短路电流下间隔棒受力仿真研究

司学振　陶亚光　宋高丽　任鹏亮　陈钊　谢凯

摘 要：间隔棒的应用越来越广泛，其受到损伤时将极大影响输电线路的安全运行。因此本文利用有限元仿真软件对某双框板间隔棒在线路发生短路时所承受的向心力进行了仿真研究，明确了间隔棒各部件在线路发生短路故障时的受力状况及薄弱点。结果表明：在这种工况下，间隔棒线夹端部、框架中部位移变化最大;间隔棒线夹本体与框架连接的根部、框架中部出现最大应力。

关键词：输电线路;间隔棒;向心力

中图分类号：TM752文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）13-0138-04

Research on the Stress of Spacer Rod under Short Circuit Current

SI Xuezhen1 TAO Yguang1 SONG GaoLi2 REN PengLiang2 CHEN Zhao2 XIE Kai1

（1.State Grid Key Laboratory of Power Overhead Transmission Line Galloping Prevention Technique， State Grid Henan Electric Power Research Institute，Zhengzhou Henan 450052;2. Henan Jiuyu Epri Electric Technology Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450052）

Abstract： The application of spacer rods is more and more widespread， and when they are damaged， it will greatly affect the safe operation of transmission lines. Therefore， in this paper， the finite element simulation software was used to simulate the centripetal force that a double-frame spacer rod was subjected when a short circuit occurs. The results show that under this condition， the displacement of the end of the spacer clamp and the middle of the frame changes the most， and the maximum stress appears at the root of the connection between the spacer clamp and the frame and the middle of the frame.

Keywords： transmission line;spacer rod;centripetal force

远距离、大容量的超、特高压输电线路每相导线采用了二、四、六、八分裂导线。为了保证分裂导线线束间距保持不变，以满足电气性能，降低表面电位梯度，并在短路情况下，导线线束间不致产生电磁力，造成相互吸引碰撞，或虽引起瞬间的吸引碰撞，但事故消除后即能恢复到正常状态，因而在档距中相隔一定距离安装了间隔棒。安装间隔棒对次档距震荡和微风振动也可起到一定的抑制作用[1-3]。

子间隔棒作为电力金具的一种，在输电线路中的作用是使一相导线中的多根子导线保持一定的相对间隔位置。在输电线路发生短路故障时，间隔棒就会承受由于短路电流产生的向心力，这就要求间隔棒的材质及结构满足一定要求[4]。

本文基于ANSYS有限元仿真软件，对某种双框板间隔棒进行了仿真建模，通过对间隔棒施加向心力载荷，模拟其在输电发生短路故障时的工况，仿真结果可以为间隔棒的优化设计提供参考，同时为间隔棒在特高压输电线路上的推广应用提供理论基础。

1 间隔棒有限元建模

某间隔棒如图1所示，线夹本体和框架的材料为铸造铝合金ZL102A，关节橡胶垫的材料为聚氨酯;线夹本体和框架选用SOLID45单元，关节橡胶垫选用HYPER58单元。所用铝合金的材质性能如表1所示。

2 子间隔棒向心力工况模型建立

2.1 工况分析

参照《间隔棒技术条件和实验方法》（DL/T 1098—2009）[3]中的子间隔棒向心力试验要求可知，该试验是为了检验导线短路时间隔棒承受压缩作用力的能力，试验布置如图2所示。在水平方向施加拉力，然后逐渐增大拉力，使作用在子间隔棒上的向心力达到要求值，子间隔棒不出现变形、损伤，则试验通过。本文就按照上述实验内容对四分裂子间隔棒进行有限元仿真分析。

间隔棒向心力计算公式如式（1）所示：

其中，[Pmax]是短路电流引起的向心力，N;[n]是子导线根数;[I]是短路电流，kA;[H]是子导线张力，N;S是子导线分裂圆直径，mm;D是子导线直径，mm。

2.2 有限元模型的建立

2.2.1 单元选择与网格划分。结合上述参数，建立的子间隔棒有限元模型如图3所示。

2.2.2 载荷、约束的施加。通过间隔棒向心力计算公式可得出子间隔棒的向心力为12.9 kN，方向与框架对角线平行，约束位置为四分之一框架的截断面，约束类型为对称约束，载荷和约束施加情况如图4所示。

3 计算结果及分析

在向心力工况下，子间隔棒[X]、[Z]方向位移云图如图5、图6所示。其中，[X]方向最大位移为5.1 mm，出现在线夹本体端部位置;[Z]方向最大位移为3.3 mm，出现在线夹本体端部位置。子间隔棒应力云图如图7所示，最大应力为91 MPa。

在向心力工况下，框架[X]、[Z]方向位移云图如图8、图9所示。其中，[X]方向最大位移为0.06 mm，出现在框架中间位置，主要是由框架中间弯曲变形造成的[Z]方向最大位移为0.08 mm，也是出现在框架中间位置，也是由框架中间弯曲变形造成的。框架应力云图如图10所示，最大应力为91 MPa。

4 結论

本文通过对某间隔棒进行有限元建模，以施加向心力载荷模拟输电线路短路工况，得出结论如下：①在这种工况下，间隔棒线夹端部、框架中部位移变化最大;②在这种工况下，间隔棒线夹本体与框架连接的根部、框架中部出现最大应力。该仿真结果为以后的结构改进指明了方向，其计算模型为分析间隔棒在超高压输电线路系统短路事故的工况奠定了基础。

参考文献：

[1]侯景鹏，纪星，陈加宝.JZF-45400阻尼间隔棒建模及力学性能分析[J].水电能源科学，2012（3）：165-166.

[2]刘春田，姚文军，景有富，等.500 kV线路四分裂导线翻转扭绞的修复措施与思考[J].电力建设，2004（8）：34-36.

[3]中华人民共和国国家能源局.间隔棒技术条件和试验方法：DL/T 1098—2009[S].北京：中国标准出版社，2009.

[4]廖双泉，赵艳芬，廖小雪.热塑性弹性体及其应用[M].北京：中国石化出版社，2014.

收稿日期：2020-04-05

作者简介：司学振（1963—），男，硕士，教授级高级工程师，研究方向：输电线路舞动防治。