输电线路复合绝缘子和金具串的优化设计

suspension string
平直结构的常规 U 形环 无法使金具串轴向扭转
平直结构联结 平直结构联结
（a）单导线耐张组装 平直结构的常规 U 形环 无法使金具串轴向扭转
和开角大小进行严格验算，方可使用。 文献[5]和文献[6]分别进行了复合绝缘子的±10°
拉扭动载试验研究，经拉扭组合试验后，压接式复合 绝缘子机械破坏负荷有所降低，但是仍能满足运行要 求 。 [6] 减少甚至避免复合绝缘子轴向被动扭转是实 现复合绝缘子全寿命设计理念的关键。
环形结构
普通 U 形环
防鸟罩
平直结构联结 平直结构联结
（b）双分裂导线耐张组装
图 3 常规复合绝缘子耐张串组装结构 Fig.3 Assembly structure of regular composite
insulator strain string
文献[3]介绍，我国首条紧凑型 500 kV 昌房线 93 号塔和 500 kV 浑霸线 493 号塔的 V 形串均发生过球 头与球窝的脱落。文献[4]介绍，山西电网已发生过 多次复合绝缘子 V 形串断裂事故，建议对其安装形式
瓷（玻璃）绝缘子的机械强度，但由柔性材料组成的复
合绝缘子在各种不利工况下，将发生小角度扭动，可
能破坏芯棒与端部金具的联结强度。在导线舞动或
摆动时将反复向上施压悬垂串，或纵向施压耐张串，使
R 形锁紧销子变形，甚至导致球头与球窝的脱离而发
生掉串。R 形锁紧销子能够经受多少次导线舞动或摆
动，目前尚无运行经验或试验结果，但 2008 年春季南
关键词：输电线路；金具串；复合绝缘子；螺孔联结；内弧 U 形
基金资助项目：山东电力集团公司科技项目（06kj20510d2009520110000）。
环；轴向转动；优化设计 doi：10.3969/j.issn.1000-7229.2011.04.023
0 引言
架空输电线路中悬垂串、耐张串、V 形串等组装形 式在电网中发挥了重要的作用。但是，近年来，各地输 电线路在遭遇覆冰舞动和飓风等恶劣气象条件时，常 规的悬垂串、耐张串、V 形串等组装形式暴露出一些问 题，比如，金具球头从球窝内脱出、个别复合绝缘子端 部发生“脆断”等，因此，悬垂串、耐张串、V 形串需进一 步优化设计，设计理念方面应从金具串满足静荷载到 满足动荷载的转变，增强其抗舞、抗风能力。
方地区大面积的冰灾中出现了输电线路金具串的损
坏。文献[2]介绍，通过最大载荷为 150、100 、50 kN
的复合绝缘子振动试验，结果显示复合绝缘子的疲
劳 破 坏 主 要 发 生 在 球 头 金 具 处 ，因 此 ，球 头 是 复 合
绝 缘 子 疲 劳 的 薄 弱 环 节 [2]，常 规 金 具 串 的 联 结 方 式
文献[7-8]认为耐张瓷瓶金具串组装不完全适合 复合绝缘子，并提出联塔的 2 副 U 形环采用内弧 U 形 环的解决办法。文献[9]认为复合绝缘子两端联接金 具的要求不应与盘式绝缘子相同。但文献[7-9]均未 提及复合绝缘子本身的端部金具的联接方式应改 进。文献[10]进行了 220 kV 线路复合绝缘子耐张串 的动态荷载计算与试验，但未涉及导线舞动时球窝里 的 R 形锁紧销子是否受挤压变形或使球头从球窝里 脱落的问题。
球头挂板
碗头挂板
球窝
球头
内有 R 形销子
传统联结
图 1 常规复合绝缘子结构 Fig.1 Structure of regular composite insulator
第4期
王茂成等：输电线路复合绝缘子和金具串的优化设计
·97·
制和瓷（玻璃）绝缘子双串清扫（维护人员跨坐于双串
上方）及进出导线侧的方便。这种设计方案不会破坏
文献[11]推荐 V 形串复合绝缘子与悬垂联板之 间采用复合绝缘子的下端部金具为槽型联结结构，如 同槽型瓷绝缘子，优点在于消除了球头、球窝联结的 缺陷，但槽型联结结构制作工艺也较为复杂，未实现 金具串中复合绝缘子可轴向转动的自由度。文献 [12]针对 V 形串提出了以下观点：杆塔横担与导线悬 垂线夹分别用普通 U 型挂环与绝缘子两侧的金具端 部环实现环-环相接，避免了球头、球窝间的锁紧销 子（R 形销子）挤压变形现象，如图 4 所示。由于复合 绝缘子端部内环的内径很小，导致这种环-环连接方 式使金具串轴向转动裕度很小，并且端部金具制作工 艺较为复杂。
均压环 R32
76
图 5 圆形复合绝缘子结构 Fig.5 Structure of circular composite insulator
加强 U 形环 内弧 U 形环
（1. Yantai Power Supply Company，Yantai 264002，Shandong Province，China；2. Electrical Engineering School，Shandong University， Jinan 250061，China；3. Control Science and Engineering School，Jinan University，Jinan 250022，China）
本文所要解决的技术问题是：避免出现球窝里的 R 形销子被压变形导致掉串现象，改变金具的联结方 式，增加金具串中复合绝缘子轴向转动的自由度，从 而避免复合绝缘子受扭，破坏芯棒与端部金具的联结 强度。
1 目前复合绝缘子及金具串结构的分析与比较
常规复合绝缘子结构如图 1 所示。 以往，瓷绝缘子、玻璃绝缘子与线路金具以及线 路金具之间的联结方式不允许金具发生轴向转动（如 图 2 和图 3 所示），主要是考虑到耐张串跳线风偏的控
第 32 卷 第 4 期
·96· 2011 年 4 月
电力建设 Electric Power Construction
中图分类号：TM 216 文献标志码：B 文章编号：1000-7229（2011）04-0096-04
Vol.32，No.4 Apr，2011
输电线路复合绝缘子和金具串的优化设计
王茂成 1，邹悦 2，王亚飞 2，王晓涵 3，王云波 1，李强 1
环形结构
Fig.4
普通 U 形环
图 4 环形复合绝缘子结构 Structure of loop-shaped composite insulator
2 复合绝缘子及金具串的优化设计
复合绝缘子为整支可挠曲、不可击穿型，不存在 “零值”问题，因此，复合绝缘子两端的金属球头、球窝 可改为圆形单孔、螺栓连接结构，去掉 R 形销子，与金 具实现螺栓联结，端部金具制作工艺简单，将有效降
（1.烟台供电公司，山东省烟台市，264002；2. 山东大学电气工程学院 ，济南市，250061； 3. 济南大学控制科学与工程学院，济南市，250022）
Optimization Design of Composite Insulator and Hardware String
WANG Maocheng1，ZOU Yue2，WANG Yafei2，WANG Xiaohan3，WANG Yunbo1，LI Qiang1
·98·
Leabharlann Baidu
电力建设
第 32 卷
低复合绝缘子成本，如图 1 所示；与复合绝缘子直接 连接的任一端或两端金具选用 2 副及以上内弧 U 形 环，形成有一定轴向自由度的环-环相接功能，使金 具串能够一定角度轴向转动，如图 5—8 所示；2 副内 弧 U 形环的环-环联结特性在柔性复合绝缘子和刚性 金具串之间起到刚柔过渡的桥梁作用。图 6 中：以加 强型内弧 U 形环（如 U-10J 或 U-12J 型等）替代联塔 UB 挂 板 ，与 第 2 副 常 规 内 弧 U 形 环（如 U-10R 或 U-12R 型）配合，可实现金具串小角度地轴向转动。 内弧 U 形环与悬垂线夹之间需要 PD 挂板实现螺栓连 接，但下均压环的屏蔽深度或需重新考虑。以往，悬 垂串的上均压环设计为铝合金防鸟罩；目前技术部门 要求悬垂串的上方安装防鸟刺，二者功能重复；另外， 防鸟罩外径比均压环大，影响悬垂串摇摆角，并且遮 挡雨水，致使复合绝缘子上段得不到雨水的充分冲 刷。因此，建议安装防鸟刺后应以常规防鸟害均压环 替代铝合金防鸟罩。耐张串基本水平布置宜使鸟站 立，V 形串复合绝缘子斜形布置，两端也易让鸟啄食 芯棒[12]，建议工程设计中耐张串和 V 形串复合绝缘子 的两端均设计为铝合金防鸟罩。
不够完善。
U 形螺丝 无法使金具串轴向扭转
Q 球头挂环
UB 挂板 QP 球头挂环
WS 碗头挂板 无法使金具串轴向扭转
（a）单导线悬垂组装
（b）双分裂导线悬垂组装
图 2 常规复合绝缘子悬垂串组装结构
Fig.2 Assembly structure of regular composite insulator
KEYWORDS：transmission line；hardware string；composite insulator；bolted connection；inner-arc U-shaped loop ；axial rotation；optimization design
摘要：进行了架空输电线路悬垂串、耐张串、L 形串、V 形串和 倒 V 形串中复合（合成）绝缘子与线路金具的联结优化设计， 复合绝缘子两端的金属球头、球窝均改为圆形单孔、螺栓连接 结构，去掉了 R 形锁紧销子，与金具实现螺栓联结，端部金具制 作工艺较以往简易；与复合绝缘子直接连接的任一端或两端 金具选用 2 副及以上内弧 U 形环，可增加悬垂串、耐张串和 V 形串中复合绝缘子轴向转动的自由度，从而避免复合绝缘子 端部受扭，确保复合绝缘子的机械性能，使输电线路更加安全 可靠运行，达到架空输电线路全寿命运行的目的。
ABSTRACT： Optimization design is conducted for the connection of the composite insulator and the line hardware in suspension string, strain insulator string, L-shaped string, V-shaped string, reverse V-shaped string of the overhead transmission lines. The metallic ball and ball socket on both ends of the composite insulator are changed into round haplopore and bolt connecting structure, which removes the R-shaped fitting pin and realizes bolt connection with hardware. The manufacturing process of terminal hardware becomes simpler. Two or more inner-arc U-shaped hoops are used for one or both terminal hardware in direct connection with the composite insulator, which increases the axial rotation freedom of the composite insulator in suspension string, strain insulator string and V-shaped string, avoids any end torsion of composite insulator, and guarantees its mechanical behaviors. Through this work, the transmission line will operate more safely and reliably and the goal of full-life operation of overhead transmission line will be attained.