500千伏输电线路耐张串绝缘子防掉串装置研究分析

500千伏输电线路耐张串绝缘子防掉串装置研究分析

李洪胜

江西省电力公司检修分公司 江西 南昌 330000

关键词 单联耐张串 掉串 立板焊缝强度校核 底板螺栓连接强度校核

摘要：500KV线路一般采用四分裂，截面400/35及以上的导线，目前在运行的线路中，有近一半的耐张塔常用金具串为双挂单联耐张金具串。该串在使用过程中也存在一定的安全隐患；由于该绝缘串在设计方案为一串绝缘子承担两根子导线的张力，当其中一串绝缘子失效后，与之相连的两根子导线会因失去控制而直接跌落到地面上，造成线路接地停运，同时对电力线下方跨越点附近造成危害。尤其在重要的交叉跨越段，如跨铁路，高速公路以及人员活动密集区域，容易发生影响较大的公共安全事故，2008年冰灾时期，曾发生过某500千伏输电线路因掉其中一串断裂，使其挂在断开绝缘串上的两个子导线因无后备保护而掉落于地面的事件发生，本装置就是研究一款能够避免这类事故的金具装置。

关键词 单联耐张串 掉串 立板焊缝强度校核 底板螺栓连接强度校核

一 装置作用

本装置通过研究输电线路分裂导线双联双挂点耐张金具串的工作原理，进行结构分析，受力计算，旨在改变现有一拖二的联结方式，在双联串之间建立稳定可靠的联结，由一拖二改为一拖四，既由初期的双串单联变为双串双联。研制一种在断任意一联情况下仍能保持正常工作的新型专用金具，该金具在应用后，在遇到冰灾或其它原因造成其一联断裂掉串时，可将掉串侧的两根子导线张力转移到另一侧正常工作的绝缘串上，减少因掉串落线造成的线路故障，将事故的影响尽可能降到最低，同时方便运检维护，提高线路的安全运行水平。

二 装置目标

1、该金具研发使用后，无需断开现有双串耐张绝缘子的连接，不增加延长金具，不改变现有导线对地的弧垂，在原有联板上加装一个活动金具，就可以达到其中一串绝缘子在掉串后相子导线不掉落，不下垂，保障线路的安全运行。

2、在遇有重要跨越点由于资金或立项目难的原因而不能及时改造的隐患时，可以用使用该装置先行进行改造，以达到重要或“三跨”段不掉线的目的，提高自身的安全运行水平，同时不影响线路下方设备的安全。

3、可采用不停电作业进行改造，提高线路的可用率，对同业对标有一定的提升。

三 研究过程及设计计算

现有的耐张金具串设计，为两串绝缘子分别通过横担处耐张挂点与塔身相连，另一侧通过耐张线夹分别与4根分裂导线相连。在正常工况下，双联串之间只有图一#1支撑架相互连接，且#1支撑架在设计时仅考虑起到间隔转角内外侧金具绝缘子串不发生碰撞的作用；因此在由于冰灾或其它原因造成任何一联断裂（或失效）的情况下，断裂的那一联包括与其联结的2根子导线都会跌落。为了避免此类事故的发生，需要在双联串间加装一个防掉线后备保护装置，以建立可靠联结，在遇有任意一串绝缘子串断联的情况下，断联侧来自分裂导线的张力由未断部分承担；并且保护装置最大使用张力不得超过4根子导线同时作用在单串上的最大张力，避免造成整个金具串整体失效全部跌落的情况。

经过分析，结合现有设备的结构，决定利用#1两侧连接处两三联板进行的螺栓孔加装一个新式金具进行改造，理由如下：

1 ）此处空间较大，串与串之间间隔为470mm，具备改造条件；

2 ）非结构唯一承力点，不用拆卸，不停电也可以安装；

3 ）本身结构尺寸较大，保证加固稳定。

分析整个双联双挂点耐张金具串的工作原理，#1支撑架由左右各一根连接槽钢，前后各一根支撑角钢组成；每根槽钢上下各四颗螺栓，上部螺栓连接#1支撑铁两端的三角联板，下部螺栓连接导线均压环。来自四分裂导线的张力由U型挂环传递给#12三角联板，再通过联板左侧绝缘子串结构传递给铁塔。#1支撑架仅起到间隔双联串作用。

保护装置如图三所示，在支撑架两侧槽钢上各加装一块T字型连板，之间通过P型挂板连接；T字型连板的由一块底板与一块立板焊接而成，底板与槽钢的8颗螺栓相连，立板与P型挂板相连。正常工况下，装置起间隔作用，非主要受力构件；事故工况，断任何一联，分下面几种情况分析：

防掉串金具

图一 ：改造示意图

左侧串绝缘子失效，其余三角联板和U型挂环完；

#10联板左侧（包括联板左侧挂孔以及左侧连接的所有金具、绝缘串）失效，整个装置因导线侧张力发生扭转，断联侧分裂导线的张力通过三角联板、槽钢、立板、P型挂板传递到未断联一侧；

右侧串绝缘子失效，其余三角联板和U型挂环完；

右侧绝缘子串失效，三角联板和U型挂环完好，整个装置因导线侧张力发生扭转，断联侧分裂导线的张力通过三角联板、槽钢、立板、P型挂板传递到未断联一侧；

三角联板左侧及左侧金具失效

右侧和U型挂环完好，此时与第2种情况一样，整个装置因导线侧张力发生扭转，断联侧分裂导线的张力通过三角联板、槽钢、立板、P型挂板传递到未断联的右侧；

三角联板右侧及右侧金具失效

左侧和U型挂环完好，此时与第2种情况一样，整个装置因导线侧张力发生扭转，断联侧分裂导线的张力通过三角联板、槽钢、立板、P型挂板传递到未断联的左侧；

下面以四分裂导线4xJL/LB1A 400/35，图一所示金具为例，分析防掉线装置在极限工况的下的受力：

极限工况下导线张力T=破断力UTS×新线系数K1÷安全系数Kc=(105.7×0.95)/2.5=40.1kN

受力分析: 断联后，如图一串1位移一段距离，且结构转过一定角度后保持平衡

此时JL/LB1A 400/35导线的张力，大小为2×40.1=80.2kN；

校核连接强度：

一 ）立板焊缝强度校核：

底板的厚度不得小于立板的厚度，焊缝高度不得小于12mm;

拉压应力

焊缝长度Lw≥100，焊缝有效厚度he=0.7hf=0.7x12=8.4,二级焊缝抗拉强度设计值 =305；正面角焊缝的强度设计增大系数，对于动力荷载βf=1;所以

N≤100x8.4x305=256.2kN

剪切应力

N≤100x8.4x305=256.2kN

所以作用于与焊缝上的拉力和剪切力不得大于256.2kN

二 ）底板螺栓连接强度校核

单个6.8级M16螺栓的净截面为1.44cm^2,毛截面积为2.01cm^2，抗剪承载力为31.54kN（单剪）63.08（双剪），当板的材质为Q345，厚度12时，承压承载力为67.74 kN；

结论：当耐张绝缘子某串掉串后，其两根子导线的张力为80.2kN，根据计算及国网典型设计要求，该防掉串装置T型联板中立板的螺栓孔径和尺寸为：挂点螺栓选用M24，6.8级；板材厚度为12mm,板与板焊缝高度不小于12mm;材质Q345，宽度须大于100mm，保护边距为60mm;连接P型挂板选用P16及以上型号；联板的截面B-B的抗拉强度及应力比为0.983，当荷载超过80.2/0.983=81.59kN时，立板孔失效，防掉串装置失效，两个绝缘串之间失去连接，已断的绝缘串跌落而未断的绝缘串将保持正常工作。通过上述分析与计算，防掉串装置可行。

参考文献：

[1] 《电力工程高压送电线路设计手册-20架空输电线路设计》

[2] GB5045-3010 《110kV~750kV架空输电线路设计规范》

[3] 《国家电网公司通用设计—金具部分》

作者简介：李洪胜（1976- ）男，江西丰城人，江西省电力公司检修分公司高级技师，研究方向为输电线路的运维及检修。