姜常勝，李學斌，黃 旭，商榮剛

（1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國網(wǎng)沈陽供電公司，遼寧 沈陽 110003；3.國網(wǎng)鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114000）

經(jīng)驗交流

輸電線路部分防舞動相間間隔棒存在問題分析

姜常勝1，李學斌1，黃 旭2，商榮剛3

（1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國網(wǎng)沈陽供電公司，遼寧 沈陽 110003；3.國網(wǎng)鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114000）

防舞動相間間隔棒作為一種抑制輸電線路舞動的措施被廣泛采用。但隨著運行時間的推移，出現(xiàn)了與其連接的導線發(fā)生斷線、導線斷股及本身金具磨損等問題。針對兩起斷線事故及實際運行中出現(xiàn)的其他缺陷，從運行條件、斷口特征、磨損情況等方面，進行了受力分析和理論論證。研究表明，部分防舞動相間間隔棒在設計理念、制造工藝及運行維護方面存在諸多不足，影響輸電線路安全穩(wěn)定運行。并結合實際工作在設計、制造、運維等方面提出了具有建設性的建議。

輸電線路；舞動；相間間隔棒；斷線；靜彎應力

相間間隔棒是一種目前頗為有效的輸電線路防舞動裝置。為減少舞動［1－3］對電網(wǎng)的危害，近年來，防舞動相間間隔棒被大量采用［4－5］。相間間隔棒（包括單導線、分裂導線用相間間隔棒）是在相間或回路之間使用的一種具有絕緣性能和機械強度的支撐裝置。通過將各導線機械地連接起來，使各導線的運動相互制約，以達到降低舞動、防止相（回）間閃絡的目的［6－7］。

隨著運行時間的推移，相間間隔棒運行中存在的問題也逐漸暴露出來。主要為與其連接的導線發(fā)生斷線、斷股及本身金具磨損等問題［8］。目前，大量防舞動相間間隔棒在架空輸電線路運行，如果其本身不滿足運行條件，將對已安裝相間間隔棒的線路構成威脅，后果不堪設想。因此，對導線斷線、斷股及金具磨損情況進行分析，找出存在問題的原因，提出有針對性的建議，變得非常緊迫和重要。

1 遼新1、2號線斷線基本情況介紹

某年4月14日21：58，220 kV遼新2號線B相斷路器跳閘，重合不良，強送不成功。當日22：51，220 kV遼新1號線B相斷路器跳閘，重合不良，強送不成功。當日天氣晴朗，風力5～6級，局部風力達6～7級。

巡視發(fā)現(xiàn)，遼新2號線85～86號塔間（距86號塔約100 m處）上線（B相）防舞動間隔棒與導線磨損嚴重，導致下子導線單根斷線（復導線上下排列）。遼新1號線31～32號塔間（距31號塔約100 m處）上線（B相）防舞動間隔棒與導線磨損嚴重，導致下子導線單根斷線（復導線上下排列）。

遼新1號線31號、32號塔均為SZ42－45鐵塔，檔距為411 m，導線垂直排列。遼新2號線85號塔為SZ42－48，86號塔為SZ42－39，檔距為421 m，導線垂直排列。導線型號為LGJ－400／35。

從氣象條件、斷線位置、桿塔高度及檔距來看，2次斷線情況非常相似。但從導線斷口情況來看，可分析出斷線的機理不同。

2 遼新2號線導線斷口情況

a.導線斷面比較整齊，鋁股和鋼芯均在線夾口附近折斷（如圖1所示）。

圖1 遼新2號線導線斷面情況（a）——線夾側斷面；（b）——導線側斷面

b.外層19根鋁股有17股為疲勞破壞（斷口幾乎呈平面，如圖2（a）所示），有2股被拉斷（有縮徑現(xiàn)象，如圖2（b）所示）。

圖2 鋁股斷口情況（a）——疲勞破壞；（b）——拉斷破壞

c.中層16根鋁股有14股為疲勞破壞，有2股拉斷破壞。

d.內層10根鋁股有7股為疲勞破壞，有3股拉斷破壞。

e.7股鋼芯均為受拉破壞（有縮徑現(xiàn)象）。

3 遼新2號線斷線原因分析

從導線單股斷口情況看，45根鋁股中有38股（占84.4%）是因疲勞發(fā)生破壞的，說明斷線的主要原因是疲勞破壞，先是導線鋁股因疲勞發(fā)生大量斷股，斷線前，僅有全部鋼芯和少量鋁股承受導線張力和負荷電流，無法滿足承受大風荷載及負荷電流要求，在拉力和高溫的共同作用下最終發(fā)生斷線事故。

發(fā)生疲勞破壞的主要原因，人們通常認為是微風振動時動彎應變超標。如文獻［9］規(guī)定：“防舞治理應綜合考慮線路防微風振動性能，避免因采取防舞動措施而造成導地線微風振動時動彎應變超標，從而導致疲勞斷股、損傷；同時應加強防舞效果的觀測和防舞裝置的維護”。綜合分析本次斷線情況，本文認為，微風振動時動彎應變超標不是主要原因。主要原因應是靜（動）彎應力超標所致。

微風振動疲勞機理有研究證明：微風振動將導致導線內部股線之間、導線與線夾之間產(chǎn)生微幅滑移和交變應力，由此產(chǎn)生微風振動磨損，繼而引發(fā)疲勞裂紋的萌生和擴展造成導線損傷，以至于降低導線使用壽命［10］。在線夾接觸區(qū)附近，ACSR導線彎曲程度最大，且承受導線自身質量產(chǎn)生的軸向載荷及線夾的夾緊力作用，導致微動磨損。同時，導線的微動疲勞裂紋從微動磨損斑內形核、擴展，最終導致線股斷裂、失效［11－13］。

本次斷線事故的間隔棒線夾與導線間可能存在微動疲勞，但該線路有兩個疑點：一是該線路運行時間不到1年，微風振動疲勞破壞應不足以發(fā)生斷線事故；二是微風振動疲勞破壞時，導線斷股位置是隨機的［14］，而靜（動）彎應力超標疲勞時，斷股會先發(fā)生最外層鋁股，即彎曲半徑最小的鋁股先斷。從本次斷線事故與以往導線損傷情況看，通常是導線外層鋁股先斷。如圖3所示（運行中發(fā)現(xiàn)的導線斷股情況）。

圖3 導線斷股情況（a）——導線上方斷股；（b）——導線下方斷股

如果間隔棒線夾的懸垂角、出口角過小，在導線受彎、局部導線彎曲半徑過小導線所受靜（動）彎應力大于其允許應力時，幾經(jīng)彎曲，導線也將發(fā)生疲勞破壞。而本次事故的主要原因正在于此。

由于缺乏相應的現(xiàn)場實際觀測數(shù)據(jù)，無法嚴謹?shù)赜嬎愠霭l(fā)生事故時，導線靜（動）彎應力的實際數(shù)值，只能算出該導線所能承受的最大靜（動）彎應力及應限制其彎曲半徑值。

當導線受彎且其彎曲半徑小到一定程度時，導線將產(chǎn)生初裂紋，經(jīng)過多次反復彎曲后，發(fā)生疲勞破壞。導線產(chǎn)生初裂紋的力學條件是導線所受靜（動）彎應力大于導線正斷面強度。由于其機理相同，導線動彎應力可以參照靜彎應力進行計算，通常采用羅扎諾夫《架空線路機械部分計算的幾個問題》提供的如下公式計算：

式中 σb——靜彎應力，該線路導線為130～157 MPa；

k——剛性系數(shù)，書中推薦為3／8，我國通過試驗修正為0.25；

E——導線鋁絲彈性模量，通常為0.63× 106MPa；

r——導線鋁部單絲半徑，該線路導線為1.61 mm；

R——線夾船體（導線）應提供的彎曲半徑。

由公式可知，除導線彎曲半徑R是變量外，其他參數(shù)均為導線固有參數(shù)。經(jīng)計算，對于鋁股接頭來說，該線路導線彎曲半徑應控制在1.95 m以上；對于普通鋁股來說，該線路導線彎曲半徑應控制在1.62 m以上。由于大風天氣導線舞動復雜，導致導線在相間間隔棒線夾出口處彎曲半徑小于1.62 m有較大概率，因此導線發(fā)生靜（動）彎力超標的可能性極大。

該導線彎曲半徑過小是由于間隔棒線夾設計不合理引起的。當線路發(fā)生舞動時，如果沒有安裝相間間隔棒，導線呈一定的波形運動，對應不同的點，具有不同的彎曲半徑，如圖4（a）所示，通常小于規(guī)定值的可能性不大。安裝相間間隔棒后，線夾與導線幾乎處于剛性連接，局部彎曲半徑突然減?。≧2＜R1），使導線所受靜（動）彎應力增大，如圖4（b）所示。

圖4 導線的彎曲半徑（a）——未安裝間隔棒；（b）——安裝間隔棒后

相間間隔棒線夾和懸垂線夾一樣，線夾懸垂角（單懸垂線夾偏離懸垂位置一側的角度）應滿足現(xiàn)場實際使用條件要求。本文提到的相間間隔棒線夾懸垂角幾乎是0°，線夾無法在導線軸向方向轉動，導線彎曲時在線夾出口處會產(chǎn)生應力集中，最終導致疲勞破壞，如圖5所示。

圖5 故障線路線夾情況

線夾出口角（線夾出口處圓弧切線方向與線夾船體線槽中心線之間所夾銳角）也應滿足現(xiàn)場實際使用條件要求。故障線路相間間隔棒線夾出口角也為0°。當導線發(fā)生舞動時，在線夾出口處形成應力集中。正是基于以上原因，文獻［15］要求凡接觸導線、地線的各種線夾及接續(xù)金具，其出線口應做成圓滑的喇叭口狀。

由此可見，相間間隔棒設計不合理是導致本次斷線事故的主要原因。

另外，線夾內原有橡膠墊丟失加速了導線的磨損。如果有橡膠墊在，會在一定程度上緩解導線的磨損，但也不能從根本上解決疲勞斷股問題。

同時，配套螺栓松動也是造成導線斷股的另一誘發(fā)原因。相間間隔棒線夾上的螺栓長期處于交變動荷載作用下，發(fā)生松動是不可避免的。

4 遼新1號線導線斷口情況

遼新1號線導線斷面參差不齊，如圖6所示。其中部分被剪斷鋁股斷面如圖7所示。外層19股中有10股為剪切破壞（帶斜面，如圖7所示），另有9股為疲勞破壞；中層16股中有11股為剪切破壞，另有5股為疲勞破壞；內層10股中有8股為剪切破壞，另有2股為疲勞破壞；7股鋼芯均為受拉破壞。

圖6 遼新1號線斷面情況

圖7 剪切破壞的鋁股斷口情況

45根鋁股中有29股是被剪切力作用破壞的，占總鋁股的64%；其余36%的鋁股為疲勞破壞。說明該導線主要受剪切力作用，并伴隨彎曲疲勞，當導線鋁股均發(fā)生斷股后，在大風荷載及負荷電流共同作用下，鋼芯發(fā)生了屈服破壞，最終導線落地。

5 遼新1號線斷線原因分析

本次斷線事故涉及的相間間隔棒線夾與導線間的作用力比較復雜，如圖8所示。

圖8 間隔棒線夾處導線受力情況

首先，導線要承受間隔棒傳來的重力G作用。正常情況下，重力G僅為相間間隔棒及金具的重量。當發(fā)生舞動時，重力G將變?yōu)殚g隔棒傳來的交變的壓力或拉力。重力G作用方向垂直于地面，大部分導線因弧垂的存在而不平行于地面，因此，間隔棒傳來的重力G方向不垂直于導線，可分解為垂直于導線的正壓（拉）力N和平行于導線的剪切力τ。該剪切力對導線具有剪切作用，應該是此次斷線的主要破壞力。

同時，相間間隔棒與線夾是剛性連接，相間間隔棒通常需要垂直地面布置，重力將對導線產(chǎn)生附加彎矩M1，使線夾出口處與導線形成線接觸，形成應力集中，增強了剪切力τ的作用，加劇了導線剪切破壞。

另外，發(fā)生舞動時，導線的舞動軌跡如圖9所示。即導線在垂直本身軸向平面內的運行軌跡為橢圓形，如果只關注相間間隔棒B端運行軌跡而忽略A端軌跡的情況下，A端導線將承受相間間隔棒傳遞來的由線夾作用其上的扭矩M2。該扭矩將加強剪切力τ的作用，加劇了導線的剪切破壞。

圖9 因導線舞動而產(chǎn)生的扭矩M2

最后，在剪切力τ和扭矩M1、M2的共同作用下，部分導線鋁股將發(fā)生剪切破壞（線夾內膠墊丟失時情況變得更加嚴重）；在彎矩作用下，部分導線鋁股將發(fā)生彎曲疲勞破壞；當截面損失到一定程度，無法承受所受的機械荷載和載流量要求時，導線在張力和高溫的作用下最終被拉斷。

需補充說明的是：實際運行中的相間間隔棒和導線受力情況比預想的還要復雜。例如，導線架設時通常會存在相間誤差，如果沒有安裝相間間隔棒，相導線按懸鏈式受力方式獨自懸掛在各自的桿塔橫擔上，不同相導線幾乎沒有力學聯(lián)系。安裝了不可調相間間隔棒后，不同相導線間被固定連接在一起，當氣象條件發(fā)生變化時，其中1根相導線所承受的荷載將由于其連接的相導線而帶來增加或減少，受力方式處于不可準確計算的狀態(tài)，給安全運行帶來隱患。為消除這種最不利狀況的出現(xiàn)，一種柔性間隔棒應運而生。但柔性間隔棒強度不能滿足實際要求，目前該技術還不成熟，未得到推廣應用。

當然，金具磨損問題也不容忽視。由于受風、雨、雪、冰等荷載的作用，相間間隔棒及線夾在空中存在較大的自由度。尤其是在覆冰舞動時，導線將發(fā)生上下往復的劇烈運動，會加劇金具磨損。金具磨損后增大了金具與導線間的間隙，過大的活動間隙又加劇了導線的磨損，最終將會導致斷線事故的發(fā)生，如圖10、圖11所示。

圖10 金具磨損現(xiàn)場

圖11 金具磨損局部圖

6 結論

通過以上分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，防舞動相間間隔棒的受力情況復雜，出現(xiàn)的缺陷形式多樣，應慎重采用這種防舞動形式。

a.應將重點放在如何改變導線排列方式、改變線間距離等措施上，努力提高線路本體抗舞動能力。

b.應加強線路舞動的觀測和研究，掌握舞動的實際參數(shù)，進行定量計算，有針對性地采取防舞動措施。

c.提高間隔棒和線夾連接的自由度，增加線夾擺動角，減少附加彎矩。

d.增大線夾出口角，避免出現(xiàn)應力集中。

e.采用高強度導線、預絞絲式線夾或纏繞預絞絲護線條，提高導線外層抗彎應力。

f.加強運檢工作，及時發(fā)現(xiàn)并消除缺陷，避免事故發(fā)生。

［1］ 郭應龍，李國興.輸電線路舞動［M］.北京：中國電力出版社，2003.

［2］ 張 巍，王 飛，張忠瑞.遼寧電網(wǎng)輸電線路舞動區(qū)域劃分及舞動分布圖繪制的研究［J］.東北電力技術，2011，32（11）：9－12，22.

［3］ 張忠瑞，王 飛，張 巍.遼寧電網(wǎng)輸電線路舞動的氣象影響分析［J］.東北電力技術，2012，33（4）：26－31.

［4］ 李學斌，姜常勝，魯旭臣.一種彈簧減震型相間防舞動間隔棒［P］.實用新型專利：ZL 201320762712.8.

［5］ 王黎明，孫保強，張楚巖.750 kV緊湊型線路相間間隔棒力學分析與計算［J］.高電壓技術，2009，35（10）：2 551－2 556.

［6］ 曾俊昌.緊湊型線路安裝相間間隔棒后的導線張力弛度計算［J］.電力建設，2001，22（4）：18－22.

［7］ 國家電力公司東北電力設計院.電力工程高壓送電線路設計手冊（第一版）［M］.北京：中國電力出版社.2003.

［8］ 張艷紅.某相間間隔棒連接板斷裂原因分析［J］.東北電力技術，2011，32（1）：50－52.

［9］ 國家電網(wǎng)公司運維檢修部.國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施（修訂版）輔導教材［M］.北京：中國電力出版社.2012.

［10］ OUAKI B，CK）UDREAUS，CARDOUA，F(xiàn)ISETM. Fretting fatigue analysis of aluminium conductor wires near the suspensionclamp：Metallurgicalandfracturemechanics analysis［J］.Journal of Strain Analysis，2003，38：133－146.

［11］ ZHOU Z R，CARDOU A，GOUDREAU S.Fundamental in?vestigations ofelectricalconductorfrettingfatigue［J］. Tribology International，1996，29：22l－232.

［12］ AZEVEDO C R F，CESCON T.Failure analysis of aluminum cable steel reinforced（ACSR）conductor of the transmission linecrossingtheParanagiver［J］.Engineering FailureAnalysis，2002，9：645－664.

［13］ 陳 薦.架空導線微動磨損表面的微觀分析［J］.潤滑與密封，2004，29（6）：24－26.

［14］ 王 煦.鋼芯鋁絞架空導線微動疲勞斷口形貌［J］.中國有色金屬學報，2012，22（1）：194－200.

［15］ GB／T 2314—2008，電力金具通用技術條件［S］.

Analysis on Part Anti－dance Inter?phase Spacers for Transmission Line

JIANG Chang?sheng1，LI Xue?bin1，HUANG Xu2，SHANG Rong?gang3
（1.Elenctric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Supply Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.State Grid of Shenyang Power Supply Company，Shenyang，Liaoning 110003，China；3.State Grid of Anshan Power Supply Company，Anshan，Liaoning 114000，China）

The anti?dance inter?phase spacer used as a measure to restrain the transmission line dancing has been widely used.But as time passes on，many problems such as the boken of the connecting wire and of wire stocks，and wearing of its fittings occured.This article makes analysis and theoretical argumentation according to two disconnection accidents and defects appeared in the actual opera?tion from aspects such as operating conditions，fracture characteristics and abrasion conditions.Studies show that some anti?dance in?ter?phase spacers have deficiencies at the design concept，manufacturing technology and operation maintenance.They adversely affects the safe and stable operation of power transmission lines.At the same time，it proposes constructive suggestions at those deficiencies. Key words：Transmission line；Dancing；Inter?phase spacer；Disconnection；Static bending stress

TM75

A

1004－7913（2015）04－0025－05

姜常勝（1969—），男，本科，從事輸電專業(yè)技術監(jiān)督、故障分析等相關研究。

2015－01－05）