山東電網(wǎng)500 kV輸電線路舞動治理新型子導(dǎo)線間隔棒的設(shè)計及應(yīng)用

程學(xué)啟 ，郎需軍 ，姚元璽 ，李 宏 ，魏 寧

（1.山東電力集團公司，山東 濟南 250001；2.山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013；3.四平線路器材廠，吉林 四平 136001；4.淄博泰光電力器材廠，山東 淄博 255032）

0 引言

2010年1月20日和2月28日，山東遭受兩次大范圍大風(fēng)雨雪冰凍天氣，造成67條157條次220 kV、500 kV線路跳閘，電網(wǎng)運行出現(xiàn)多次重大險情，用戶負荷受到一定程度影響。山東電網(wǎng)在短時間內(nèi)連續(xù)發(fā)生兩次大面積線路舞動，范圍之大、時間之長是歷史上從未發(fā)生過的。

按照國家電網(wǎng)公司及山東電力集團公司的要求，要對發(fā)生過覆冰舞動的線路進行治理，2010年首批治理的6條500 kV雙回線路（益川ⅠⅡ、濱油Ⅱ、壽油ⅠⅡ、光壽ⅠⅡ、霞昆ⅠⅡ、辛聊ⅠⅡ）導(dǎo)線垂直排列的導(dǎo)線上安裝相間間隔棒。

目前運行的220 kV常規(guī)線路、500 kV緊湊型線路上安裝相間間隔棒的防舞措施已經(jīng)具有較為成熟的運行經(jīng)驗，但在常規(guī)垂直排列的500 kV線路上目前國內(nèi)尚無運行經(jīng)驗。在簡要分析相間間隔棒的防舞機理和串型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對連接分裂導(dǎo)線的子導(dǎo)線間隔棒進行了優(yōu)化設(shè)計，研制出一種新型的子導(dǎo)線間隔棒，已廣泛應(yīng)用在山東電網(wǎng)500 kV線路的舞動治理上。

1 相間間隔棒防舞的基本原理及串型結(jié)構(gòu)

1.1 相間間隔棒防舞的基本原理

相間間隔棒可將電力線路中的各相導(dǎo)線機械地連接起來，使各導(dǎo)線的運動相互制約。研究表明，相間間隔棒抑制導(dǎo)線舞動的機理在于其拉力 （而非支撐力）的牽制作用，使各相導(dǎo)線的不同期強迫振動載荷（不均勻覆冰的空氣動力提供）相互平衡抵消，從而抑制導(dǎo)線舞動。從實際使用效果上看，相間間隔棒是當(dāng)前防舞動效果最好、最可靠的防舞器械之一。

1.2 相間間隔棒防舞串型結(jié)構(gòu)

根據(jù)相間間隔棒生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀和防舞功能需求，相間間隔棒可采取雙節(jié)合成絕緣子聯(lián)接或整支合成絕緣子的型式。

整支合成絕緣子的型式其單節(jié)長度接近12 m，生產(chǎn)運輸及安裝極不方便。本次山東電網(wǎng)舞動治理采用了雙節(jié)式合成絕緣子，兩節(jié)之間采用方向轉(zhuǎn)動靈活的“U”環(huán)與聯(lián)板連接，其設(shè)計安裝示意圖如圖1。

圖1 雙節(jié)式相間間隔棒

2 子導(dǎo)線間隔棒的設(shè)計與應(yīng)用

2.1 常規(guī)子導(dǎo)線間隔棒

以往應(yīng)用于相間間隔棒的分裂子導(dǎo)線間隔棒均采用常規(guī)線路用的四分裂阻尼間隔棒，國內(nèi)較常采用的阻尼型四分裂間隔棒有十字型雙框架、矩型單框架、方型雙框架、方型單框架等結(jié)構(gòu)，這些間隔棒在設(shè)計時只考慮支撐分裂導(dǎo)線、抑制次檔距振蕩等，向心力、對邊拉壓力設(shè)計值較小，強度較低。在線路發(fā)生舞動時非常容易遭到破壞，圖2所示。

2.2 防舞動相間間隔棒用子導(dǎo)線間隔棒

從現(xiàn)場照片可以看出，發(fā)生舞動的輸電線路，大多都有子導(dǎo)線間隔棒線夾、框架斷裂的情況發(fā)生，尤其是四分裂線路間隔棒在線路舞動時損毀嚴重，個別間隔棒的四個夾頭均發(fā)生斷裂。

與常規(guī)分裂子導(dǎo)線的間隔棒相比，相間間隔棒所采用的子導(dǎo)線間隔棒由于要握住兩相間隔較大的導(dǎo)線或多根子導(dǎo)線，除需滿足分裂子導(dǎo)線間隔棒的要求，還需承受舞動，冰雪跳躍或線路短路所引起的沖擊力；也就是說，相間間隔棒所采用的子導(dǎo)線間隔棒必須具備較分裂導(dǎo)線間隔棒更高的機械強度。

圖2 受損壞的子導(dǎo)線間隔棒

2.3 防舞動相間間隔棒用子導(dǎo)線間隔棒荷載要求

相間間隔棒所采用的子導(dǎo)線間隔棒機械性能除滿足分裂導(dǎo)線間隔棒性能，在設(shè)計上還應(yīng)考慮當(dāng)線路舞動時，相間間隔棒的軸向拉（壓）載荷。

導(dǎo)線舞動時相間間隔棒軸向拉（壓）載荷可按下式簡單計算：

舞動時： P=3.14/8（We+Wi）lN

脫冰跳躍時：P=0.44（We+Wi）lNK

式中：P為相間間隔棒軸向拉（壓）載荷；We為導(dǎo)線單位長度自重，N/m；Wi為單位長度導(dǎo)線上的覆冰質(zhì)量，N/m；l為檔距，m；N為分裂子導(dǎo)線的根數(shù)；K為冰雪的脫落次數(shù)。

采用上式計算結(jié)果并應(yīng)考慮最小2.5倍的安全系數(shù)，用于LGJ-400/35的相間間隔棒框架軸向拉（壓）力應(yīng)不小于100kN，間隔棒夾頭強度可適度降低，相間間隔棒的軸向拉（壓）力可按60kN左右考慮。

為了解各不同結(jié)構(gòu)常規(guī)阻尼間隔棒組成的相間間隔棒軸向拉（壓）載荷，分別對十字形雙框架、矩形單框架、方形雙框架、方形單框架等多種形式相間間隔棒的軸向拉（壓）載荷的對比試驗，從試驗結(jié)果看，子導(dǎo)線間隔棒框架的強度在60kN至70 kN之間，均不能滿足相間間隔棒框架軸向拉（壓）載荷100 kN的要求。

2.4 防舞動相間間隔棒用子導(dǎo)線間隔棒結(jié)構(gòu)設(shè)計

新研制的相間間隔棒用子導(dǎo)線間隔棒采用方形單框架結(jié)構(gòu)、阻尼關(guān)節(jié)為圓形結(jié)構(gòu)、夾頭處“鉸鏈式線夾”配合“穿銷握緊”結(jié)構(gòu)。線路舞動時，導(dǎo)線均有不同程度的覆冰，間隔棒強度設(shè)計按最大20 mm覆冰考慮，并考慮2.5倍的安全系數(shù)。為保證間隔棒的電氣性能，間隔棒線夾頭部圓弧不小于常規(guī)相同間隔棒的尺寸。對影響間隔棒疲勞性能的阻尼關(guān)節(jié)及線夾夾持導(dǎo)線的墊瓦，采用常規(guī)間隔棒相同的結(jié)構(gòu)尺寸，保證所設(shè)計的間隔棒滿足所適用導(dǎo)線對間隔棒疲勞性能的要求。

相間間隔棒用子導(dǎo)線間隔棒還設(shè)計有兩個支撐板、兩個連接板和一個直角掛板，兩個支撐板采用緊固件安裝在間隔棒框架兩側(cè)，在垂直方向，采用緊固件將連接板安裝在支撐板和間隔棒外側(cè)，直角掛板的單板側(cè)與連接板相連。支撐板、連接板、直角掛板的強度均不小于100 kN。與合成絕緣子的連接采用了“U”型掛環(huán)，加大了活動裕度，保證在大風(fēng)等惡劣天氣下，相間間隔棒的任何部位不與導(dǎo)線發(fā)生摩擦碰撞等損傷導(dǎo)線的情況。

新研制的子導(dǎo)線間隔棒設(shè)計圖例及照片如圖3、圖 4、圖 5。

圖3 新型子導(dǎo)線間隔棒設(shè)計圖例

圖4 子導(dǎo)線間隔棒實物照片

圖5 子導(dǎo)線間隔棒實物照片

其技術(shù)條件如下：

1）適用導(dǎo)線型號：LGJ-400/35型鋼芯鋁絞線

2）分裂間距：450 mm

3）與相間間隔棒采取環(huán)形連接

4）整體框架破壞拉斷力大于100 kN

3 實驗

3.1 引用執(zhí)行的主要標準

1）GB2314-2008電力金具通用技術(shù)條件；

2）GB/T2315-2008電力金具 標稱破壞載荷系列及連接型式尺寸；

3）DL/T683-1999電力金具產(chǎn)品型號命名方法；

4）GB/T2317.1-2000電力金具 機械試驗方法；

5）DL/T 764.1-2001電力金具專用緊固件六角頭帶銷孔螺栓；

6）電力金具專用緊固件閉口銷；

7）GB/T2317.4-2000電力金具驗收規(guī)則、標志和包裝；

8）GB/T 2338-2002架空電力線路間隔棒技術(shù)條件和實驗方法。

3.2 試驗結(jié)果

1）相間間隔棒的向心力試驗：試驗值大于19.5 kN；

2）對邊拉（壓）力試驗：試驗值大于9 kN；

3）順線握力試驗：試驗值大于2.5 kN；

4）扭握力試驗：試驗值大于40 N·m；

5）相間間隔棒框架軸向拉（壓）力試驗：試驗值大于100 kN；

6）支撐板、連接板、直角掛板的強度試驗：試驗值大于100 kN。

從試驗結(jié)果看，新研制的相間間隔棒各項機械性能指標均滿足設(shè)計要求。

4 結(jié)論

1）通過對我國適用于LGJ-400/35導(dǎo)線不同結(jié)構(gòu)四分裂阻尼間隔棒組成的相間間隔棒框架軸向拉（壓）力試驗，其強度在60～70 kN之間，均不能滿足該導(dǎo)線相間間隔棒強度100 kN的要求。

2）通過對新型相間間隔棒框架軸向拉（壓）力試驗，其強度不小于100 kN，比其它線路用的分裂導(dǎo)線間隔棒組成的相間間隔棒強度高30～40 kN。

3）與絕緣子、分裂導(dǎo)線間隔棒相連的連接板結(jié)構(gòu)簡單，減少了墊塊等多個附件，安裝非常方便，同時減輕了不必要的重量。

4）分裂導(dǎo)線間隔棒部件采用單框架結(jié)構(gòu)，簡化了連接板調(diào)整結(jié)構(gòu)。

綜上所述，在分析整串相間間隔棒結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對子導(dǎo)線間隔棒的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計。聯(lián)合金具廠家，研制出一種新型的子導(dǎo)線間隔棒，其機械性能除滿足普通分裂導(dǎo)線間隔棒性能外，在設(shè)計上充分考慮線路舞動時，相間間隔棒的軸向拉（壓）載荷。對子導(dǎo)線間隔棒與復(fù)合絕緣子的連接方式進行了優(yōu)化設(shè)計，設(shè)計有兩個支撐板、兩個連接板和一個直角掛板，采用U型環(huán)連接，轉(zhuǎn)動靈活，保證在各種工況下，相間間隔棒的任何部位不與導(dǎo)線發(fā)生碰撞。試驗結(jié)果證明各項機械性能指標均滿足設(shè)計要求，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在山東電網(wǎng)的舞動治理線路上。