輸電桿塔雙獨立掛點懸垂線夾結構存在問題的探討

姜常勝，馬世恩，鄭維剛

（1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國網大連供電公司，遼寧 大連 116003）

輸電桿塔雙獨立掛點懸垂線夾結構存在問題的探討

姜常勝1，馬世恩2，鄭維剛1

（1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國網大連供電公司，遼寧 大連 116003）

針對遼寧省內幾起輸電線路桿塔導線斷線情況，重點分析了使用雙獨立掛點的懸垂線夾結構的受力情況，通過計算導線和金具在扭動狀態下的動彎應力進行金屬疲勞分析，找到目前線夾結構的不足，為線路安全穩定運行提供參考經驗。

雙獨立掛點；懸垂線夾；動彎應力

國家電網公司 “十八項反措”中規定：對于直線型重要交叉跨越塔，包括跨越110 kV及以上線路，鐵路和高速公路，一級公路，一、二級通航河流等，應采用雙懸垂絕緣子串結構，且宜采用雙獨立掛點；無法設置雙掛點的窄橫擔桿塔可采用單掛點雙聯絕緣子串結構［1］。另外，國家電網公司《架空輸電線路 “三跨”重大反事故措施 （試行）》中也規定：500 kV及以下線路的懸垂絕緣子串應采用獨立雙串設計。此外，國家電網公司《架空輸電線路 “三跨”運維管理補充規定》中還要求“三跨”地線應采用雙掛點。

在實際應用中發現，采用獨立雙掛點的方法存在問題，以下將從運行實踐和設計原理兩個方面來說明該方法的不合理之處。

1 運行中發生的問題

1.1 斷線現場情況

2013年11月11日5時52分，國網遼寧省電力有限公司220 kV金吳線斷路器跳閘，重合失敗。巡視發現，220 kV金吳線11號塔小號側上線 （A相）導線在懸垂線夾根部斷線，導線斷落地面，雙串懸垂絕緣子被導線拉向大號側，如圖1所示。

圖1 懸垂線夾斷裂情況

11號塔為GUZ2－36型直線塔，導線型號為LGJ－400／35， 采用獨立掛點的雙 FXBW4－220／100－4型絕緣子，導線懸垂線夾型號為CGL－5。9—13號為一個耐張段，耐張段長1.371 km，10—11號塔檔距0.358 km，11—12號塔檔距0.208 km。

1.2 導線斷口情況

導線型號為LGJ－400／35；外部3層鋁線共計48根 （外層22根、外2層16根、內層10根），直徑3.22 mm；芯部鋼線7根，直徑2.5 mm。

導線在懸垂線夾中壓板端部斷裂，斷裂兩端形貌見圖2—圖3。

圖2 導線在線夾內斷口照片

圖3 導線落地側斷口照片

大多數外層鋁線 （46根）斷口上可見舊斷裂痕跡，斷口拉伸縮頸變形不明顯，斷口屬于疲勞引發斷裂。其中有代表性的2個斷口形貌見圖4—圖5，斷口上可見疲勞貝紋，疲勞裂紋起源于鋁線表面擠壓磨痕處，裂紋疲勞擴展約1／2斷面后引發瞬時拉斷。

圖4 外層鋁線疲勞斷口照片

圖5 內層鋁線疲勞斷口照片

7股鋼芯斷口全部呈過載拉伸斷裂，有明顯的縮徑現象，如圖6所示。

圖6 鋼芯斷口照片

1.3 初步分析斷線原因

從導線斷口情況來看，導線鋁股應該是在交變的應力應變作用下發生了疲勞破壞。鋼芯應該是在拉力和過載電流的共同作用下發生拉伸屈服破壞。

運行單位給出的原因：可能是導線受上下折彎造成的，懷疑是該檔導線曾經可能發生過舞動，造成導線斷股損傷，因處于線夾內，并被鋁包帶纏繞，無法被發現。11號塔地處斜偏坡，秋冬季節受北風影響導線長期微風振動，使導線在懸垂線夾根部長期反復折彎，造成11號塔小號側導線折斷。

因此，雖然不能確定是舞動還是微風振動引起的，但是疲勞破壞是可以確定的。

1.4 另一起相似的斷線事故

2016年8月12日，國網河北省電力有限公司220 kV辛肖Ⅰ線斷線，落到石武高鐵接觸網上。辛肖Ⅰ線82號塔也是直線塔，為獨立雙掛點的合成絕緣子串組合，導線也是在懸垂線夾內發生疲勞斷裂，唯一不同之處為斷線發生在中相復導線的下子導線上 （當導線向下彎曲時，其彎曲半徑比上子導線小）。

運行單位給出的斷線原因：辛肖Ⅰ線82號塔中相下子導線的防振錘于2016年3月脫落，導線失去防振保護，受微風振動影響，在導線線夾出口處形成應力集中，造成導線逐漸疲勞斷股。6月以后，河北南部地區發生過多次強對流極端天氣，加劇了導線斷股進程。兩者綜合作用導致導線斷裂。

1.5 根本原因

無論是發生過舞動還是微風振動，無論是防振錘脫落還是斷股不易發現，最根本的原因是由于絕緣子串采用獨立雙掛點造成的。

2 理論分析

懸垂非獨立雙掛點的情況通常有單串絕緣子（如圖7所示）、橫擔側經聯板連接的雙串絕緣子（如圖8所示）和導線側經聯板連接的雙串絕緣子（與圖8類似，只是倒掛聯板）。

圖7 單串絕緣子結構示意圖

圖8 經聯板連接的雙串絕緣子結構示意圖

這3種結構形式有其共同特點，即導線于桿塔間的連接方式為鉸接。單串絕緣子結構通過絕緣子的球頭和碗頭配合形成鉸接；經聯板連接的雙串絕緣子通過直角掛板和U型掛環配合形成鉸接。鉸接的最大特點是可以繞某一點轉動，不產生附加彎矩。以圖7為例，當導線L受到向下的F力作用時，由于A、B 2處均為鉸接點，導線L可以轉動到L1的位置，而本身未受到任何外來附加彎矩的作用。

采用獨立雙掛點 （如圖9所示）時，其受力情況發生了徹底改變。由于每串絕緣子兩端均分別于導線和桿塔鉸接，兩串絕緣子就形成了一個固定端。當導線受到F力 （可以是向下的，也可以是向上的）時，雖然對于一串絕緣子是鉸接，但是，由于受到了另一串絕緣子的限制，導線無法繞絕緣子端部轉動，將產生附加彎矩M。當導線受彎且其彎曲半徑小到一定程度時，導線將產生初裂紋，經過多次反復彎曲后，發生疲勞破壞。導線產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：

式中：σb為靜彎應力，該線路導線為130～157 MPa；k為剛性系數，推薦為3／8，我國通過試驗修正為0.25；E為導線鋁絲彈性模量，通常為0.63×106 MPa；r為導線鋁部單絲半徑，該線路導線為3.07mm；R為線夾船體 （導線）應提供的彎曲半徑。

圖9 雙獨立掛點的絕緣子結構示意圖

220 kV辛肖Ⅰ線斷線事故可以進一步說明分析的正確性。對于2根子導線，當導線向下彎曲時，下子導線的彎曲半徑小于上子導線，其承受的靜彎應力σb相對較大，發生斷線事故。

3 結束語

對于直線型重要交叉跨越塔，包括跨越110 kV及以上線路，鐵路和高速公路，一級公路，一、二級通航河流等，應采用雙懸垂絕緣子串結構，但不宜采用雙獨立掛點。

［1］ 國家電網公司運維檢修部.國家電網公司十八項電網重大反事故措施 （修訂版）輔導教材 ［M］.北京：中國電力出版社， 2012： 27－28.

［2］ 張宏志，蘇廣明，董云鵬，等.500 kV輸電線路球頭掛環斷裂原因分析及對策研究 ［J］.東北電力技術，2013，34（9）： 43－46.

［3］ 朱義東，王 飛，張忠瑞，等.架空輸電線路復合絕緣子老化斷裂試驗分析 ［J］.東北電力技術，2014，35（2）：31－33.

［4］ 鄧大勇，閆 斌，何喜梅，等.110 kV線路 “Z”型掛板斷裂分析 ［J］. 青海電力， 2011， 30 （4）： 50－53.

Discussion on Problems of Transmission Tower of Double Independent Hanging Point in Suspension Clamp

JIANG Changsheng1， MA Shien2， ZHENGWeigang1

（1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.， Ltd.， Shenyang， Liaoning 110006， China；2.State Grid DaLian Power Supply Company， Dalian， Liaoning 116003， China）

Through analysing the force structure， it uses double hanging point independent suspension clamp in the case of several transmission tower line break accident in Liaoning.By wire and fittings in the twisted state dynamic bending stress calculation ofmetal fatigue analysis，it finds out the deficiency of suspension clamp to provide reference for the safe and stable operation line.

double independent hanging point； suspension clamp； dynamic bending stress

TM754

A

1004－7913（2017）11－0057－03

姜常勝 （1969），男，高級工程師，主要從事輸電線路狀態評價工作。

2017－08－10）