760 kN 絕緣子雙聯(lián)耐張串金具研究

陳 寧，黃海俊，王圣博

(中國能源建設(shè)集團南京線路器材廠，江蘇南京 210037)

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，我國對能源需求正在持續(xù)快速增長。為滿足超遠距離大容量的傳輸電能需求，特高壓工程應(yīng)運而生[1]。目前，我國晉東南-南陽-荊門1000 kV 交流、向家壩-上?！?00 kV 直流等特高壓輸電線路工程已建成投運[2-4]。特高壓線路由于傳輸電能容量大，對直接承載導(dǎo)線拉力的耐張絕緣子串承載能力提出了更高的要求。增加絕緣子串聯(lián)數(shù)是一選項，但串聯(lián)數(shù)過多，會大幅增加安裝、運行維護工作量和生產(chǎn)成本。而采用串聯(lián)數(shù)較少、負荷等級較高的絕緣子串將可解決上述問題。為此，開展了超高負荷等級絕緣子及配套產(chǎn)品的前期調(diào)研，在取得初步成果的基礎(chǔ)上，承擔了錦屏—蘇南±800 kV 直流特高壓輸電線路工程760 kN 絕緣子雙聯(lián)耐張串金具的研究開發(fā)工作。

1 絕緣子雙聯(lián)耐張串串型研究

錦屏—蘇南±800 kV 輸電線路工程所用導(dǎo)線為JL/G3A-900/40 鋼心鋁絞線，查閱標準GB/T1179—2008[5]，導(dǎo)線額定拉斷力為198.83 kN。參照文獻[6-8]，對工程六分裂導(dǎo)線組、導(dǎo)線拉斷力及安全系數(shù)等參數(shù)進行綜合計算，得出耐張串所需機械總負荷，具體計算方法如下所示：

式中：F總為耐張串所需機械總負荷；F高為6 根導(dǎo)線JL/G3A-900/40 最高點使用張力；K1為絕緣子安全系數(shù)；Ta為導(dǎo)線最高點張力；n為導(dǎo)線數(shù)；T為導(dǎo)線水平張力；K2為掛點系數(shù)；K3為導(dǎo)線安全系數(shù)；T1為JL/G3A-900/40 導(dǎo)線額定拉斷力。由式（1—4）計算得到F總為1346 kN。

耐張串不同聯(lián)數(shù)時每聯(lián)絕緣子所需機械負荷為：

式中：f為每聯(lián)絕緣子所需機械負荷；m為聯(lián)數(shù)。耐張串設(shè)計為三聯(lián)時，每聯(lián)絕緣子所需機械負荷為449 kN，選取負荷等級為550 kN；耐張串設(shè)計為雙聯(lián)時，每聯(lián)絕緣子所需機械負荷為673 kN，初步考慮負荷等級為730 kN。對以上2 種情況進行分析比較：

（1）三聯(lián)設(shè)計的單個絕緣子機械負荷為550 kN，高于需要的449 kN，能夠保證6 根導(dǎo)線的安全運行，且有成熟的經(jīng)驗，但是此絕緣子串塔頭部分兩外掛點距離為1300 mm。為了保證導(dǎo)線的受力平衡，其下的三串絕緣子需連接組合聯(lián)板，將掛點數(shù)由三變?yōu)槎黾恿斯こ贪惭b和運行維護的工作量，同時自身的荷載也較大。550 kV 三聯(lián)耐張串圖如圖1 所示。

（2）雙聯(lián)初步設(shè)計的單個絕緣子噸位為730 kN，高于計算的673 kN，此設(shè)計僅需兩絕緣子串，即可完成對六分裂導(dǎo)線的連接。同時，減小了兩耳軸掛點的間距，降低了鐵塔懸掛點的扭矩，改善了鐵塔受力條件，提高了鐵塔的抗冰、抗風(fēng)和抗震能力，為工程的安全性和穩(wěn)定性奠定了基礎(chǔ)。

由此可以看出，730 kN 絕緣子雙聯(lián)耐張串的綜合性能要優(yōu)于550 kN 三聯(lián)耐張串，但730 kN 雙聯(lián)所承受的總噸位略低，考慮工程運行的安全性，并聽取工程相關(guān)方的意見，將730 kN 提高到760 kN。760 kN 雙聯(lián)耐張串圖如圖2 所示。

2 配套金具研究

耐張絕緣子串金具主要包括聯(lián)塔金具、聯(lián)板、碗頭掛板、耐張線夾、跳線間隔棒、均壓環(huán)、屏蔽環(huán)等。研制按照GB/T2314—2008[9]、GB/T2315—2008 [10]等國家、電力行業(yè)標準和工程技術(shù)要求進行。該研究重點是760 kN 絕緣子雙聯(lián)耐張串配套金具，故僅對碗頭掛板、聯(lián)塔金具、跳線間隔棒等主要產(chǎn)品作一簡要分析。

圖1 550 kN 三聯(lián)耐張串直流輸電線路

圖2 760 kN 雙聯(lián)耐張串直流輸電線路

2.1 碗頭掛板

目前，國內(nèi)相關(guān)標準中，絕緣子串元件的球窩連接尺寸[11]最大連接標記所對應(yīng)的碗頭掛板標稱破壞載荷為550 kN，參照碗頭掛板相關(guān)標準的結(jié)構(gòu)型式，根據(jù)與絕緣子廠家配套的絕緣子部件相關(guān)尺寸，結(jié)合現(xiàn)有碗頭掛板系列的設(shè)計經(jīng)驗[12]，成功開發(fā)出760 kN碗頭掛板。

碗頭掛板的碗頭部分整體外形設(shè)計為圓柱狀，外徑為D120 mm，構(gòu)造獨特，不僅能夠滿足工程的安全和連接尺寸的要求，而且方便了生產(chǎn)加工，提高了工藝性能。其球窩尺寸的設(shè)計根據(jù)760 kN 絕緣子串元件配合尺寸綜合考慮，頭部尺寸為41 mm，球窩半徑RS定為50 mm，以配合760 kN的絕緣子球頭頸部，球窩及外形等相關(guān)尺寸既考慮到連接靈活，配合適當，又保證安全可靠。結(jié)構(gòu)型式如圖3 所示。

圖3 碗頭掛板

2.2 聯(lián)塔金具

聯(lián)塔金具是將耐張絕緣子串連接到鐵塔橫擔上的一個金具，它決定送電線路是否安全運行。除要有足夠的機械負荷以外，聯(lián)塔金具更需具備轉(zhuǎn)動的靈活性和耐磨性。目前特高壓輸電線路工程中采用的耳軸掛板，能夠各個方向轉(zhuǎn)動靈活。根據(jù)特高壓線路設(shè)計經(jīng)驗，考慮聯(lián)塔金具的上部與鐵塔連接處的磨損等因素，聯(lián)塔金具的負荷一般比理論需要的高，該耳軸掛板所定噸位比760 kN 絕緣子負荷高一個等級，為840 kN。與550 kN 三聯(lián)絕緣子串進行比較，該耳軸掛板厚度增加到36 mm，螺桿桿徑擴為D48 mm。同時，針對導(dǎo)線耐張串負荷的特點，聯(lián)塔金具采用整體鍛造方式加工，以提高組串的機械性能。具體的型式如圖4 所示。

圖4 聯(lián)塔金具

2.3 跳線間隔棒

間隔棒[13]分為剛性間隔棒和柔性間隔棒2 類。剛性間隔棒使子導(dǎo)線之間不產(chǎn)生任何位移，但防止微風(fēng)振動和抑制次檔距振蕩效果不好。因此目前導(dǎo)線間隔棒大多采用柔性間隔棒。因為阻尼形式的不同，柔性間隔棒通常分為橡膠阻尼和彈簧阻尼2 種。橡膠阻尼方式是利用在關(guān)節(jié)處嵌入橡膠墊，消耗振動能量，對抑制微風(fēng)振動和次檔距振蕩效果明顯，從運行狀況來看，情況較好。

該跳線間隔棒的設(shè)計采用橡膠阻尼間隔棒。在直臂和夾頭本體的關(guān)節(jié)處，嵌入橡膠墊，以抑制微風(fēng)振動。同時，為保護導(dǎo)線的磨損和消除振動，間隔棒的夾頭內(nèi)側(cè)放入橡膠墊，具體設(shè)計如圖5 所示。

圖5 間隔棒型式

3 試驗情況

760 kN 絕緣子雙聯(lián)耐張串配套金具，所有的聯(lián)結(jié)金具均通過了破壞荷載試驗，同時耐張線夾通過握力試驗，均壓屏蔽環(huán)通過了電暈試驗。目前，研究開發(fā)的760 kN 絕緣子雙聯(lián)耐張串非標金具已成功應(yīng)用于錦屏-蘇南±800 kV 輸電線路工程，運行良好。

3.1 碗頭掛板試驗

取3 件碗頭掛板進行試驗，外觀尺寸、鍍鋅層厚度均符合要求。機械試驗按照GB/T2317.1—2008[14]要求進行。3 件試品試驗數(shù)據(jù)均符合要求，判定為合格（如表1 所示）。碗頭掛板試驗時間-試驗力曲線詳見圖6至圖8。

表1 機械試驗數(shù)據(jù)

圖6 試件1時間-試驗力曲線

圖7 試件2時間-試驗力曲線

圖8 試件3時間-試驗力曲線

3.2 耐張線夾試驗

試驗采用對拉形式，夾于臥式拉力機上，按照GB/T2317.1—2008 相應(yīng)要求進行試驗，在張力逐步增加到規(guī)定的握力值，保持60 s 后，金具與導(dǎo)線未發(fā)生相對滑移現(xiàn)象，并且導(dǎo)線沒有出現(xiàn)斷股或破壞。經(jīng)判定，3個試件全部合格。具體情況如表2 所示。

表2 握力試驗數(shù)據(jù)表

4 結(jié)束語

760 kN 絕緣子雙聯(lián)耐張串，與550 kN 三聯(lián)耐張串相比較，在保證安全運行的情況下，減少了絕緣子和金具的數(shù)量，優(yōu)化了組串的結(jié)構(gòu)形式，節(jié)約了成本，符合我國特高壓建設(shè)中“降本增效”這一理念。同時，雙聯(lián)耐張串還縮短了兩外掛點間的距離，減少了導(dǎo)線荷載對鐵塔懸掛點的扭矩，改善了鐵塔受力條件，提高了鐵塔的抗冰、抗風(fēng)和抗震能力，從而為工程的安全性和穩(wěn)定性奠定了堅實的基礎(chǔ)。研究開發(fā)的760 kN 絕緣子雙聯(lián)耐張串所配套的碗頭掛板等非標金具符合國家、電力行業(yè)標準和工程技術(shù)規(guī)定，機械和電氣性能試驗均滿足要求。研究成果已成功應(yīng)用于錦屏—蘇南±800 kV輸電線路工程。

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