陈勉,张鸣 佛山电力工业局,广东佛山528000
在送电线路设计中,对直线杆塔绝缘子串进行风偏校验以确保带电部分对杆塔构件保持足够的安全间隙是一个重要的环节。特别是对于山区或地形起伏较大的地方,直线杆塔很容易出现在内过电压、外过电压或工频电压条件下由于绝缘子串风偏而导致带电部分对塔身、砼杆拉线或横担等间隙距离不够的情况。对于上述情况的处理,设计人员往往采取在悬垂线夹下安置重锤的办法来抑制绝缘子串的风偏。从表面上看该方法简便可行,但经过详细的计算和分析,我们对采用安装重锤来改善绝缘子串风偏有不同的看法。
1 公式推导 当线路没有小转角且忽略由于导线悬点不成直线所引起的分力时,直线杆塔的绝缘子串受力情况可用如图1所示。 由图可得,绝缘子串风偏角为:

式中 φ———绝缘子串风偏角,(°); Fj———绝缘子串风荷载,Fj=9.806 65 Av2/16,N; A———绝缘子串受风面积,m2,单裙绝缘子每片取0.03 m2,双裙绝缘子每片取0.04 m2,,金具零件按加一片绝缘子计; v———相应内过、外过或工频电压风速,m/s; Fd———相应内过、外过或工频电压风速条件下导线的风荷载,N; Gj———绝缘子串重力,N; Gd———导线垂直荷载,N; n———每相导线分裂数。 Fd和Gd由以下公式计算:
Fd=Lh g4 S,
Gd=Lv g1 S;
又 Lv=Lh-α(σ/g1), 所以 Gd=Lh g1 S-α×σ×S. 式中 Lh,Lv———杆塔的水平档距和垂直档距,m; g1,g4———导线自重比载和导线风压比载,N/(m·mm2); S———导线截面积,mm2; α———杆塔高差系数; σ———相应内过、外过或工频电压条件下的导线应力,N/mm2。 所以,绝缘子串风偏角φ为:
 在定位的时候,为了直观检查直线杆塔绝缘子串风偏是否满足要求,从而便于控制直线杆塔的高度,可以用直线杆塔的最大允许高差[h]把绝缘子串最大允许风偏角[φ]反映出来。 杆塔高差h可用如图2表示(为方便比较,图中高差规定为正值)。

文献[1]第200页公式(3-3-10)有:
 式中 h1,h2———分别为杆塔两侧的悬挂点高差,m,当邻塔悬挂点高时取正值,反之取负值; h———N1至N3悬挂点连线到N2悬挂点之间的垂直距离,m。 综合(1),(2)两式,可得 h=[(Gj-Fj/tanφ)/(2nSLh)+g1-g4/tanφ×L1 L2/2σ. (3) 把绝缘子串外过电压、内过电压或行动电压条件下最大允许风偏角[φ]代入(3)式,即得直线杆塔的最大允许高差[h]为:
[h]=[(Gj-Fj/tan[φ])/(2 nSLh)+g1-g4/tan[φ]×L1 L2/2σ. (4) 2 实例分析 以下举一220 kV工程所用Z3铁塔进行实例分析。 原始数据见表1~表3。
 断面定位图如图3所示。

由图3和(4)式可计算出N02塔实际高差h和三种情况下的最大允许高差[h],如表4所示。
 由表4计算结果可看出,中相实际高差h=14.17 m>[h1]=11.88 m。这就说明,当内过电压有风时,N02中相绝缘子串的实际风编角φ1将超过最大允许风偏角[φ1],应采取有效的措施。 现就以安装重锤的方法试图解决。 按文献[1]第692页公式(8-2-7)可计算出在上述各参数情况下需安装重锤片数为4(计算过程略),高度为295 mm。重锤型号按文献[2]第274页选取。此时,重锤总重W=662.93 N。根据上述直线杆塔的最大允许高差[h]的推导过程可知,绝缘子串安装重锤后的最大允许高差[h′]为
[h′]=[(Gj+2 W-Fj/tan[φ′])/(2 nSLh)
+g1-g4/tan[φ′]]×L1 L2/2σ. (5)
式中 W———重锤总重,N; [φ′]———安装重锤后的最大允许风偏角,(°)。 现假设安装重锤后,绝缘子串的最大允许风偏角[φ′]=[φ],由(5)式可算出[h1′]=14.26 m。此时,N02中相绝缘子串在内过电压有风情况下的临界允许高差[h1′]大于实际高差h。即:
[h1′]=14.26 m>h=14.17 m.
表面上,N02中相绝缘子串在安装重锤后的风偏已经被控制在安全范围内了。但实际上,由于重锤是一个带电体,在线路运行中,它始终带电,这就缩小了带电体对塔头构件的空气间隙,从而导致中相绝缘子串在安装重锤后的最大允许风偏角[φ′]<[φ],如图4所示。图中只表示出内过电压有风的情况,实线表示未安装重锤的绝缘子串风偏,虚线表示安装重锤后的绝缘子串风偏(为了更好地表示出角度的变化,图中角度并不代表真实角度)。经过计算和画间隙圆,此时中相绝缘子串在内过电压有风情况下最大允许风偏角[φ1′]=39.74°。

把[φ1′]=39.74°代入(5)式,即可得[h1″]=14.05 m。 现比较一下内过电压有风情况下中相绝缘子串在安装重锤前后的高差: 实际高差h=14.17 m;未安装重锤最大允许高差[h1]=11.88 m;安装重锤后最大允许高差[h1″]=14.05 m。 分析以上数据可说明,当悬垂绝缘子串风偏不安全时,采用安装重锤的方法在一定程度上能改善风偏效果,这反映在[h1″]>[h1]上,但仍未满足[h1″]>h这一风偏安全条件。所以,实际上绝缘子串的风偏仍未能得到真正的控制。 3 结论 笔者对其它类型的杆塔都作此类的计算和分析,结果亦表明:采用安装重锤来改善直线杆塔绝缘子串风偏虽然有一定的效果,但总体来看并不十分理想。另外,考虑到送电线路往往运行时间较长,气象有时比设计时考虑还要恶劣,施工安装又可能存在一定的偏差,我们也应该把风偏裕度适当增大些。所以,在送电线路设计中,不应盲目采用重锤来抑制直线杆塔绝缘子串风偏。 4 解决方法 既然采用安装重锤来改善绝缘子串风偏的效果不太理想,那么,在线路设计中碰到这类问题的时候,还有哪些方法可以解决呢?首先,应考虑通过调整杆塔位置、杆塔型式或杆塔高度使绝缘子串风偏控制在安全范围内;其次,将单联绝缘子串改为双联V型绝缘子串也是行之有效的方法;第三,改变绝缘子串的悬挂与组装型式、缩短绝缘子串的摆动长度等措施均可改善绝缘子串风偏。另外,通过技术经济比较,亦可将该直线杆塔改为耐张杆塔,从而使绝缘子串风偏问题不复存在。
参考文献:
[1]能源部东北电力设计院.电力工程高压送电线路设计手册[M].北京:水利电力出版社,1991. [2]董吉谔.电力金具手册[M].北京:水利电力出版社,1987. [3]云南工业大学.高压架空线路设计基础[M].北京:水利电力出版社,1993.
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