姜常勝，李學(xué)斌，黃 旭，商榮剛

（1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006；2.國(guó)網(wǎng)沈陽(yáng)供電公司，遼寧 沈陽(yáng) 110003；3.國(guó)網(wǎng)鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114000）

經(jīng)驗(yàn)交流

輸電線路部分防舞動(dòng)相間間隔棒存在問題分析

姜常勝1，李學(xué)斌1，黃 旭2，商榮剛3

（1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006；2.國(guó)網(wǎng)沈陽(yáng)供電公司，遼寧 沈陽(yáng) 110003；3.國(guó)網(wǎng)鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114000）

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

輸電線路；舞動(dòng)；相間間隔棒；斷線；靜彎應(yīng)力

相間間隔棒是一種目前頗為有效的輸電線路防舞動(dòng)裝置。為減少舞動(dòng)［1－3］對(duì)電網(wǎng)的危害，近年來，防舞動(dòng)相間間隔棒被大量采用［4－5］。相間間隔棒（包括單導(dǎo)線、分裂導(dǎo)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(jī)械強(qiáng)度的支撐裝置。通過將各導(dǎo)線機(jī)械地連接起來，使各導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)相互制約，以達(dá)到降低舞動(dòng)、防止相（回）間閃絡(luò)的目的［6－7］。

隨著運(yùn)行時(shí)間的推移，相間間隔棒運(yùn)行中存在的問題也逐漸暴露出來。主要為與其連接的導(dǎo)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(dòng)相間間隔棒在架空輸電線路運(yùn)行，如果其本身不滿足運(yùn)行條件，將對(duì)已安裝相間間隔棒的線路構(gòu)成威脅，后果不堪設(shè)想。因此，對(duì)導(dǎo)線斷線、斷股及金具磨損情況進(jìn)行分析，找出存在問題的原因，提出有針對(duì)性的建議，變得非常緊迫和重要。

1 遼新1、2號(hào)線斷線基本情況介紹

某年4月14日21：58，220 kV遼新2號(hào)線B相斷路器跳閘，重合不良，強(qiáng)送不成功。當(dāng)日22：51，220 kV遼新1號(hào)線B相斷路器跳閘，重合不良，強(qiáng)送不成功。當(dāng)日天氣晴朗，風(fēng)力5～6級(jí)，局部風(fēng)力達(dá)6～7級(jí)。

巡視發(fā)現(xiàn)，遼新2號(hào)線85～86號(hào)塔間（距86號(hào)塔約100 m處）上線（B相）防舞動(dòng)間隔棒與導(dǎo)線磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致下子導(dǎo)線單根斷線（復(fù)導(dǎo)線上下排列）。遼新1號(hào)線31～32號(hào)塔間（距31號(hào)塔約100 m處）上線（B相）防舞動(dòng)間隔棒與導(dǎo)線磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致下子導(dǎo)線單根斷線（復(fù)導(dǎo)線上下排列）。

遼新1號(hào)線31號(hào)、32號(hào)塔均為SZ42－45鐵塔，檔距為411 m，導(dǎo)線垂直排列。遼新2號(hào)線85號(hào)塔為SZ42－48，86號(hào)塔為SZ42－39，檔距為421 m，導(dǎo)線垂直排列。導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ－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(dǎo)線斷口情況來看，可分析出斷線的機(jī)理不同。

2 遼新2號(hào)線導(dǎo)線斷口情況

a.導(dǎo)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(hào)線導(dǎo)線斷面情況（a）——線夾側(cè)斷面；（b）——導(dǎo)線側(cè)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(nèi)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(hào)線斷線原因分析

從導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)線張力和負(fù)荷電流，無法滿足承受大風(fēng)荷載及負(fù)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(rèn)為是微風(fēng)振動(dòng)時(shí)動(dòng)彎應(yīng)變超標(biāo)。如文獻(xiàn)［9］規(guī)定：“防舞治理應(yīng)綜合考慮線路防微風(fēng)振動(dòng)性能，避免因采取防舞動(dòng)措施而造成導(dǎo)地線微風(fēng)振動(dòng)時(shí)動(dòng)彎應(yīng)變超標(biāo)，從而導(dǎo)致疲勞斷股、損傷；同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)防舞效果的觀測(cè)和防舞裝置的維護(hù)”。綜合分析本次斷線情況，本文認(rèn)為，微風(fēng)振動(dòng)時(shí)動(dòng)彎應(yīng)變超標(biāo)不是主要原因。主要原因應(yīng)是靜（動(dòng)）彎應(yīng)力超標(biāo)所致。

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

本次斷線事故的間隔棒線夾與導(dǎo)線間可能存在微動(dòng)疲勞，但該線路有兩個(gè)疑點(diǎn)：一是該線路運(yùn)行時(shí)間不到1年，微風(fēng)振動(dòng)疲勞破壞應(yīng)不足以發(fā)生斷線事故；二是微風(fēng)振動(dòng)疲勞破壞時(shí)，導(dǎo)線斷股位置是隨機(jī)的［14］，而靜（動(dòng)）彎應(yīng)力超標(biāo)疲勞時(shí)，斷股會(huì)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(dǎo)線損傷情況看，通常是導(dǎo)線外層鋁股先斷。如圖3所示（運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)線斷股情況）。

圖3 導(dǎo)線斷股情況（a）——導(dǎo)線上方斷股；（b）——導(dǎo)線下方斷股

如果間隔棒線夾的懸垂角、出口角過小，在導(dǎo)線受彎、局部導(dǎo)線彎曲半徑過小導(dǎo)線所受靜（動(dòng)）彎應(yīng)力大于其允許應(yīng)力時(shí)，幾經(jīng)彎曲，導(dǎo)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(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)，無法嚴(yán)謹(jǐn)?shù)赜?jì)算出發(fā)生事故時(shí)，導(dǎo)線靜（動(dòng)）彎應(yīng)力的實(shí)際數(shù)值，只能算出該導(dǎo)線所能承受的最大靜（動(dòng)）彎應(yīng)力及應(yīng)限制其彎曲半徑值。

當(dāng)導(dǎo)線受彎且其彎曲半徑小到一定程度時(shí)，導(dǎo)線將產(chǎn)生初裂紋，經(jīng)過多次反復(fù)彎曲后，發(fā)生疲勞破壞。導(dǎo)線產(chǎn)生初裂紋的力學(xué)條件是導(dǎo)線所受靜（動(dòng)）彎應(yīng)力大于導(dǎo)線正斷面強(qiáng)度。由于其機(jī)理相同，導(dǎo)線動(dòng)彎應(yīng)力可以參照靜彎應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，通常采用羅扎諾夫《架空線路機(jī)械部分計(jì)算的幾個(gè)問題》提供的如下公式計(jì)算：

式中 σb——靜彎應(yīng)力，該線路導(dǎo)線為130～157 MPa；

k——?jiǎng)傂韵禂?shù)，書中推薦為3／8，我國(guó)通過試驗(yàn)修正為0.25；

E——導(dǎo)線鋁絲彈性模量，通常為0.63× 106MPa；

r——導(dǎo)線鋁部單絲半徑，該線路導(dǎo)線為1.61 mm；

R——線夾船體（導(dǎo)線）應(yīng)提供的彎曲半徑。

由公式可知，除導(dǎo)線彎曲半徑R是變量外，其他參數(shù)均為導(dǎo)線固有參數(shù)。經(jīng)計(jì)算，對(duì)于鋁股接頭來說，該線路導(dǎo)線彎曲半徑應(yīng)控制在1.95 m以上；對(duì)于普通鋁股來說，該線路導(dǎo)線彎曲半徑應(yīng)控制在1.62 m以上。由于大風(fēng)天氣導(dǎo)線舞動(dòng)復(fù)雜，導(dǎo)致導(dǎo)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(dǎo)線發(fā)生靜（動(dòng)）彎力超標(biāo)的可能性極大。

該導(dǎo)線彎曲半徑過小是由于間隔棒線夾設(shè)計(jì)不合理引起的。當(dāng)線路發(fā)生舞動(dòng)時(shí)，如果沒有安裝相間間隔棒，導(dǎo)線呈一定的波形運(yùn)動(dòng)，對(duì)應(yīng)不同的點(diǎn)，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(dǎo)線幾乎處于剛性連接，局部彎曲半徑突然減?。≧2＜R1），使導(dǎo)線所受靜（動(dòng)）彎應(yīng)力增大，如圖4（b）所示。

圖4 導(dǎo)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(cè)的角度）應(yīng)滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(dǎo)線軸向方向轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)線彎曲時(shí)在線夾出口處會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，最終導(dǎo)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(yīng)滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(dāng)導(dǎo)線發(fā)生舞動(dòng)時(shí)，在線夾出口處形成應(yīng)力集中。正是基于以上原因，文獻(xiàn)［15］要求凡接觸導(dǎo)線、地線的各種線夾及接續(xù)金具，其出線口應(yīng)做成圓滑的喇叭口狀。

由此可見，相間間隔棒設(shè)計(jì)不合理是導(dǎo)致本次斷線事故的主要原因。

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

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

4 遼新1號(hào)線導(dǎo)線斷口情況

遼新1號(hào)線導(dǎo)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(nèi)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(hào)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(dǎo)線主要受剪切力作用，并伴隨彎曲疲勞，當(dāng)導(dǎo)線鋁股均發(fā)生斷股后，在大風(fēng)荷載及負(fù)荷電流共同作用下，鋼芯發(fā)生了屈服破壞，最終導(dǎo)線落地。

5 遼新1號(hào)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(dǎo)線間的作用力比較復(fù)雜，如圖8所示。

圖8 間隔棒線夾處導(dǎo)線受力情況

首先，導(dǎo)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(dāng)發(fā)生舞動(dòng)時(shí)，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(dǎo)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(dǎo)線，可分解為垂直于導(dǎo)線的正壓（拉）力N和平行于導(dǎo)線的剪切力τ。該剪切力對(duì)導(dǎo)線具有剪切作用，應(yīng)該是此次斷線的主要破壞力。

同時(shí)，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(duì)導(dǎo)線產(chǎn)生附加彎矩M1，使線夾出口處與導(dǎo)線形成線接觸，形成應(yīng)力集中，增強(qiáng)了剪切力τ的作用，加劇了導(dǎo)線剪切破壞。

另外，發(fā)生舞動(dòng)時(shí)，導(dǎo)線的舞動(dòng)軌跡如圖9所示。即導(dǎo)線在垂直本身軸向平面內(nèi)的運(yùn)行軌跡為橢圓形，如果只關(guān)注相間間隔棒B端運(yùn)行軌跡而忽略A端軌跡的情況下，A端導(dǎo)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(qiáng)剪切力τ的作用，加劇了導(dǎo)線的剪切破壞。

圖9 因?qū)Ь€舞動(dòng)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(dǎo)線鋁股將發(fā)生剪切破壞（線夾內(nèi)膠墊丟失時(shí)情況變得更加嚴(yán)重）；在彎矩作用下，部分導(dǎo)線鋁股將發(fā)生彎曲疲勞破壞；當(dāng)截面損失到一定程度，無法承受所受的機(jī)械荷載和載流量要求時(shí)，導(dǎo)線在張力和高溫的作用下最終被拉斷。

需補(bǔ)充說明的是：實(shí)際運(yùn)行中的相間間隔棒和導(dǎo)線受力情況比預(yù)想的還要復(fù)雜。例如，導(dǎo)線架設(shè)時(shí)通常會(huì)存在相間誤差，如果沒有安裝相間間隔棒，相導(dǎo)線按懸鏈?zhǔn)绞芰Ψ绞姜?dú)自懸掛在各自的桿塔橫擔(dān)上，不同相導(dǎo)線幾乎沒有力學(xué)聯(lián)系。安裝了不可調(diào)相間間隔棒后，不同相導(dǎo)線間被固定連接在一起，當(dāng)氣象條件發(fā)生變化時(shí)，其中1根相導(dǎo)線所承受的荷載將由于其連接的相導(dǎo)線而帶來增加或減少，受力方式處于不可準(zhǔn)確計(jì)算的狀態(tài)，給安全運(yùn)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(yīng)運(yùn)而生。但柔性間隔棒強(qiáng)度不能滿足實(shí)際要求，目前該技術(shù)還不成熟，未得到推廣應(yīng)用。

當(dāng)然，金具磨損問題也不容忽視。由于受風(fēng)、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(dòng)時(shí)，導(dǎo)線將發(fā)生上下往復(fù)的劇烈運(yùn)動(dòng)，會(huì)加劇金具磨損。金具磨損后增大了金具與導(dǎo)線間的間隙，過大的活動(dòng)間隙又加劇了導(dǎo)線的磨損，最終將會(huì)導(dǎo)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(chǎng)

圖11 金具磨損局部圖

6 結(jié)論

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

a.應(yīng)將重點(diǎn)放在如何改變導(dǎo)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(dòng)能力。

b.應(yīng)加強(qiáng)線路舞動(dòng)的觀測(cè)和研究，掌握舞動(dòng)的實(shí)際參數(shù)，進(jìn)行定量計(jì)算，有針對(duì)性地采取防舞動(dòng)措施。

c.提高間隔棒和線夾連接的自由度，增加線夾擺動(dòng)角，減少附加彎矩。

d.增大線夾出口角，避免出現(xiàn)應(yīng)力集中。

e.采用高強(qiáng)度導(dǎo)線、預(yù)絞絲式線夾或纏繞預(yù)絞絲護(hù)線條，提高導(dǎo)線外層抗彎應(yīng)力。

f.加強(qiáng)運(yùn)檢工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除缺陷，避免事故發(fā)生。

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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(shù)監(jiān)督、故障分析等相關(guān)研究。

2015－01－05）