220kV防舞绝缘子串真型实验模块的选取与分析

220kV防舞绝缘子串真型实验模块的选取与分析

刘英亮1王茂成金晓唐李永军3李清禄3谭哲

（1山东大学电气工程学院山东济南250061；

2国网烟台供电公司经研所山东烟台264000；

3山东欣民电力工程咨询有限公司山东蓬莱265600）

摘要：高压架空线路绝缘子串是电网中最基本也是非常重要的组成部分，应能经受住各种恶劣气象条件的严峻考验，确保输电线路安全可靠运行。自复合绝缘子应用20多年来，高压架空线路复合绝缘子串基本没有多大改变，复合绝缘子在运行过程中受扭、降低使用使命问题一直困扰电力技术人员。根据国家电网公司输变电工程通用设计-220kV输电线路金具分册（2011年版）内容，提出220kV绝缘子串三维动态模拟与真型试验所需模块的推荐方案，研究出一套新型220kV线路防舞绝缘子串设计手册。

关键词：220kV；抗舞绝缘子串；真型实验模块

1.220kV线路防舞绝缘子串三维动态模拟与真型试验所需模块的推荐方案

根据外委合同的内容，在《国家电网公司输变电工程通用设计—220kV输电线路金具手册》中选取常用的10种典型复合绝缘子串及其基础上优化的防舞型复合绝缘子串为研究对象，供真型试验用；后因试验费用不足，选取了模块1、模块3、模块5、模块7、模块8等5个人模块。复合绝缘子串种类包括导线耐张串、悬垂串、V形串和跳线串；复合绝缘子分单联螺孔结构和球头、球窝结构两种；导线分单导线和双分裂导线水平排列两种。

1.1模块1（P16）：2XD11-0000-10H-2A，为单导线100kN复合绝缘子串单联I型悬垂串。

选择理由：2XD11-0000-10H-1A模块的联塔金具为ZBS挂板，联塔金具与复合绝缘子之间以QP球头挂环联结，缺点是，复合绝缘子上均压环距导线横担较近，限制了悬垂串的允许摇摆角；2XD11-0000-10H-2A模块的联塔金具为EB挂板，联塔金具与复合绝缘子之间依次以2付U型挂环和1付QP球头挂环联结，优点是，复合绝缘子上均压环距导线横担较远，悬垂串的允许摇摆角较大，方便工程设计人员排塔位，在线路舞动过程中也有利于保护复合绝缘子上均压环，不至于触碰导线横担，缺点是，多了2付U型挂环。

对于1级及以下舞动区域，在2XD11-0000-10H-2A模块基础上，将2付U型挂环改为内弧U形环，环-环相接，可使复合绝缘子串具有±10～20°的轴向转动功能，在线路舞动过程中避免复合绝缘子芯棒受扭，确保复合绝缘子的机械性能。

对于2级及以上舞动区域，同塔双回线路覆冰舞动的预防比带电检修更重要，尤其目前同塔双回线路无法实现带电检修；复合绝缘子为整支可挠曲、不可击穿型，不存在“零值”问题，因此，复合绝缘子两端的金属球头、球窝可均改为螺孔连接结构，去掉W形锁紧销子，与金具实现螺栓联结，杜绝导线舞动或超设计风速可能出现的球头、球窝脱离导致掉串或球头断裂现象。另外，悬垂线夹宜更换为预绞式悬垂线夹，如2XD11CL-0000-10H-2A模块,本项目试验过程可不予考虑,在编制设计手册阶段，一并示出。

综合以上，对于模块1，需要作3种三维动态模拟试验和真型试验，进行对比分析，选出最佳设计方案。

1.2模块3（P126）：2XP11-4000-10P(H)-2A，为水平双分裂导线100kN复合绝缘子串单联I型悬垂串。

选择理由：2XP11-4000-10P(H)-1A模块的联塔金具为ZBS挂板，联塔金具与复合绝缘子之间以QP球头挂环联结，缺点是，复合绝缘子上均压环距导线横担较近，限制了悬垂串的允许摇摆角；2XP11-4000-10P(H)-2A模块的联塔金具为EB挂板，联塔金具与复合绝缘子之间依次以2付U型挂环和1付QP球头挂环联结，优点是，复合绝缘子上均压环距导线横担较远，悬垂串的允许摇摆角较大，使工程设计人员更加灵活地排塔位，在线路舞动过程中也有利于保护复合绝缘子上均压环，不至于触碰导线横担；国网2011年版铁塔通用设计手册关于间隙园风偏角计算方面，复合绝缘子串长取3126mm，而模块3的复合绝缘子串长为3080mm（FXBW-220/120-3型复合绝缘子结构高度为2470mm），完全适于国网2011年版铁塔通用设计塔头间隙圆设计尺寸；缺点是，多了2付U型挂环。

图1：模块1图2：模块3图3：模块5

对于1级及以下舞动区域，在2XP11-4000-10P(H)-2A模块基础上，将2付U型挂环改为内弧U形环，环-环相接，可使复合绝缘子串具有±10～20°的轴向转动功能，在线路舞动过程中避免复合绝缘子芯棒受扭，确保复合绝缘子的机械性能。如果采用2XP11-4000-10P(H)-2A模块，将环-环相接的2付内弧U形环移至高压端，即复合绝缘子与联板之间，在导线不规则舞动过程中，直接避免复合绝缘子芯棒受扭；若安装在接地端，需通过复合绝缘子芯棒将轴向扭力传到低压端的环-环相接的内弧U形环，消化扭转力。因此，2付内弧U形环的安装位置，各有利弊，需作为重点开展试验对比。

对于2级及以上舞动区域,双分裂导线间距由400mm改为450mm。同塔双回线路覆冰舞动的预防比带电检修更重要，尤其目前同塔双回线路无法实现带电检修；复合绝缘子为整支可挠曲、不可击穿型，不存在“零值”问题，因此，复合绝缘子两端的金属球头、球窝可均改为螺孔连接结构，去掉W形锁紧销子，与金具实现螺栓联结，杜绝导线舞动或超设计风速可能出现的球头、球窝脱离导致掉串或球头断裂现象。另外，悬垂线夹宜更换为预绞式悬垂线夹，如2XP11CL-4000-10P(H)-2A模块,本项目试验过程可不予考虑。

综合以上，对于模块3，与模块1和2有所区别，考虑到2付内弧U形环的安装位置，需要作4种三维动态模拟试验和真型试验，进行对比分析，选出最佳设计方案。

1.3模块5（P451）：2VP11-4000-12P(H)，为水平双分裂导线120kN复合绝缘子串单联V型悬垂串。

这种组装形式仅两种，一是普通悬垂线夹型，二是预绞式悬垂线夹型。接地端的联塔金具为高一个强度等级的U形挂环，然后依次为普通U形挂环、DB调整板、PT调整板、直角挂板和QP球头挂环，金具连接复杂，成本高。除直线塔兼小转角需要调整V型悬垂串两支长度外，V型悬垂串满足大气过电压下的安全距离即可，不需调整。因此，对于非舞动区域和1级及以下舞动区域，V型悬垂串中复合绝缘子两端均安装环-环相接的2付内弧U形环和拉杆即可，既降低金具成本，又能在线路舞动过程中避免复合绝缘子芯棒受扭，确保复合绝缘子的机械性能。

对于2级及以上舞动区域，同塔双回线路覆冰舞动的预防比带电检修更重要，尤其目前同塔双回线路无法实现带电检修；复合绝缘子为整支可挠曲、不可击穿型，不存在“零值”问题，因此，复合绝缘子两端的金属球头、球窝可均改为螺孔连接结构，去掉W形锁紧销子，与金具实现螺栓联结，杜绝导线舞动或超设计风速可能出现的球头、球窝脱离导致掉串或球头断裂现象。另外，悬垂线夹宜更换为预绞式悬垂线夹，如2VP11CL-4000-12P(H)模块,双分裂导线间隔由400mm改为450mm；本项目试验过程可不予考虑。

综合以上，对于模块5，需要作2种三维动态模拟试验和真型试验，进行对比分析，选出最佳设计方案。

1.4模块7（P652）：2ND21Y-0040-10H，为单导线100kN复合绝缘子串双联单挂点耐张串。

这种组装形式仅1种，NY型压缩性耐张线夹。接地端的联塔金具为高一个强度等级的U形挂环，然后依次为延长环、U形环、二联板、直角挂板和QP球头挂环；高压端的联塔金具依次为WS碗头挂板、二联板、直角挂板、调整板、U形环和耐张线夹。

对于非舞动区域和1级及以下舞动区域，耐张串中复合绝缘子一端或另一端以环-环相接的2付内弧U形环替代接地端的直角挂板或高压端的WS碗头挂板，在绝缘子串安装、运行和线路舞动过程中避免复合绝缘子芯棒受扭，确保复合绝缘子的机械性能。

对于2级及以上舞动区域，同塔双回线路覆冰舞动的预防比带电检修更重要，尤其目前同塔双回线路无法实现带电检修；复合绝缘子为整支可挠曲、不可击穿型，不存在“零值”问题，因此，复合绝缘子两端的金属球头、球窝可均改为螺孔连接结构，去掉W形锁紧销子，与金具实现螺栓联结，杜绝导线舞动或超设计风速可能出现的球头、球窝脱离导致掉串或球头断裂现象。耐张串中复合绝缘子一端或两端以环-环相接的2付内弧U形环替代接地端的直角挂板或高压端的WS碗头挂板；究竟需要一端还是两端配置环-环相接的2付内弧U形环，并且若一端配置2付内弧U形环，是在接地端还是高压段，需要试验对比，并考虑耐张串轴向转动对导线跳线（串）的影响。

综合以上，对于模块7，需要作5种三维动态模拟试验和真型试验，进行对比分析，选出最佳设计方案。

1.5模块8（P694）：2NP21Y-4040-12P(H)，为水平双分裂导线120kN复合绝缘子串双联单挂点耐张串。

这种组装形式仅1种，NY型压缩性耐张线夹。接地端的联塔金具为高一个强度等级的U形挂环，然后依次为延长环、U形环、二联板、直角挂板和QP球头挂环；高压端的联塔金具依次为WS碗头挂板、二联板、直角挂板、调整板、U形环和耐张线夹。

对于非舞动区域和1级及以下舞动区域，耐张串中复合绝缘子一端或另一端以环-环相接的2付内弧U形环替代接地端的直角挂板或高压端的WS碗头挂板，在绝缘子串安装、运行和线路舞动过程中避免复合绝缘子芯棒受扭，确保复合绝缘子的机械性能。

对于2级及以上舞动区域，同塔双回线路覆冰舞动的预防比带电检修更重要，尤其目前同塔双回线路无法实现带电检修；复合绝缘子为整支可挠曲、不可击穿型，不存在“零值”问题，因此，复合绝缘子两端的金属球头、球窝可均改为螺孔连接结构，去掉W形锁紧销子，与金具实现螺栓联结，杜绝导线舞动或超设计风速可能出现的球头、球窝脱离导致掉串或球头断裂现象。耐张串中复合绝缘子一端或两端以环-环相接的2付内弧U形环替代接地端的直角挂板或高压端的WS碗头挂板；究竟需要一端还是两端配置环-环相接的2付内弧U形环，并且若一端配置2付内弧U形环，是在接地端还是高压段，需要试验对比，并考虑耐张串轴向转动对导线跳线（串）的影响。双分裂导线间隔由400mm改为450mm。

综合以上，对于模块8，需要作5种三维动态模拟试验和真型试验，进行对比分析，选出最佳设计方案。

图4：模块7

图5：模块8

2.结语

对于2级及以上舞动区域，复合绝缘子由常规的球头、球窝结构改为单螺孔结构，取消锁紧销子，杜绝球头断裂或从球窝脱落；内弧U形环的环-环相接创新技术可使悬垂串、耐张串、跳线串和V形串能够轴向转动±20°，免除拉扭动载标准试验中±10°扭转因素，从根本上确保复合绝缘子的机械性能，避免端部密封处损坏或破裂，实现复合绝缘子的全寿命运行。

参考文献

[1]国家电网公司输变电工程通用设计-220kV输电线路金具分册（2011年版），中国电力出版社.

[2]孙昌富,梁曦东,周远翔,等.合成绝缘子动载性能的研究[J],电网技术,2002.26(12):33-36.

[3]王茂成.基于220kV耐张复合绝缘子串优化设计的研究[J],中国电力,2005.38(4)：46-49.

[4]沈庆河，程学启.复合绝缘子的动载机械性能研究[J]，电网技术，2006.30（12）:75-77.

[5]陈刚,蔡炜.复合绝缘子在耐张串上的应用[J],高电压技术,2006,32(3):16-17.

[6]张锐,吴光亚.直流复合绝缘子在耐张串上的应用及试验分析[J]，高电压技术，2006.32(9):129-131.

[7]樊灵孟,肖勇,周华敏.广东电网污秽地区耐张串试用复合绝缘子运行情况分析[J],电网技术，2006，6，30（12）：37-41

[8]王茂成，邹悦.输电线路复合绝缘子和金具串的优化设计[J],电力建设,201,4,47(11):96-99.

作者简介

刘英亮（1970.1）:男，汉，高级工程师，山东大学电气工程学院，从事输电线路研究。

王茂成(1964.11):男，汉，工程技术应用研究员，国网烟台供电公司，从事输电线路设计。

金晓唐（1997.10）:男，汉，在校本科生，山东大学电气工程学院，电力系统及其自动化。

李永军（1971.9）:男，汉，工程师，山东欣民电力工程咨询有限公司，从事电力设计管理。

李清禄（1981.11）:男，汉，山东欣民电力工程咨询有限公司，从事输电线路设计。

谭哲山（1986.12）:男，汉，山东欣民电力工程咨询有限公司，从事输电线路设计。

王鹏（1990.12）:男，汉，山东欣民电力工程咨询有限公司，从事输电线路设计。

迟慎鹏（1992.4）:男，汉，山东欣民电力工程咨询有限公司，从事输电线路设计。

肖鹏（1991.11）:男，汉，山东欣民电力工程咨询有限公司，从事输电线路设计。