110～220kV防舞绝缘子串真型实验及其设计手册的编制

110～220kV防舞绝缘子串真型实验及其设计手册的编制

张波1王茂成2刘英亮1李永军3李清禄3谭

(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：本文简要介绍了国内外首个输电线路数控舞动实验基地和数控舞动实验装置的组成，开展了悬垂串、V型串和耐张串的对比试验，完成110～220kV防舞绝缘子串的真型试验和设计手册的编制。

关键词：110～220kV；防舞绝缘子串；真型实验；设计手册

1.复合绝缘子舞动实验基地

烟台220kV芝罘站内的线路复合绝缘子舞动实验基地位于美丽的世回尧公园北侧，一条马路之隔，环境优美。复合绝缘子绝缘子串舞动实验装置包括终端钢管杆（1）、终端钢管杆（2）、双分裂导线（3）、复合绝缘子耐张双串（4）、机械舞动装置（5）、直线钢管杆（6）、复合绝缘子悬垂串（7）、复合绝缘子V形串（8）和舞动监测装置（9）等。

具体做法：首先，终端钢管杆（1）和终端钢管杆（2）的结构高度均取3(4)米，两终端钢管杆之间距离取80～100米；其次，多分裂导线（3）型号取2×LGJ-400/35双分裂型，导线弧垂0.5～1.0米以满足导线设计张力技术要求，以复合绝缘子耐张串（4）分别连接于终端钢管杆（1）、终端钢管杆（2）；再次，将机械舞动装置（5）置于终端钢管杆（1）和终端钢管杆（2）中间位置，并与双分裂导线（3）连接；最后，在终端钢管杆（1）和机械舞动装置（5）之间，偏离连接线2～3米位置，设立直线钢管杆（6），其结构高度均取5(6)米；直线钢管杆（6）上悬挂的复合绝缘子悬垂串（7）或复合绝缘子V形串（8）与导线相连接。机械舞动装置（5）带动导线做频率为0.1～0.3HZ的舞动，舞动监测装置（9）舞动监测装置（9）安装于终端钢管杆（1）上，观测、记录复合绝缘子耐张串（4）、复合绝缘子悬垂串（7）和复合绝缘子V形串（8）在舞动过程中的运动轨迹，为研究、设计、运行人员提供参考，如何进一步加强、涉及优化复合绝缘子耐张串（4）、复合绝缘子悬垂串（7）和复合绝缘子V形串（8）的组装型式。

2.Wave-2010舞动试验机技术方案

Wave-2010试验机采用数控系统控制、伺服系统驱动、齿轮齿条传动、直线导轨导向。编程系统编出的控制程序，输入实验机可以产生圆形、椭圆形以及任意曲线轨迹，尽最大限度地模拟自然风场对电缆线的舞动，以便做电缆线及相关部件的疲劳、磨损试验。

本试验机的工作方式是：电缆两端固定、中间舞动。

主要技术参数：

a．采用双分裂导线舞动为依据进行设计，导线固定间距100mm。

b．导线LGJ-400型的拉力负载，最大静态设计张力39.48kN，舞动时最大张力为80kN，重力负载1.348kg/m。

c．导线长度（档距100m），导线两端离地面高度3m＂

d．导线截面积425.24mm2，综合弹性系数65000Mpa，线膨胀系数。

线膨胀系数：一般指由于外界温度、压力（主要指温度）变化时，物体的线性尺寸随温度、压力（主要指温度）的变化率。

e．舞动幅度：长轴0～2m，短轴0～1m。

f．频率：F=0.1～0.3Hz，频率与行程成反比关系。

产品主要配置：

a．数控系统：美国进口DAGGERNC。

b．操作屏幕：15”触摸显示屏。

c．伺服系统：西门子交流伺服系统。

d．减速机：进口品牌减速机。

e．直线导轨：进口品牌滚珠直线导轨。

f．编程软件：澳大利亚FastCAM，用户自行配置编程用的计算机。

3.复合绝缘子舞动实验及其结果分析

根据人工模拟、三维动态模拟和真型实验等三种实验方案，发现：在线路舞动过程中，导线耐张串、悬垂串和V形串在环环相接内弧U型环的特殊连接情况下，均有不同程度的轴向转动现象，悬垂串轴向转动最为明显，V形串和耐张串依次减弱，经认真分析，发现耐张串高压端的二联板与直角挂板或碗头挂板之间的轴向转动角较大，而悬垂串和V形串不存在这个问题，这也说明了架空输电线路运行过程中导线悬垂串更容易发生脆断、掉串现象之一。为此，对防舞绝缘子串中的复合绝缘子分为球头球窝连接和单螺孔连接两种形式开展防舞绝缘子串的优化设计，前者适合于一级舞动区，后者适合于二级及以上舞动区。对于风振比较突出的微气候、微地形地带，发现标准U型挂环存在磨损现象，因此，应参考选用耐磨型内弧U型挂环。

110～220kV防舞绝缘子串设计手册在2011年国家电网公司通用绝缘子串设计手册基础上开展优化设计的，双分裂导线以山东电网双分裂导线为主，并改为有利于防舞的微斜形排列方式，并且不影响悬垂串摇摆角。选择110kV通用模块中的单导线绝缘子串8种，双分裂导线绝缘子串7种；单导线绝缘子串优化设计衍生出19种，双分裂导线绝缘子串衍生出15种。选择220kV通用模块中的单导线绝缘子串9种，双分裂导线绝缘子串7种；单导线绝缘子串优化设计衍生出22种，双分裂导线绝缘子串衍生出14种。110～220kV通用模块合计选择了31种，在此基础上优化设计衍生出70种；优化设计的防舞绝缘子串组装图详见附件资料。

4.结语

实验表明，在线路舞动过程中，悬垂串轴向转动最为明显，V形串和耐张串依次减弱；防舞绝缘子串中的复合绝缘子分为球头球窝连接和单螺孔连接两种形式开展防舞绝缘子串的优化设计，前者适合于一级舞动区，后者适合于二级及以上舞动区。

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]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

张波（1963.10）:男，汉，教授，山东大学电气工程学院，电力系统及其自动化。

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。

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。

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。