八字懸垂串型在順線路不均勻覆冰雪防治措施中的應用

龔志峰　李煒　劉曉博　李鑫　李巍

摘 要：在架空輸電線路結構設計中，絕緣子的串型結構直接影響順線路方向不均勻覆冰雪引起的線路故障。本文在對導線覆冰理論的計算分析基礎上，設計了順線路方向雙掛點雙聯60°八字懸垂串型，并對八字懸垂串型的結構、強度等因素校核分析。結果表明：所設計的八字懸垂串型能夠滿足各項要求，并且有效地防止了因線路不均勻覆冰雪引起相間、相地間放電掉閘故障的發生。

關鍵詞：八字懸垂串型；順線路；不均勻覆冰雪

中圖分類號：TM852 文獻標識碼：A

1 引言

架空輸電線路覆冰雪會引起諸多電力運行故障，尤其是順線路方向不均勻覆冰雪已導致多起導、地線相間、相地間放電掉閘事故。深入調研發現，故障線路均采用了I型串懸掛方式，這種懸掛方式在正常運行中懸垂串均處在垂直位置，各直線桿塔不存在張力差。但當桿塔兩側覆冰雪不均勻時，導線中的不平衡張力會引起絕緣子串大幅度偏轉，進而造成導、地線相間、相地間弧垂距離發生變化，誘發放電掉閘故障。另一方面，在絕緣子覆冰情況下，絕緣子表面會被冰凌橋接，絕緣強度下降，泄漏距離縮短，在融冰過程中容易引起絕緣子冰閃。

大量研究表明，通過限制絕緣子串的大幅度偏移，可以維持導、地線相間、相地間距離不發生變化，同時抑制絕緣子串冰閃的發生。

目前，八字懸垂串型主要應用于輸電線路防冰閃，且多停留在理論設計階段，相關改造運行實例較少。且目前，尚無應用八字串來平衡架空輸電導線中不平衡張力的相關文獻。針對上述情況，筆者發現，對直線塔采用特殊設計的順線路方向雙掛點雙聯60°八字懸垂串型。能從一定程度上維持絕緣子串不偏移，限制絕緣子串大幅偏移后引起的導、地線相間、相地距離的弧垂變化，同時也能改善絕緣子串冰閃等現象發生。對于順線路方向不均勻覆冰雪的防治具有十分重要的現實意義。

2 導線覆冰理論計算

在不均勻覆冰或不同時脫冰時，連續檔各檔的張力有顯著的差別，不能用代表檔距法近似計算各檔的張力。以下通過實例計算臥河直線桿塔可能出現的不平衡張力，絕緣子串的偏角以及檔內弧垂變化。

2.1 條件假設

以張家口蔚縣臥河110kV同塔雙回線路參數、氣象參數為例，如下：

導線為LGJ-240/30，截面A= 275.6mm2，重量m=922.2kg/km，彈性系數E=73000N/mm2，熱膨脹系數α= 0.0000196（1/℃）。耐張段共8檔，檔依次距離為506m、202m、620m、730m、186m、263m、483m和180m，高程H依次為1453m、1377m、1386m、1368m、1329m、1314m、1259m、1244m和1217m。絕緣子串長λ=1.8m，無冰時串重Gi=600N。導線制造溫度t0=15℃，安裝氣溫tj=10℃，補償降溫⊿tj=20℃。

2.2 計算分析

由于現場覆冰數據收集不全，各檔實際覆冰率無法準確判斷，計算過程與實際有一定偏差，但是通過計算分析可知，當第三檔導線覆冰7mm時，第三檔和第四檔弧垂值分別為30.35m和31.31m；當第四檔導線覆冰7mm時，第三檔和第四檔弧垂值分別為21.6m和39.9m；當耐張段無覆冰時，第三檔和第四檔弧垂值分別為16.2m和22.4m；當耐張段覆冰7mm時，第三檔和第四檔弧垂值分別為26m和36m。

根據現場實際情況分析，導線上相第四檔覆冰，導線中相第三檔覆冰時，導線第四檔相間距離將減少39.9m-31.3m=8.6m，是造成相間短路主要原因；此時絕緣子串已經發生偏移，檔距將向弧垂增大一側偏移，進一步減少相間距離，通過將I串改為“八字串”抑制絕緣子串偏移，減少檔距變小引起相間距離，同時能夠釋放一部分桿塔所受不平衡張力。

3 八字串設計原理

原設計直線塔I型絕緣子串，在正常運行中懸垂串均處在垂直位置，各直線桿塔不存在張力差，但是在不均勻覆冰情況下，將使耐張段中各檔距中的導線張力變化較大，如果通過采用特殊設計的順線路方向的八字串方案，使兩串絕緣子上預先承受一定的水平張力，且兩支絕緣子上的水平張力相互抵消；一旦出現兩側導線張力不平衡情況，則張力增大側導線上的水平張力部分或全部由該側絕緣子來平衡，而另一支絕緣子上的水平張力則基本保持不變，雖然不能遏止導線覆冰的形成以及脫冰跳躍引起的線間絕緣距離不夠的現象，但是能從一定程度上維持絕緣子串不偏移，限制絕緣子串大幅偏移后引起的導、地線相間、相地距離的弧垂變化，同時也能改善絕緣子串冰閃等現象發生。

4 八字串校核分析

4.1 夾角確定

由于絕緣子串有夾角的存在，采用八字串改造時，為了更好的滿足受力要求，有更高的安全系數，兩絕緣子串夾角不宜過大；為了具有較好電氣特性，兩絕緣子串夾角也不宜太小。應根據2方面的要求進行綜合分析，建議八字串的夾角取60°。

4.2 掛點金具校核

考慮到塔頭結構形式不能改變，懸垂串第一個連接金具仍采用UB掛板與塔頭相連。這樣不但保留了原掛點強度，而且便于施工。

4.3 主要連接金具校核

由于八字串單支絕緣子串與豎直方向成一定夾角（30°），塔頭將多受一個水平分力的作用，改變了原來掛點受力情況，設計建議采用雙掛板將兩個UB掛板聯為一體，這樣不但保證八字串的懸掛角度，而且使水平分力在雙掛板上抵消從而解決上述問題。由于雙掛板兩掛點距離較大，受力容易變形，要求在雙掛板上增加了螺栓和鋼套來固定和加固雙掛板。

4.4 懸垂金具校核

由于絕緣子串有夾角的存在，所以不管鐵塔兩端是否存在張力差，懸垂線夾都將對導線附加一個順線握力，當兩絕緣子串夾角越大，其水平分力越大，所以八字串對懸垂線夾握力有著更高的要求，另外為了結構緊湊和便于安裝，建議重新設計大握力懸垂線夾（此部分由相關金具廠家進行專門設計），線夾握力達到導線額定抗拉力35%，取26kN，同時達到原設計絕緣子串破壞強度以及線夾出線角度。

結論

針對輸電直線塔順線路方向不均勻覆冰雪的防治措施，在對覆冰導線理論進行計算分析基礎上，設計了雙掛點雙聯60°八字懸垂串型，并對八字懸垂串型的結構、強度等因素校核分析。

實踐表明所設計的八字懸垂串型能夠滿足各項設計要求，并且有效地防止了因線路不均勻覆冰雪引起相間、相地間放電掉閘故障的發生。該技術對國內外順線路方向不均勻覆冰雪導致相間、相地放電的防治措施研究具有重要意義，待應用成熟后可在國內同類故障區域推廣應用。

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