紧凑型直线塔V 型绝缘子串受力分析

2015-04-01祝综声李晓光

吉林电力 2015年2期

祝综声，张健，李晓光

（中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司，长春 130021）

随着我国经济的持续高速发展，电力建设与城镇规划的矛盾不断显现，尤其在经济发达地区，线路走廊问题显得尤为突出。减小高压线路通道宽度，降低对环境的影响，以适应社会发展，成为线路设计的发展方向。采用V 型绝缘子串可限制绝缘子串摇摆、减小塔头尺寸、降低耗钢量并减小线路走廊宽度，但V 型绝缘子串属于大位移、非刚性、非柔性的受力体系，在实际应用中会有摇摆角，这使得其受力分析十分复杂［1］。本文以500kV 某输电线路工程为背景，以一个紧凑型直线塔为例，对V 型绝缘子串的受力进行简要分析。

1 紧凑型直线塔V 型绝缘子串悬挂方式

500kV 紧凑型铁塔塔头集中了三相导线，为了限制导线的摆动，采用V 型绝缘子串方式悬挂。当导线垂直荷载较大时，由于下相V 串夹角较大，导致V 串挂点水平荷载过大，所以加设一支悬垂绝缘子串主要承受下导线的垂直荷载。

图1为紧凑型直线塔塔头实景图，三相导线呈倒三角形排列，上两相为V 串，下相为V 串与悬垂串配合使用。

图1 紧凑型直线塔塔头实景图

2 受力分析

2.1 V串受力分析

下相由于三串绝缘子交于一点形成空间超静定力学体系（见图1），工作机理比较复杂。为理清设计思路，分析各串的控制条件，使三串在各种工况下均不出现同时受力情况，可在下相V 串中加设调整板，使下相V 串两臂在正常情况下呈松弛状态，垂直荷重主要由中吊串承担，将垂直荷载直接传到横担上［2］。当侧向风吹时，V 串一臂和悬垂串共同工作，V 串另一臂松弛；当出现不平衡张力如纵向来风、断线时，悬垂串转动半径很大，退出承载状态，由V 串承受全部荷载。

根据上述假设，用数学模型来分析，V 串要承受导线传来的横向力P，垂直力G和纵向力T（V 串自身重力可忽略）。

2.1.1 V 串挂点在同一水平线［1］

当V 串挂点在同一水平线上时，受力情况见图2，V 串的挂点分别为A、B，导线在V 串上的作用点为E，2个绝缘子串的内力分别为S1和S2。

图2 两挂点等高情况示意图

a.荷载P、G、T共同作用，当S1、S2的值不小于零时，A、B两点反力如下：

b.虽然从实际运行和实验情况看，一侧的绝缘子是允许轻微受压的，但计算时，还是假设绝缘子串不能受压。当BE串受力为零，即S2＝0时，A点反力为：

2.1.2 V 串两挂点不等高［1］

当V 串两挂点不等高时，受力情况见图3。

图3 两挂点不等高情况示意图

C点受力：

D点受力：

不同工况下绝缘子串受力的不同，用图4说明，根据以上所述计算方法，用2种挂线方式计算，取图4a、图4b两者中选材较大的。

2.2 V型挂架受力分析

1串的右挂点和2串的左挂点以及4串的右挂点都挂在80点上，80点是一个挂架，51、50为挂架挂在横担下平面的挂点，挂架结构见图5。挂架是一个平面结构，在外力的作用下可以绕51、50轴前后转动，和铁塔的其他构件不能构成稳定结构，所以不能用程序直接计算，需要人为地把80点的荷载进行换算。以往工程是把1串右侧荷载加到50点，把2串左侧荷载加到51点，把4串右侧荷载分0.6到51点，0.4 到50 点，之后用程序可以直接把荷载加载到51、50两点，方便快捷，表1为2种不同挂线方式时51、50点的荷载。

图4 两种不同挂线方式

图5 挂架结构图

上述是工程上的简化算法，但是并不精确，原因是把1串右侧荷载直接加到50点时，相当于把挂架50—80也当做绝缘子串分析了，但实际上挂架是由刚性的角钢构成，51—80和50—80 都是可以承受压力的，所以用程序计算出1串的右侧荷载、2串的左侧荷载以及4串的右侧荷载加到80点的总荷载后，需按照图2所示，按2.1.1中公式所列的方法手工分解各工况下80点的力，计算出51、50两点荷载（见表2）。

用表1、表2两种方法算出80点的荷载在塔身上的分解力后，加载到塔身上，然后用程序计算杆件规格，塔头杆件节点见图6，计算结果见表3（表中单位为mm）。