摘要： 介绍了超高压输电线路多回路耐张塔用预制式铝管跳线装置的研究、试制、试验及应用。结合工程实际需要，将开发研制的预制式铝管跳线装置应用于超高压输电线路的建设，降低了塔高，减少了铁塔根开及占地面积，同时减少了绿地破坏及山体水土流失，具有明显的经济效益和社会效益。
关键词： 预制式铝管；跳线装置；输电线路；研制；应用
1 问题的提出
500kV沈（阳）～大（连）输电线路工程是自大连的南关岭变电所到雁水变电所，路径全长约41.8km，同塔双回路架设。线路进入大连市区后，没有路径可走，只能拆除现有220kV双回路水云线线路，并在其路径位置上建成同塔四回路线路（即二回500kV南雁线及二回220kV水云线）。
220kV水云送电线路径沿线地形为丘陵且在市区，线路沿线较平坦的地段或相对平坦的线路两侧，已按220kV送电线路走廊宽度建有成片的住宅楼，线路沿线只有较少的地域可以摆放铁塔，这些塔位基本为原运行的220kV水云线塔位，因塔位地域窄小，故铁塔的塔腿根开受到很大限制。因为是市区且为山地，故线路路径多转角，且多为大转角。为了尽量缩小四回路塔的线间距离，在走廊拥挤地段规划采用了压缩线间距离的耐张塔。使得500kV双回路的塔头线间距离不大于已有220kV水云线的尺寸。受塔位地形影响，铁塔根开不能优化，根据多层横担铁塔结构构造要求，需尽量控制塔身长细比，这样就要求尽量降低铁塔高度。由于该工程地处渤海与黄海之间，污秽等级相对较高，在设计时采用36～43片防污型绝缘子，绝缘子串很长，若采用目前各工程通用的四分裂软跳线，由于跳线弧垂较大，再加上较长的跳线绝缘子串，将导致非直线塔接头尺寸较大，不能有效地缩小塔头、降低塔高。为解决此问题，必须研制一种新型的跳线装置。
2 国内外子导线跳线应用情况
耐张转角塔的引流跳线是关系到超高压送电线路导线绝缘悬挂体系可靠运行的重要构件。随着多根子导线输电线路的出现，耐张塔上使用的跳线装置日趋大型化、复杂化，因此已经成为超高压多根子导线输电线路上重要的附属装置。它的合理设计也成为输电线路设计的重要构成要素之一。
早期前苏联在500～750kV送电线路上曾尝试采用多种跳线引流方式，从一般耐张塔到三柱耐张塔，从软跳线到刚性跳线，从水平跳线到弓形跳线，无一不是在寻求一种简单可靠的跳线引流方式。20世纪70年代，日本与现在的很多欧美国家都大量地使用硬跳线。硬跳线具有明显的经济效益，由于铝管具有一定的刚度，与软跳线相比基本消除了跳线驰度，可减小塔头尺寸，降低铁塔高度，尤其应用于垂直排列的双回路和多回路耐张塔上，经济效益更加明显。根据该工程的实际情况，若采用铝管预制跳线（俗称硬跳线，就是跳线的中部用两根铝管代替以往的四分裂跳线）及弓形跳线，是有效降低塔高行之有效的措施。硬跳线在国外已经运行多年，根据测算，在该工程四回路段耐张塔使用硬跳线，每基塔可降低高度5m左右，如果在沈大工程采用，除了经济效益可观外，社会效益方面也降低了塔高，可适当减少铁塔根开，减少占地面积，同时减少了绿地破坏及山体水土流失。
3 跳线方案比较
以往跳线使用的最简单方式是自由悬挂跳线，即用与导线型号相同的分裂跳线，在施工中使其自然成形。这种跳线要保证必要的空气间隙，以便在各种运行方式下风荷载时，跳线水平偏移后，保证跳线至塔身和横担留有必要间隙，防止对地闪络放电。
500kV线路也有采用四变二跳线，四变二跳线是采用大截面导线做跳线，减少分裂子跳线的数量，它只能解决分裂间距问题，不能减小跳线驰度，不能有效地减少塔头尺寸。塔头间隙直接影响塔头尺寸、塔高和线路造价。
弓形跳线是通过长度不等的钢管经过法兰连接成弓形，安装在耐张塔两端耐张串尾端引出跳线，跳线通过间隔环固定在钢管的四周。这种装置可以有效地防止跳线的横线路摇摆，但是对于不同的转角角度、不同高差等，形状是不同的，也就是说需要有不同长度的钢管进行组合，加工、设计和安装都比较复杂。
另外一种跳线装置是由中间采用铝管，两端采用与线路相通好的导线与耐张塔两端耐张串尾端耐张线夹连接。这种跳线装置的优点还在于加工简单、施工方便，造型美观，铝管部分可以在工厂加工并预组装。现场安装时只需安装铝管间隔棒后与端头跳线连接即可，加快了跳线的安装速度，减轻了工人高空作业的劳动强度。
在前些年，科研人员开发并应用了多种型式的跳线装置。初期以把改善由于风所施加的压力而导致的横向振动特性作为着眼点，开发了大量的装置。近年来，以提高经济性及工程安装的省力化为目的，所开发的跳线逐渐被输电工程所采用。通过方案比较，决定开发研制了预制式铝管跳线装置。东北电力设计院与四平线路器材厂合作，对500kV耐张塔的各种跳线形式进行了研制，并根据工程特点，进行真型模拟试验，取得第一手数据，指导施工安装。
4 预制式铝管跳线的研制
4.1 预制式铝管跳线的型式
500kV预制式铝管跳线主要就是以2根水平排列的铝管代替原有的四分裂跳线。2根水平排列的铝管用间隔棒相隔。两端以二变一线夹、引流线、连接金具等与导线相连。根据耐张塔结构及使用方式的不同，预制式铝管跳线的设计型式也不同。研究人员设计了3种型式预制式铝管跳线系统。第一种型式是转角塔中相绕跳跳线装制，第二种型式是转角塔转角内侧跳线装置，第三种型式是转角塔转角外侧铝管跳线装置。中相绕跳跳线装置及转角外侧铝管跳线装置采用双跳线串悬吊，转角内侧跳线装置采用斜拉杆悬吊。内侧跳线由于没有绝缘子串，故设计了斜拉杆装置。斜拉杆连接铝管跳线及耐张绝缘子串，可使引流线不受太大的外力。为适应导线和耐张串的各种运动，斜拉杆的连接件必须能自由转动。根据耐张塔特点，斜拉杆上端与耐张串连接采用了U型挂环，而下端与管子相连接，采用的是加强的直角挂板。斜拉杆由两部分组成，且被设计成梯子状，在下端梯子上设计有多个节距为60mm的调节孔，当线路水平转角不同时，可用以调节跳线高低。调整距离为±300mm。斜拉杆的另一个也是比较重要的作用是施工、检修人员从耐张串下到铝管跳线检修时做梯子用。在斜拉杆的上端加有一片悬式绝缘子，可起到隔流作用，以防斜拉杆产生热量，损耗电能。3种跳线装置如图1所示。
图1 预制式铝管跳线方式
无论哪一种型式的预制式铝管跳线，大致都是由铝管、管件间隔棒、挂架间隔棒、引流线间隔棒、二变一线夹、跳线串、引流线、斜拉杆、绝缘子、重锤等组成。
4.2 预制式铝管跳线的装置设计技术参数
耐张绝缘子串长采用28片XP-300型绝缘子，500kV跳线串采用合成绝缘子，220kV跳线串采用瓷或玻璃绝缘子，线路转角角度为30°～70°，铝管长度为8～12m，参数详见表1。
表1 LF21-Y铝管的计算数据
外径
D/mm
内径
d/mm
壁厚
/mm
单位质量
/kg·m-1
截面积
A/mm2
惯性矩
I/cm
80
72
4
2.57
955
69.2
（1） 跳线风偏计算
θ=arctg（Pg·Lg+PX·LX+Gh）/
（Wg·Lg+WX·LX+GW）
式中，θ为跳线风偏角；Pg为铝管单位风荷载；PX为连接跳线单位风荷载；Lg为铝管长度；LX为连接跳线长度；Wg为铝管单位垂直荷载；WX为连接跳线单位垂直荷载；Gh为绝缘子串水平荷载；GW为绝缘子串垂直荷载。
根据计算，500kV大气、操作、大风3种工况跳线串水平风偏角分别为8.6°、11°、27.8°。
Gh=9.81C·v2/16
式中，C为跳线绝缘子串及金具面积，m2；v为风速，m/s。
（2） 间隔棒的机械强度计算
P=（20.4×I2·L×10-8）/（4×S）
式中，P为电磁吸引力，N；I为短路电流，A；L为两个支撑点间距离，m；S为裂间距，m。
（3） 悬吊式间隔棒破坏拉力为最大综合拉力乘以安全系数，即F=P×2.5。
5 预制式铝管跳线试验
预制式铝管跳线装置结构试制完成之后，为了验证其可行性，在其投入运行之前，均需通过在实际的杆塔结构或模拟的杆塔结构上的试验，并检验结构的安装情况。
预制式铝管跳线试验与检验项目：①铝管、连接跳线接头、铝管接头等电阻温升试验；②铝管自重引起的挠度试验；③铝管覆冰雪引起的挠度试验；④铝管上人时的强度试验；⑤绝缘子串及铁塔横担脱冰雪时铝管的抗冲击强度试验；⑥短路时两铝管间电磁力引起的引力校验；⑦铝管跳线系统电阻温升试验；⑧跳线风偏后对塔身间隙检验。
3种跳线装置现场安装试验如图2、图3、图4所示。
图2 中相绕跳跳线试验安装图
图3 转角内侧跳线试验安装图
图4 转角外侧跳线试验安装图
5.1 电阻温升试验
铝管、连接跳线接头、铝管接头等电阻温升试验是在吉林省电力科学研究院研究人员的指导下完成的。由于设备容量的限制，因此相电流达不到1126A的设计标准，只能在现有设备所能达到的最大值的情况下进行试验，并按比较法进行分析。电阻温升试验结果见表2。
表2 电阻温升试验试验结果
试件名称
型 号
通道
单管温
度/℃
双管温
度/℃
引流线夹
NYQ - 400/35
2
32.7
导线
LGJ - 400/50
3
33.6
29.8
室温
4
23.8
23.6
铝管
6
31.6
27.8
管接头
MJJ—80
7
30.4
设备线夹
SSY - 400/35XB - 200
9
29.8
27.9
设备线夹与硬跳线夹
10
29.7
28.7
硬跳线夹
YTXT—80
11
30.3
28.0
注： 单铝管测试时电压为4V，电流为600A;双铝管测试时电压为4V，电流为800A。
通过试验数据可以看出，导线发热温度大于铝管发热温度，同时也大于二变一线夹压接点及螺栓连接处温度。从温升数值比较推断，即使电流达到设计值，导线的温升值也大于其他部件。
5.2 铝管自重引起的挠度试验
铝管挂点确定后，根据挂点位置用2个等长的悬垂跳串将铝管跳线系统悬挂在真型试验塔架上（不同长度跳线铝管挂点不同，应分别进行试验）。然后观测测量悬点中间挠度值。同一组试验要进行有钢棒配重与无钢棒配重2项。通过试验数据可以看出，有钢棒配重与无钢棒配重悬点中间挠度值并无变化，铝管刚度满足设计要求。
5.3 铝管覆冰雪引起的挠度试验
该组试验与铝管自重引起的挠度试验形式和步骤相同，只不过是将冰雪荷载均匀分布在铝管上，然后观测测量悬挂点中间挠度值。这组试验用沙袋模拟冰雪，通过加载与卸载观察悬点中间挠度值，分析铝管的强度。覆冰雪荷载按每根管5kg/m考虑。
5.4 人在铝管上时的强度试验
该组试验与铝管自重引起的挠度试验形式和步骤相同，只不过是将人在铝管上的荷载集中在铝管跳线中间及两端，然后观测测量悬挂点中间挠度值。集中荷载按180kg考虑。加载20min后观察挠度变化，卸载后挠度恢复情况。分析铝管的强度。
通过试验数据可以看出，分布荷载试验结果与集中核载试验结果并无太大差别，这说明铝管的强度较高。无论分布荷载与集中荷载均在弹性范围之内。
5.5 绝缘子串及铁塔横担脱冰雪时铝管的强度试验
跳线系统安装完成，并且做完其他试验后，进行模拟横担及绝缘子串脱冰冲击试验。试验是在真型试验塔架横担上，将沙袋推下，冲击铝管跳线。沙袋的总质量按横担长度考虑，横担每米考虑覆冰雪5kg。然后观测跳线系统稳定性及跳线铝管强度。试验时我们用目测观察了铝管跳线受冲击的全部过程。当模拟冰雪的沙袋从横担落到单个铝管跳线时，整个系统只是轻微的动了一下。将2个质量均为3kg的沙袋同时或分别砸向跳线串的均压屏蔽环后，均压屏蔽环并未因此而歪斜，跳线系统受到的冲击结果与沙袋从横担落到单个铝管跳线受到的冲击结果没有区别。检查铝管及均压环发现均未有受到砸伤的痕迹。说明冰雪脱落时，跳线系统是稳定的。
5.6 短路时两铝管间电磁力引起的引力检验
短路时在两铝管间产生的电磁引力根据理论计算检验：短路电流按50kA考虑，2个支点间距离L为5m，分裂间距S为0.45m。经过计算电磁吸引力P=(20.4×500002×5×10-8)/(4×0.45)=1417（N）。从计算结果可以看出，作用在铝管上的电磁力与集中荷载试验、冲击试验相比基本相当，因此不在对铝管进行对压试验。
5.7 跳线风偏后对塔身的间隙试验
该项试验是在跳线系统安装完成后，应首先进行的试验项目。在真型试验塔架跳线侧中心线上与跳线铝管等高的位置安装一个小滑轮，一根细钢丝一端固定在跳线铝管中间塔架侧，另一端通过滑轮加挂重物，模拟跳线风偏时横向受力。在这个系统中滑轮的摩擦力可以忽略。塔身间隙试验结果见表3。通过试验数据可以看出，试验结果与理论计算的数值基本上是吻合的。
表3 塔身间隙试验结果
荷重
/kg
偏移量
/mm
偏角α
/(°)
荷重
/kg
偏移量
/mm
偏角α
/(°)
预偏
700
8.05°
136.75
1330
15.43
6.75
730
8.40
146.75
1390
16.14
16.75
750
8.63
调整
1430
26.75
780
8.97
156.75
1460
16.50
36.75
825
9.50
166.75
1490
16.86
46.75
870
10.02
175.75
1550
17.58
56.75
910
10.49
186.75
1600
18.18
66.75
965
11.13
196.75
1670
19.03
76.75
1025
11.83
206.75
1700
19.40
86.75
1080
12.47
216.75
1750
20.00
96.75
1115
12.89
226.75
1800
20.61
106.75
1150
13.30
调整
1865
116.75
1230
14.24
236.75
1880
20.79
126.75
1260
14.60
246.75
1910
21.16
5.8 预制式铝管跳线的电晕
研究人员没有进行电晕试验，其原因是：500kV变电所用于母线的Φ80/72铝管及配套金具在很早以前早已作过试验，满足要求，在国内500kV变电所被普遍应用。与铝管跳线系统相连的跳线串为合成绝缘子，合成绝缘子两端配有均压屏蔽环，绝缘子上的均压屏蔽环均压屏蔽效果，在用于500kV伊冯大送电线路之前，东北电力设计院已在吉林电力研究院作过试验，试验结果满足设计要求。而对于铝管跳线间隔棒及二变一线夹是依靠其本身的造型，不另装设屏蔽设施。间隔棒螺栓埋设在部件框架内，二变一线夹螺栓穿向两线夹内侧，使得整个铝管跳线系统RIV水平满足允许标准。
6 [1] [2] 下一页
|
网友评论：（只显示最新10条。评论内容只代表网友观点，与本站立场无关！）
