緊湊型架空輸電線路V形復合絕緣子荷載性能研究

蔡林峰 劉衍平 鄒中林

引言：緊湊型輸電線路在提高輸送能力的同時，極大地減小了輸電走廊寬度。V形復合絕緣子串可以有效防止輸電線路擺動，在緊湊型線路中得到了廣泛應用。此外，V形復合絕緣子串在大風載荷作用下，具有良好的風偏穩定性。本文分析了V形絕緣子串的受力情況，對輸電線路作用于懸掛點的水平和垂直載荷進行了計算。

一、引言

1999年11月，我國自行設計研究的第一條500kV緊湊型輸電線路“昌平—房山”線建成投產[1]。我國緊湊型架空線路的設計與建設中，三相導線采用V形絕緣子串懸掛方式。這可以減輕線路因風載而引起的擺動，以保證導線與接地構件間的安全距離。復合絕緣子因其質量輕、機械強度高、耐污閃性能好等優點，在緊湊型線路中得到廣泛應用[2]。

2010年昌平—房山線發生首次復合絕緣子疲勞斷裂事故。研究發現：斷裂均發生在上相V形絕緣子串下風向一側的中下部區域；與失效的復合絕緣子同批次的產品也出現了極其相似的疲勞破壞現象。

實際運行的輸電線路，會因自然風作用而發生擺動，對V形絕緣子串的力學性能以及空氣間隙絕緣造成影響。因此，研究V形復合絕緣子串在大風作用下的受力情況具有現實意義，可以為受壓側復合絕緣子的屈曲變形和后屈曲形態研究奠定基礎。

二、V形復合絕緣子串受力形式

在國外，V形復合絕緣子串已廣泛應用于緊湊輸電線路。國內已建成的緊湊型線路也均采用了V形絕緣子串結構[5]。長期以來，人們認為絕緣子串不能承受壓力。因此，最大風偏角Ф≤?/2，?為V形絕緣子串夾角，Ф為導線上的風載荷P與重力G的合力T與豎直方向的夾角（見圖2-1）。即合力T全部由上風向絕緣子承受，下風向不受力。

前蘇聯和國內相關絕緣子串載荷試驗表明，復合絕緣子串在風載荷超過臨界值后仍未喪失功能，可以承受一定的壓力[5]。因此，在采用V形串的布置型式中，上風向的絕緣子受到軸向拉力，而下風向絕緣子會承受軸向壓力（見圖2-1）。

圖2-1受力示意圖 2-2屈曲變形

當實際輸電線路在大風環境中運行時，下風向絕緣子受到的軸向壓力會增大。當壓力值超過其屈曲臨界載荷時，復合絕緣子便會發生屈曲變形而失穩（見圖2-2）。因此，計算水平風載荷P與重力G的大小及二者的比例關系顯得至關重要。

三、水平、垂直荷載大小計算

復合絕緣子懸掛點所受到的作用力來自于導線。復合絕緣子自重遠小于輸電導線的重量，因此可以忽略復合絕緣子自重的影響；復合絕緣子所受到的風載遠小于輸電導線所受到的風載，因此忽略絕緣子風載影響。

（一）水平檔距及水平荷載

懸掛于桿塔上的一檔導線，由于風壓作用而引起的水平荷載將由兩側桿塔承擔。風壓水平荷載是沿線長均布的荷載，在平拋物線近似計算中，我們假定一檔導線長等于檔距，可推倒水平風壓荷載公式：

三、結論

在大風覆冰工況下，V形復合絕緣子串的最大風偏角Ф>?/2，因此，下風向絕緣子將承受壓力而發生彎曲；

水平載荷與垂直載荷的比值大小，直接影響V串的風偏變形量，且比值與變形量成正比關系；

風載工況，應根據當地氣象水平來確定。在求得水平、垂直載荷的基礎上，進行受壓復合絕緣子屈曲變形研究和后屈曲承載能力分析。

參考文獻

[1]王幼文，金永純，高毅等.我國500kV緊湊型輸電線路的研究與應用[J].電力設備，2004，5（6）：9-12.

[2]耿秀蘭.V型絕緣子串的受力分析[J].青海電力，1994，4：011.

[3]廖永力，王黎明，張炎武，等.緊湊型輸電線路復合絕緣子風偏變形分析[J].南方電網技術，2010，4（3）：77-81.

[4]遂民.架空輸電線路設計[M].中國電力出版社，2007.

（作者單位：1.華北電力大學；2.國網新源華東天荒坪抽水蓄能有限責任公司）