緊湊型架空輸電線路V形復(fù)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(shí)，極大地減小了輸電走廊寬度。V形復(fù)合絕緣子串可以有效防止輸電線路擺動(dòng)，在緊湊型線路中得到了廣泛應(yīng)用。此外，V形復(fù)合絕緣子串在大風(fēng)載荷作用下，具有良好的風(fēng)偏穩(wěn)定性。本文分析了V形絕緣子串的受力情況，對(duì)輸電線路作用于懸掛點(diǎn)的水平和垂直載荷進(jìn)行了計(jì)算。

一、引言

1999年11月，我國(guó)自行設(shè)計(jì)研究的第一條500kV緊湊型輸電線路“昌平—房山”線建成投產(chǎn)[1]。我國(guó)緊湊型架空線路的設(shè)計(jì)與建設(shè)中，三相導(dǎo)線采用V形絕緣子串懸掛方式。這可以減輕線路因風(fēng)載而引起的擺動(dòng)，以保證導(dǎo)線與接地構(gòu)件間的安全距離。復(fù)合絕緣子因其質(zhì)量輕、機(jī)械強(qiáng)度高、耐污閃性能好等優(yōu)點(diǎn)，在緊湊型線路中得到廣泛應(yīng)用[2]。

2010年昌平—房山線發(fā)生首次復(fù)合絕緣子疲勞斷裂事故。研究發(fā)現(xiàn)：斷裂均發(fā)生在上相V形絕緣子串下風(fēng)向一側(cè)的中下部區(qū)域；與失效的復(fù)合絕緣子同批次的產(chǎn)品也出現(xiàn)了極其相似的疲勞破壞現(xiàn)象。

實(shí)際運(yùn)行的輸電線路，會(huì)因自然風(fēng)作用而發(fā)生擺動(dòng)，對(duì)V形絕緣子串的力學(xué)性能以及空氣間隙絕緣造成影響。因此，研究V形復(fù)合絕緣子串在大風(fēng)作用下的受力情況具有現(xiàn)實(shí)意義，可以為受壓側(cè)復(fù)合絕緣子的屈曲變形和后屈曲形態(tài)研究奠定基礎(chǔ)。

二、V形復(fù)合絕緣子串受力形式

在國(guó)外，V形復(fù)合絕緣子串已廣泛應(yīng)用于緊湊輸電線路。國(guó)內(nèi)已建成的緊湊型線路也均采用了V形絕緣子串結(jié)構(gòu)[5]。長(zhǎng)期以來(lái)，人們認(rèn)為絕緣子串不能承受壓力。因此，最大風(fēng)偏角Ф≤?/2，?為V形絕緣子串夾角，Ф為導(dǎo)線上的風(fēng)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(fēng)向絕緣子承受，下風(fēng)向不受力。

前蘇聯(lián)和國(guó)內(nèi)相關(guān)絕緣子串載荷試驗(yàn)表明，復(fù)合絕緣子串在風(fēng)載荷超過(guò)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(fēng)向的絕緣子受到軸向拉力，而下風(fēng)向絕緣子會(huì)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(dāng)實(shí)際輸電線路在大風(fēng)環(huán)境中運(yùn)行時(shí)，下風(fēng)向絕緣子受到的軸向壓力會(huì)增大。當(dāng)壓力值超過(guò)其屈曲臨界載荷時(shí)，復(fù)合絕緣子便會(huì)發(fā)生屈曲變形而失穩(wěn)（見圖2-2）。因此，計(jì)算水平風(fēng)載荷P與重力G的大小及二者的比例關(guān)系顯得至關(guān)重要。

三、水平、垂直荷載大小計(jì)算

復(fù)合絕緣子懸掛點(diǎn)所受到的作用力來(lái)自于導(dǎo)線。復(fù)合絕緣子自重遠(yuǎn)小于輸電導(dǎo)線的重量，因此可以忽略復(fù)合絕緣子自重的影響；復(fù)合絕緣子所受到的風(fēng)載遠(yuǎn)小于輸電導(dǎo)線所受到的風(fēng)載，因此忽略絕緣子風(fēng)載影響。

（一）水平檔距及水平荷載

懸掛于桿塔上的一檔導(dǎo)線，由于風(fēng)壓作用而引起的水平荷載將由兩側(cè)桿塔承擔(dān)。風(fēng)壓水平荷載是沿線長(zhǎng)均布的荷載，在平拋物線近似計(jì)算中，我們假定一檔導(dǎo)線長(zhǎng)等于檔距，可推倒水平風(fēng)壓荷載公式：

三、結(jié)論

在大風(fēng)覆冰工況下，V形復(fù)合絕緣子串的最大風(fēng)偏角Ф>?/2，因此，下風(fēng)向絕緣子將承受壓力而發(fā)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(fēng)偏變形量，且比值與變形量成正比關(guān)系；

風(fēng)載工況，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笏絹?lái)確定。在求得水平、垂直載荷的基礎(chǔ)上，進(jìn)行受壓復(fù)合絕緣子屈曲變形研究和后屈曲承載能力分析。

參考文獻(xiàn)

[1]王幼文，金永純，高毅等.我國(guó)500kV緊湊型輸電線路的研究與應(yīng)用[J].電力設(shè)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(fù)合絕緣子風(fēng)偏變形分析[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2010，4（3）：77-81.

[4]遂民.架空輸電線路設(shè)計(jì)[M].中國(guó)電力出版社，2007.

（作者單位：1.華北電力大學(xué)；2.國(guó)網(wǎng)新源華東天荒坪抽水蓄能有限責(zé)任公司）