紧凑型架空输电线路V形复合绝缘子荷载性能研究

蔡林峰 刘衍平 邹中林

引言：紧凑型输电线路在提高输送能力的同时，极大地减小了输电走廊宽度。V形复合绝缘子串可以有效防止输电线路摆动，在紧凑型线路中得到了广泛应用。此外，V形复合绝缘子串在大风载荷作用下，具有良好的风偏稳定性。本文分析了V形绝缘子串的受力情况，对输电线路作用于悬挂点的水平和垂直载荷进行了计算。

一、引言

1999年11月，我国自行设计研究的第一条500kV紧凑型输电线路“昌平—房山”线建成投产[1]。我国紧凑型架空线路的设计与建设中，三相导线采用V形绝缘子串悬挂方式。这可以减轻线路因风载而引起的摆动，以保证导线与接地构件间的安全距离。复合绝缘子因其质量轻、机械强度高、耐污闪性能好等优点，在紧凑型线路中得到广泛应用[2]。

2010年昌平—房山线发生首次复合绝缘子疲劳断裂事故。研究发现：断裂均发生在上相V形绝缘子串下风向一侧的中下部区域；与失效的复合绝缘子同批次的产品也出现了极其相似的疲劳破坏现象。

实际运行的输电线路，会因自然风作用而发生摆动，对V形绝缘子串的力学性能以及空气间隙绝缘造成影响。因此，研究V形复合绝缘子串在大风作用下的受力情况具有现实意义，可以为受压侧复合绝缘子的屈曲变形和后屈曲形态研究奠定基础。

二、V形复合绝缘子串受力形式

在国外，V形复合绝缘子串已广泛应用于紧凑输电线路。国内已建成的紧凑型线路也均采用了V形绝缘子串结构[5]。长期以来，人们认为绝缘子串不能承受压力。因此，最大风偏角Ф≤?/2，?为V形绝缘子串夹角，Ф为导线上的风载荷P与重力G的合力T与竖直方向的夹角（见图2-1）。即合力T全部由上风向绝缘子承受，下风向不受力。

前苏联和国内相关绝缘子串载荷试验表明，复合绝缘子串在风载荷超过临界值后仍未丧失功能，可以承受一定的压力[5]。因此，在采用V形串的布置型式中，上风向的绝缘子受到轴向拉力，而下风向绝缘子会承受轴向压力（见图2-1）。

图2-1受力示意图 2-2屈曲变形

当实际输电线路在大风环境中运行时，下风向绝缘子受到的轴向压力会增大。当压力值超过其屈曲临界载荷时，复合绝缘子便会发生屈曲变形而失稳（见图2-2）。因此，计算水平风载荷P与重力G的大小及二者的比例关系显得至关重要。

三、水平、垂直荷载大小计算

复合绝缘子悬挂点所受到的作用力来自于导线。复合绝缘子自重远小于输电导线的重量，因此可以忽略复合绝缘子自重的影响；复合绝缘子所受到的风载远小于输电导线所受到的风载，因此忽略绝缘子风载影响。

（一）水平档距及水平荷载

悬挂于杆塔上的一档导线，由于风压作用而引起的水平荷载将由两侧杆塔承担。风压水平荷载是沿线长均布的荷载，在平抛物线近似计算中，我们假定一档导线长等于档距，可推倒水平风压荷载公式：

三、结论

在大风覆冰工况下，V形复合绝缘子串的最大风偏角Ф>?/2，因此，下风向绝缘子将承受压力而发生弯曲；

水平载荷与垂直载荷的比值大小，直接影响V串的风偏变形量，且比值与变形量成正比关系；

风载工况，应根据当地气象水平来确定。在求得水平、垂直载荷的基础上，进行受压复合绝缘子屈曲变形研究和后屈曲承载能力分析。

参考文献

[1]王幼文，金永纯，高毅等.我国500kV紧凑型输电线路的研究与应用[J].电力设备，2004，5（6）：9-12.

[2]耿秀兰.V型绝缘子串的受力分析[J].青海电力，1994，4：011.

[3]廖永力，王黎明，张炎武，等.紧凑型输电线路复合绝缘子风偏变形分析[J].南方电网技术，2010，4（3）：77-81.

[4]遂民.架空输电线路设计[M].中国电力出版社，2007.

（作者单位：1.华北电力大学；2.国网新源华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司）