周世一 王佳男

摘 要：復(fù)合絕緣子和金具串是輸電線路中的重要結(jié)構(gòu)，其在輸電線路中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，會(huì)影響輸電線路在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性和安全性。輸電線路運(yùn)行過程中，一旦遇到惡劣天氣，復(fù)合絕緣子和金屬串具在應(yīng)用時(shí)會(huì)暴露出一些問題，因此，要加強(qiáng)對(duì)復(fù)合絕緣子和金具串的探討，優(yōu)化設(shè)計(jì)，增強(qiáng)其性能，使其滿足應(yīng)用需求。

關(guān)鍵詞：輸電線路;金屬串具;優(yōu)化設(shè)計(jì);復(fù)合絕緣子

中圖分類號(hào)：TM75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2021）11-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.11.006

輸電線路在長期運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性會(huì)直接影響電系統(tǒng)安全性，而隨著輸電線路規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其經(jīng)常被建設(shè)在惡劣環(huán)境中，隨著各種極端天氣的出現(xiàn)，輸電線路運(yùn)行穩(wěn)定和安全成為設(shè)計(jì)輸電線路中的要點(diǎn)，可見，做好相關(guān)研究意義重大。

1 輸電線路中的復(fù)合絕緣子

輸電線路中的絕緣子起到主要作用是避免電流回地、支撐導(dǎo)線，只有充分發(fā)揮其作用，才能確保其性能滿足應(yīng)用需求，確保輸電線路在運(yùn)行時(shí)不會(huì)發(fā)生事故[1]。輸電線路中的復(fù)合絕緣子不得因?yàn)闂l件或者環(huán)境改變而失效，否則會(huì)縮短整條輸電線路壽命，造成經(jīng)濟(jì)損失。

復(fù)合絕緣子的類型主要分為棒形懸式復(fù)合絕緣子、針式復(fù)合絕緣子、橫擔(dān)復(fù)合絕緣子、支柱復(fù)合絕緣子、防風(fēng)偏復(fù)合絕緣子等，每一種類型復(fù)合絕緣子特點(diǎn)不同，在應(yīng)用時(shí)要依據(jù)輸電線路性能而定[2]。復(fù)合絕緣子具有體積小、重量輕、方便維護(hù)、機(jī)械強(qiáng)度高、不易破碎等優(yōu)點(diǎn)，因此得到廣泛應(yīng)用。但從整體情況看，其在輸電線路中應(yīng)用仍然存在問題，為使其作用得到更好地發(fā)揮，必須進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 復(fù)合絕緣子的優(yōu)點(diǎn)與應(yīng)用注意事項(xiàng)

2.1 復(fù)合絕緣子的優(yōu)點(diǎn)

復(fù)合絕緣子的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，質(zhì)量小，強(qiáng)度高。復(fù)合絕緣子的主要材料為環(huán)氧樹脂和硅橡膠，其與玻璃和陶瓷相比重量輕很多，而且只有兩端具有金屬連接附件，其整體重量僅為玻璃絕緣串和陶瓷重量的1/7～1/10，而通過分析其性能可以發(fā)現(xiàn)，其具有良好的拉伸強(qiáng)度，拉伸強(qiáng)度能夠達(dá)到玻璃絕緣串和陶瓷的4倍左右，性能良好，能夠滿足應(yīng)用需求。

第二，電絕緣，耐污閃性好。傘群和護(hù)套都采用防水性好、抗臭氧與紫外線，耐候性，并且具有良好自熄性和非延燃的高絕緣硅膠材料制作而成，應(yīng)用這種材料，能夠大幅度提高高壓絕緣設(shè)備在應(yīng)用時(shí)表面受潮、污染等問題，從而提高耐污能力和絕緣強(qiáng)度，進(jìn)而保證輸電線路在運(yùn)行過程中的安全性與穩(wěn)定性，避免發(fā)生事故，導(dǎo)致大面積停電事故情況發(fā)生，為人們提供高質(zhì)量、穩(wěn)定電能。與此同時(shí)，基本上不需要施工人員清潔輸電線路，進(jìn)而減少由于維護(hù)輸電線路而產(chǎn)生的費(fèi)用。

第三，增加結(jié)構(gòu)的爬距比。輸電線路中采用的復(fù)合絕緣子在結(jié)構(gòu)上都是由整只直接構(gòu)成的，上下有兩個(gè)電極，這也就致使在輸電線路上采用復(fù)合絕緣子，爬距與玻璃和陶瓷絕緣子串相比，爬距會(huì)更大，這在一定程度上能夠提高電絕緣性，進(jìn)而確保輸電線路在運(yùn)行時(shí)的安全性，降低事故發(fā)生概率。

第四，實(shí)現(xiàn)架空電力線路小型化。復(fù)合絕緣子重量更輕，因此，在輸電線路中應(yīng)用，能夠大幅度降低桿塔重量，從而顯著縮小輸電線路的間距，減小線路走廊之間的寬度，全面體現(xiàn)出復(fù)合絕緣子的效能高、重量小、成本低等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)架空線路小型化，為我國高壓輸電線路建設(shè)與應(yīng)用提供強(qiáng)有力的支持。

2.2 應(yīng)用注意事項(xiàng)

雖然復(fù)合絕緣子具有上述多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，但是，其在實(shí)際應(yīng)用過程中，也可能會(huì)出現(xiàn)各種問題。應(yīng)用復(fù)合絕緣子不僅要做好設(shè)計(jì)工作，而且要明確其應(yīng)用時(shí)需要注意的事項(xiàng)，將復(fù)合絕緣子應(yīng)用在輸電線路中。

為提高復(fù)合絕緣子的應(yīng)用效率和范圍，在應(yīng)用時(shí)需要注意以下幾個(gè)方面：

第一，相關(guān)工作人員在具體工作開展期間，需要加強(qiáng)對(duì)大噸位復(fù)合絕緣子的探究，分析其在應(yīng)用過程中呈現(xiàn)出的機(jī)械性能。從目前我國輸電線路的整體建設(shè)情況來看，大噸位復(fù)合絕緣子應(yīng)用并不多見。因此，要加強(qiáng)對(duì)這一內(nèi)容的研究，保證在被應(yīng)用輸電線路時(shí)，能夠保持穩(wěn)定，降低事故發(fā)生概率。與此同時(shí)，還要提高大噸位復(fù)合絕緣子的應(yīng)用水平。

第二，加強(qiáng)對(duì)均壓設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容的探究，均壓設(shè)計(jì)能夠直觀體現(xiàn)在被應(yīng)用到輸電線路中的復(fù)合絕緣子的性能和質(zhì)量。例如，被應(yīng)用在輸電線路中的復(fù)合絕緣子的芯棒承存在受力不均勻，以及采用的材料出現(xiàn)老化等現(xiàn)象時(shí)，上述問題與均壓設(shè)計(jì)都有著直接關(guān)聯(lián)。

第三，提高對(duì)招弧設(shè)計(jì)內(nèi)容的分析。招弧設(shè)計(jì)的核心目的就是避免輸電線路遭到雷擊破壞，進(jìn)而在輸電線路中確保復(fù)合絕緣子的運(yùn)行安全。從以往大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，若招弧設(shè)計(jì)不合理，一旦遭受到雷擊，復(fù)合絕緣子將會(huì)被破壞，這會(huì)對(duì)輸電線路運(yùn)行的穩(wěn)定性造成影響，無法為人們提供穩(wěn)定電能。

第四，對(duì)于復(fù)合絕緣子的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、檢測、驗(yàn)收等各項(xiàng)工作都有一套完善流程和標(biāo)準(zhǔn)，從而保證復(fù)合絕緣子應(yīng)用與維護(hù)都能夠嚴(yán)格依據(jù)規(guī)范開展，提高復(fù)合絕緣子價(jià)值。從目前我國電力行業(yè)的整體發(fā)展情況來看，我國對(duì)于復(fù)合絕緣子的應(yīng)用目前在國際上已經(jīng)處于領(lǐng)先行列，在國內(nèi)應(yīng)用取得不錯(cuò)效果，這對(duì)于電力行業(yè)發(fā)展可以起到一定促進(jìn)作用。為進(jìn)一步提高復(fù)合絕緣子應(yīng)用價(jià)值，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)其的探討，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，改善其性能，使其作用可以得到充分發(fā)揮。

3 優(yōu)化復(fù)合絕緣子和金具串應(yīng)遵循的原則

縱觀我國電力行業(yè)的整體發(fā)展情況，輸電線路規(guī)模不斷擴(kuò)大，現(xiàn)代輸電線路輸送容量大，相導(dǎo)線主要采取六分裂，而采用的子導(dǎo)線截面大，導(dǎo)線在具體應(yīng)用時(shí)荷載相對(duì)較大，且電壓高。因此，采用的復(fù)合絕緣子和金具串的機(jī)械性能必須良好，只有這樣，才能確保輸電線路運(yùn)行的安全性，降低事故發(fā)生概率[3]。

優(yōu)化復(fù)合絕緣子和金具串設(shè)計(jì)要遵循以下原則：

第一，輸電線路中配置的絕緣子串要具有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，其機(jī)械強(qiáng)度由線路在正常運(yùn)行中的最大荷載控制，同時(shí)，要適當(dāng)分析各種不同類型的串型組合的經(jīng)濟(jì)性。

第二，在確保復(fù)合絕緣子和金具串經(jīng)濟(jì)性和安全性基礎(chǔ)上，要減少聯(lián)數(shù)串型。通過對(duì)大量完成建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采取多聯(lián)或雙聯(lián)絕緣子串與單聯(lián)絕緣子串相比，其絕緣性有所降低，且在整個(gè)輸電線路中會(huì)在不同區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)薄弱點(diǎn)。隨著絕緣子串聯(lián)數(shù)的增多，組合形式會(huì)更加復(fù)雜，金具串也會(huì)增多，輸電線路在運(yùn)行過程中發(fā)生事故的概率也就越高;串聯(lián)數(shù)越多，在具體施工期間的運(yùn)行和安裝維護(hù)的整體作業(yè)量也就越大[4]。此外，串聯(lián)數(shù)越多，就表明絕緣子串荷載會(huì)加大，無法充分發(fā)揮多聯(lián)串絕緣子噸位增加的顯著優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)目前我國的電力系統(tǒng)的整體發(fā)展情況，對(duì)于已經(jīng)完成建設(shè)的500 kV和750 kV線路概況，主要采取單聯(lián)形式，雙聯(lián)形式只在大負(fù)荷、重要交叉跨越形式下應(yīng)用，整體運(yùn)行效果良好。由此可見，在滿足機(jī)械強(qiáng)度要求和技術(shù)、絕緣子型允許狀況下，要盡量采用聯(lián)數(shù)少串行，充分發(fā)揮其作用，確保輸電線路運(yùn)行的穩(wěn)定性[5]。

4 優(yōu)化設(shè)計(jì)輸電線路中的復(fù)合絕緣子和金具串

4.1 內(nèi)弧U形環(huán)設(shè)計(jì)

作為輸電線路中的一項(xiàng)重要結(jié)構(gòu)，復(fù)合絕緣子是一個(gè)整體，具有可撓曲、無法擊穿、零值等多項(xiàng)問題。在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，可以改變復(fù)合絕緣子兩端的金屬球頭、球窩，轉(zhuǎn)變?yōu)槁菟ㄟB接、圓形單孔，去除R形銷子，通過該設(shè)計(jì)方式，可以保證復(fù)合絕緣子與金具串通過螺栓方式連接，從整體工作情況看，制作端部金具串作業(yè)較為簡單，采取該方式能夠降低制作復(fù)合絕緣子生產(chǎn)成本，大幅度提高經(jīng)濟(jì)效益[6]。

連接任何一段或者兩端與復(fù)合絕緣子，選擇不少于2對(duì)的內(nèi)弧U形環(huán)，從而形成一個(gè)具有軸向自由度環(huán)環(huán)連接功能，保證金具串可以在指定角度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，具體轉(zhuǎn)動(dòng)不受外界因素影響，轉(zhuǎn)動(dòng)相對(duì)較為自由。不少于2對(duì)的內(nèi)弧U形環(huán)—環(huán)聯(lián)結(jié)特性可以在復(fù)合絕緣子和金具串之間形成柔性與剛性的過渡連接，確保輸電線路的運(yùn)行穩(wěn)定性[7]。

4.2 V形串復(fù)合絕緣子設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中懸垂串上均壓環(huán)在設(shè)計(jì)中通常為鋁合金放置鳥罩，但是從現(xiàn)階段的具體情況看，相關(guān)部門對(duì)懸垂串提出要求，要將防鳥刺安裝在懸垂串上方，而防鳥刺和防鳥罩兩者在應(yīng)用時(shí)功能相同。同時(shí)，防鳥罩外徑要超過均壓環(huán)，這會(huì)影響輸電線路中懸垂在應(yīng)用時(shí)的搖擺造成影響，而且還會(huì)遮擋雨水，導(dǎo)致安裝在輸電線路的絕緣子上段部位無法經(jīng)受雨水沖刷。

為改善這一現(xiàn)狀，在輸電線路安裝防鳥刺后，要利用均壓環(huán)取代傳統(tǒng)的鋁合金防鳥罩。采取水平方式進(jìn)行耐張串布置，確保鳥可以正常站立，針對(duì)輸電線路中的V形串復(fù)合絕緣子在布置上采取傾斜方式進(jìn)行，這將會(huì)導(dǎo)致鳥啄食芯棒兩端，對(duì)其性能造成破壞。由此可見，設(shè)計(jì)人員可以將V形串復(fù)合絕緣子和張串兩端都設(shè)計(jì)成鋁合金防鳥罩，充分發(fā)揮其防護(hù)作用，避免因?yàn)轼B害危及整個(gè)輸電線路運(yùn)行。

4.3 環(huán)—環(huán)軸向轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)

針對(duì)U—7R和U—12R型內(nèi)弧U形環(huán)，進(jìn)行環(huán)—環(huán)軸向轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究，內(nèi)弧U形環(huán)構(gòu)成動(dòng)絞可以讓金具串在20°～25°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。針對(duì)耐張串和懸垂串設(shè)計(jì)時(shí)，考慮其在輸電線路中發(fā)揮的作用，需要設(shè)計(jì)一處動(dòng)絞，避免復(fù)合絕緣子軸向發(fā)生被動(dòng)扭轉(zhuǎn)，消除拉扭動(dòng)在實(shí)驗(yàn)中發(fā)生的±10°扭轉(zhuǎn)，解決復(fù)合絕緣子機(jī)械性能降低、無法滿足應(yīng)用需求的情況。

對(duì)于輸電線路，要將環(huán)—環(huán)動(dòng)絞設(shè)置在可以發(fā)生軸向轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象的高壓側(cè)或?qū)Ь€側(cè)。具體設(shè)計(jì)時(shí)，要全面分析耐張串角度以及跳線風(fēng)偏帶來的具體影響，一般來說，可以通過安裝帶重錘條線方式解決問題。同時(shí)，需要相關(guān)工作人員注意的是，在耐張串設(shè)計(jì)上不得設(shè)置大量環(huán)—環(huán)動(dòng)絞，而且要依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定大轉(zhuǎn)角內(nèi)側(cè)是否要安裝線串[8]。

5 優(yōu)化復(fù)合絕緣子和金具串設(shè)計(jì)成效

優(yōu)化設(shè)計(jì)復(fù)合絕緣子和金具串之后，在輸電線路運(yùn)行期間，即使輸電線路中的某一支復(fù)合絕緣子在應(yīng)用時(shí)發(fā)生斷聯(lián)。但是，從整體情況看，考慮到2副內(nèi)弧U形環(huán)自身獨(dú)特環(huán)—環(huán)連接結(jié)構(gòu)，另外一支復(fù)合絕緣子兩端端部金屬會(huì)受到軸向拉伸作用影響。因此，可以持續(xù)保持良好機(jī)械性能，滿足應(yīng)用需求[9]。

通過分析上述復(fù)合絕緣子和金具串優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容，主要圍繞以下幾項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，改善復(fù)合絕緣子和金具串性能，確保輸電線路在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性。

第一，取消了原輸電線路中的R形銷子，解決了因?yàn)檩旊娋€中的導(dǎo)線晃動(dòng)或出現(xiàn)超設(shè)計(jì)風(fēng)速而引起的球窩和球頭發(fā)生脫離問題，而引起的球頭破裂或吊串現(xiàn)象。

第二，通過對(duì)2副內(nèi)弧U形環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)用完成相應(yīng)連接，保證輸電線路中金具串可以在一定角度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，保證輸電線路在運(yùn)行過程中的可靠性和安全性，減少各種事故的發(fā)生。

第三，針對(duì)輸電線路中的雙分裂導(dǎo)線或單導(dǎo)線的V形串，2個(gè)聯(lián)板之間以2副內(nèi)弧U形環(huán)和1副PH延長環(huán)替代1副P型平行掛板，改善了2個(gè)聯(lián)板和連接金屬在斜側(cè)向風(fēng)作用而形成的復(fù)雜受力狀況，減少了導(dǎo)線晃動(dòng)對(duì)于V形串造成的不良影響。對(duì)于復(fù)合絕緣子與懸垂連扳安裝，可以采用2副內(nèi)弧U形方式，采取環(huán)—環(huán)聯(lián)結(jié)形式連接，增加自由度，改善連接點(diǎn)處復(fù)雜受力，消除扭轉(zhuǎn)力。

6 結(jié)語

電力系統(tǒng)中輸電線路的穩(wěn)定性成為困擾地區(qū)安全供電的難點(diǎn)之一。復(fù)合絕緣子和金具串是輸電線路中的重要構(gòu)成部分，發(fā)揮著十分重要的作用，其性能會(huì)對(duì)輸電線路性能和應(yīng)用造成直接影響。因此，設(shè)計(jì)人員要加強(qiáng)探索，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)輸電線路復(fù)合絕緣子和金具串，確保和改善復(fù)合絕緣子的機(jī)械性能，充分發(fā)揮其作用，使輸電線路更加安全可靠運(yùn)行，達(dá)到延長架空輸電線路壽命的目的。

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