A-900/40 最高点使用张力；K1为绝缘子安全系数；Ta为导线最高点张力；n为导线数；T为导线水平张力；K2为挂点系数；K3为导线安全系数；T1为JL/G3A-900/40 导线额定拉断力。由式（1—4）计算得到F总为1346 kN。

耐张串不同联数时每联绝缘子所需机械负荷为：

式中：f为每联绝缘子所需机械负荷；m为联数。耐张串设计为三联时，每联绝缘子所需机械负荷为449 kN，选取负荷等级为550 kN；耐张串设计为双联时，每联绝缘子所需机械负荷为673 kN，初步考虑负荷等级为730 kN。对以上2 种情况进行分析比较：

（1）三联设计的单个绝缘子机械负荷为550 kN，高于需要的449 kN，能够保证6 根导线的安全运行，且有成熟的经验，但是此绝缘子串塔头部分两外挂点距离为1300 mm。为了保证导线的受力平衡，其下的三串绝缘子需连接组合联板，将挂点数由三变为二，增加了工程安装和运行维护的工作量，同时自身的荷载也较大。550 kV 三联耐张串图如图1 所示。

（2）双联初步设计的单个绝缘子吨位为730 kN，高于计算的673 kN，此设计仅需两绝缘子串，即可完成对六分裂导线的连接。同时，减小了两耳轴挂点的间距，降低了铁塔悬挂点的扭矩，改善了铁塔受力条件，提高了铁塔的抗冰、抗风和抗震能力，为工程的安全性和稳定性奠定了基础。

由此可以看出，730 kN 绝缘子双联耐张串的综合性能要优于550 kN 三联耐张串，但730 kN 双联所承受的总吨位略低，考虑工程运行的安全性，并听取工程相关方的意见，将730 kN 提高到760 kN。760 kN 双联耐张串图如图2 所示。

2 配套金具研究

耐张绝缘子串金具主要包括联塔金具、联板、碗头挂板、耐张线夹、跳线间隔棒、均压环、屏蔽环等。研制按照GB/T2314—2008[9]、GB/T2315—2008 [10]等国家、电力行业标准和工程技术要求进行。该研究重点是760 kN 绝缘子双联耐张串配套金具，故仅对碗头挂板、联塔金具、跳线间隔棒等主要产品作一简要分析。

图1 550 kN 三联耐张串直流输电线路

图2 760 kN 双联耐张串直流输电线路

2.1 碗头挂板

目前，国内相关标准中，绝缘子串元件的球窝连接尺寸[11]最大连接标记所对应的碗头挂板标称破坏载荷为550 kN，参照碗头挂板相关标准的结构型式，根据与绝缘子厂家配套的绝缘子部件相关尺寸，结合现有碗头挂板系列的设计经验[12]，成功开发出760 kN碗头挂板。

碗头挂板的碗头部分整体外形设计为圆柱状，外径为D120 mm，构造独特，不仅能够满足工程的安全和连接尺寸的要求，而且方便了生产加工，提高了工艺性能。其球窝尺寸的设计根据760 kN 绝缘子串元件配合尺寸综合考虑，头部尺寸为41 mm，球窝半径RS定为50 mm，以配合760 kN的绝缘子球头颈部，球窝及外形等相关尺寸既考虑到连接灵活，配合适当，又保证安全可靠。结构型式如图3 所示。

图3 碗头挂板

2.2 联塔金具

联塔金具是将耐张绝缘子串连接到铁塔横担上的一个金具，它决定送电线路是否安全运行。除要有足够的机械负荷以外，联塔金具更需具备转动的灵活性和耐磨性。目前特高压输电线路工程中采用的耳轴挂板，能够各个方向转动灵活。根据特高压线路设计经验，考虑联塔金具的上部与铁塔连接处的磨损等因素，联塔金具的负荷一般比理论需要的高，该耳轴挂板所定吨位比760 kN 绝缘子负荷高一个等级，为840 kN。与550 kN 三联绝缘子串进行比较，该耳轴挂板厚度增加到36 mm，螺杆杆径扩为D48 mm。同时，针对导线耐张串负荷的特点，联塔金具采用整体锻造方式加工，以提高组串的机械性能。具体的型式如图4 所示。

图4 联塔金具

2.3 跳线间隔棒

间隔棒[13]分为刚性间隔棒和柔性间隔棒2 类。刚性间隔棒使子导线之间不产生任何位移，但防止微风振动和抑制次档距振荡效果不好。因此目前导线间隔棒大多采用柔性间隔棒。因为阻尼形式的不同，柔性间隔棒通常分为橡胶阻尼和弹簧阻尼2 种。橡胶阻尼方式是利用在关节处嵌入橡胶垫，消耗振动能量，对抑制微风振动和次档距振荡效果明显，从运行状况来看，情况较好。

该跳线间隔棒的设计采用橡胶阻尼间隔棒。在直臂和夹头本体的关节处，嵌入橡胶垫，以抑制微风振动。同时，为保护导线的磨损和消除振动，间隔棒的夹头内侧放入橡胶垫，具体设计如图5 所示。

图5 间隔棒型式

3 试验情况

760 kN 绝缘子双联耐张串配套金具，所有的联结金具均通过了破坏荷载试验，同时耐张线夹通过握力试验，均压屏蔽环通过了电晕试验。目前，研究开发的760 kN 绝缘子双联耐张串非标金具已成功应用于锦屏-苏南±800 kV 输电线路工程，运行良好。

3.1 碗头挂板试验

取3 件碗头挂板进行试验，外观尺寸、镀锌层厚度均符合要求。机械试验按照GB/T2317.1—2008[14]要求进行。3 件试品试验数据均符合要求，判定为合格（如表1 所示）。碗头挂板试验时间-试验力曲线详见图6至图8。

表1 机械试验数据

图6 试件1时间-试验力曲线

图7 试件2时间-试验力曲线

图8 试件3时间-试验力曲线

3.2 耐张线夹试验

试验采用对拉形式，夹于卧式拉力机上，按照GB/T2317.1—2008 相应要求进行试验，在张力逐步增加到规定的握力值，保持60 s 后，金具与导线未发生相对滑移现象，并且导线没有出现断股或破坏。经判定，3个试件全部合格。具体情况如表2 所示。

表2 握力试验数据表

4 结束语

760 kN 绝缘子双联耐张串，与550 kN 三联耐张串相比较，在保证安全运行的情况下，减少了绝缘子和金具的数量，优化了组串的结构形式，节约了成本，符合我国特高压建设中“降本增效”这一理念。同时，双联耐张串还缩短了两外挂点间的距离，减少了导线荷载对铁塔悬挂点的扭矩，改善了铁塔受力条件，提高了铁塔的抗冰、抗风和抗震能力，从而为工程的安全性和稳定性奠定了坚实的基础。研究开发的760 kN 绝缘子双联耐张串所配套的碗头挂板等非标金具符合国家、电力行业标准和工程技术规定，机械和电气性能试验均满足要求。研究成果已成功应用于锦屏—苏南±800 kV输电线路工程。

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