输电线路部分防舞动相间间隔棒存在问题分析

姜常胜，李学斌，黄 旭，商荣刚

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.国网沈阳供电公司，辽宁 沈阳 110003；3.国网鞍山供电公司，辽宁 鞍山 114000）

经验交流

输电线路部分防舞动相间间隔棒存在问题分析

姜常胜1，李学斌1，黄 旭2，商荣刚3

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.国网沈阳供电公司，辽宁 沈阳 110003；3.国网鞍山供电公司，辽宁 鞍山 114000）

防舞动相间间隔棒作为一种抑制输电线路舞动的措施被广泛采用。但随着运行时间的推移，出现了与其连接的导线发生断线、导线断股及本身金具磨损等问题。针对两起断线事故及实际运行中出现的其他缺陷，从运行条件、断口特征、磨损情况等方面，进行了受力分析和理论论证。研究表明，部分防舞动相间间隔棒在设计理念、制造工艺及运行维护方面存在诸多不足，影响输电线路安全稳定运行。并结合实际工作在设计、制造、运维等方面提出了具有建设性的建议。

输电线路；舞动；相间间隔棒；断线；静弯应力

相间间隔棒是一种目前颇为有效的输电线路防舞动装置。为减少舞动［1－3］对电网的危害，近年来，防舞动相间间隔棒被大量采用［4－5］。相间间隔棒（包括单导线、分裂导线用相间间隔棒）是在相间或回路之间使用的一种具有绝缘性能和机械强度的支撑装置。通过将各导线机械地连接起来，使各导线的运动相互制约，以达到降低舞动、防止相（回）间闪络的目的［6－7］。

随着运行时间的推移，相间间隔棒运行中存在的问题也逐渐暴露出来。主要为与其连接的导线发生断线、断股及本身金具磨损等问题［8］。目前，大量防舞动相间间隔棒在架空输电线路运行，如果其本身不满足运行条件，将对已安装相间间隔棒的线路构成威胁，后果不堪设想。因此，对导线断线、断股及金具磨损情况进行分析，找出存在问题的原因，提出有针对性的建议，变得非常紧迫和重要。

1 辽新1、2号线断线基本情况介绍

某年4月14日21：58，220 kV辽新2号线B相断路器跳闸，重合不良，强送不成功。当日22：51，220 kV辽新1号线B相断路器跳闸，重合不良，强送不成功。当日天气晴朗，风力5～6级，局部风力达6～7级。

巡视发现，辽新2号线85～86号塔间（距86号塔约100 m处）上线（B相）防舞动间隔棒与导线磨损严重，导致下子导线单根断线（复导线上下排列）。辽新1号线31～32号塔间（距31号塔约100 m处）上线（B相）防舞动间隔棒与导线磨损严重，导致下子导线单根断线（复导线上下排列）。

辽新1号线31号、32号塔均为SZ42－45铁塔，档距为411 m，导线垂直排列。辽新2号线85号塔为SZ42－48，86号塔为SZ42－39，档距为421 m，导线垂直排列。导线型号为LGJ－400／35。

从气象条件、断线位置、杆塔高度及档距来看，2次断线情况非常相似。但从导线断口情况来看，可分析出断线的机理不同。

2 辽新2号线导线断口情况

a.导线断面比较整齐，铝股和钢芯均在线夹口附近折断（如图1所示）。

图1 辽新2号线导线断面情况（a）——线夹侧断面；（b）——导线侧断面

b.外层19根铝股有17股为疲劳破坏（断口几乎呈平面，如图2（a）所示），有2股被拉断（有缩径现象，如图2（b）所示）。

图2 铝股断口情况（a）——疲劳破坏；（b）——拉断破坏

c.中层16根铝股有14股为疲劳破坏，有2股拉断破坏。

d.内层10根铝股有7股为疲劳破坏，有3股拉断破坏。

e.7股钢芯均为受拉破坏（有缩径现象）。

3 辽新2号线断线原因分析

从导线单股断口情况看，45根铝股中有38股（占84.4%）是因疲劳发生破坏的，说明断线的主要原因是疲劳破坏，先是导线铝股因疲劳发生大量断股，断线前，仅有全部钢芯和少量铝股承受导线张力和负荷电流，无法满足承受大风荷载及负荷电流要求，在拉力和高温的共同作用下最终发生断线事故。

发生疲劳破坏的主要原因，人们通常认为是微风振动时动弯应变超标。如文献［9］规定：“防舞治理应综合考虑线路防微风振动性能，避免因采取防舞动措施而造成导地线微风振动时动弯应变超标，从而导致疲劳断股、损伤；同时应加强防舞效果的观测和防舞装置的维护”。综合分析本次断线情况，本文认为，微风振动时动弯应变超标不是主要原因。主要原因应是静（动）弯应力超标所致。

微风振动疲劳机理有研究证明：微风振动将导致导线内部股线之间、导线与线夹之间产生微幅滑移和交变应力，由此产生微风振动磨损，继而引发疲劳裂纹的萌生和扩展造成导线损伤，以至于降低导线使用寿命［10］。在线夹接触区附近，ACSR导线弯曲程度最大，且承受导线自身质量产生的轴向载荷及线夹的夹紧力作用，导致微动磨损。同时，导线的微动疲劳裂纹从微动磨损斑内形核、扩展，最终导致线股断裂、失效［11－13］。

本次断线事故的间隔棒线夹与导线间可能存在微动疲劳，但该线路有两个疑点：一是该线路运行时间不到1年，微风振动疲劳破坏应不足以发生断线事故；二是微风振动疲劳破坏时，导线断股位置是随机的［14］，而静（动）弯应力超标疲劳时，断股会先发生最外层铝股，即弯曲半径最小的铝股先断。从本次断线事故与以往导线损伤情况看，通常是导线外层铝股先断。如图3所示（运行中发现的导线断股情况）。

图3 导线断股情况（a）——导线上方断股；（b）——导线下方断股

如果间隔棒线夹的悬垂角、出口角过小，在导线受弯、局部导线弯曲半径过小导线所受静（动）弯应力大于其允许应力时，几经弯曲，导线也将发生疲劳破坏。而本次事故的主要原因正在于此。

由于缺乏相应的现场实际观测数据，无法严谨地计算出发生事故时，导线静（动）弯应力的实际数值，只能算出该导线所能承受的最大静（动）弯应力及应限制其弯曲半径值。

当导线受弯且其弯曲半径小到一定程度时，导线将产生初裂纹，经过多次反复弯曲后，发生疲劳破坏。导线产生初裂纹的力学条件是导线所受静（动）弯应力大于导线正断面强度。由于其机理相同，导线动弯应力可以参照静弯应力进行计算，通常采用罗扎诺夫《架空线路机械部分计算的几个问题》提供的如下公式计算：

式中 σb——静弯应力，该线路导线为130～157 MPa；

k——刚性系数，书中推荐为3／8，我国通过试验修正为0.25；

E——导线铝丝弹性模量，通常为0.63× 106MPa；

r——导线铝部单丝半径，该线路导线为1.61 mm；

R——线夹船体（导线）应提供的弯曲半径。

由公式可知，除导线弯曲半径R是变量外，其他参数均为导线固有参数。经计算，对于铝股接头来说，该线路导线弯曲半径应控制在1.95 m以上；对于普通铝股来说，该线路导线弯曲半径应控制在1.62 m以上。由于大风天气导线舞动复杂，导致导线在相间间隔棒线夹出口处弯曲半径小于1.62 m有较大概率，因此导线发生静（动）弯力超标的可能性极大。

该导线弯曲半径过小是由于间隔棒线夹设计不合理引起的。当线路发生舞动时，如果没有安装相间间隔棒，导线呈一定的波形运动，对应不同的点，具有不同的弯曲半径，如图4（a）所示，通常小于规定值的可能性不大。安装相间间隔棒后，线夹与导线几乎处于刚性连接，局部弯曲半径突然减小（R2＜R1），使导线所受静（动）弯应力增大，如图4（b）所示。

图4 导线的弯曲半径（a）——未安装间隔棒；（b）——安装间隔棒后

相间间隔棒线夹和悬垂线夹一样，线夹悬垂角（单悬垂线夹偏离悬垂位置一侧的角度）应满足现场实际使用条件要求。本文提到的相间间隔棒线夹悬垂角几乎是0°，线夹无法在导线轴向方向转动，导线弯曲时在线夹出口处会产生应力集中，最终导致疲劳破坏，如图5所示。

图5 故障线路线夹情况

线夹出口角（线夹出口处圆弧切线方向与线夹船体线槽中心线之间所夹锐角）也应满足现场实际使用条件要求。故障线路相间间隔棒线夹出口角也为0°。当导线发生舞动时，在线夹出口处形成应力集中。正是基于以上原因，文献［15］要求凡接触导线、地线的各种线夹及接续金具，其出线口应做成圆滑的喇叭口状。

由此可见，相间间隔棒设计不合理是导致本次断线事故的主要原因。

另外，线夹内原有橡胶垫丢失加速了导线的磨损。如果有橡胶垫在，会在一定程度上缓解导线的磨损，但也不能从根本上解决疲劳断股问题。

同时，配套螺栓松动也是造成导线断股的另一诱发原因。相间间隔棒线夹上的螺栓长期处于交变动荷载作用下，发生松动是不可避免的。

4 辽新1号线导线断口情况

辽新1号线导线断面参差不齐，如图6所示。其中部分被剪断铝股断面如图7所示。外层19股中有10股为剪切破坏（带斜面，如图7所示），另有9股为疲劳破坏；中层16股中有11股为剪切破坏，另有5股为疲劳破坏；内层10股中有8股为剪切破坏，另有2股为疲劳破坏；7股钢芯均为受拉破坏。

图6 辽新1号线断面情况

图7 剪切破坏的铝股断口情况

45根铝股中有29股是被剪切力作用破坏的，占总铝股的64%；其余36%的铝股为疲劳破坏。说明该导线主要受剪切力作用，并伴随弯曲疲劳，当导线铝股均发生断股后，在大风荷载及负荷电流共同作用下，钢芯发生了屈服破坏，最终导线落地。

5 辽新1号线断线原因分析

本次断线事故涉及的相间间隔棒线夹与导线间的作用力比较复杂，如图8所示。

图8 间隔棒线夹处导线受力情况

首先，导线要承受间隔棒传来的重力G作用。正常情况下，重力G仅为相间间隔棒及金具的重量。当发生舞动时，重力G将变为间隔棒传来的交变的压力或拉力。重力G作用方向垂直于地面，大部分导线因弧垂的存在而不平行于地面，因此，间隔棒传来的重力G方向不垂直于导线，可分解为垂直于导线的正压（拉）力N和平行于导线的剪切力τ。该剪切力对导线具有剪切作用，应该是此次断线的主要破坏力。

同时，相间间隔棒与线夹是刚性连接，相间间隔棒通常需要垂直地面布置，重力将对导线产生附加弯矩M1，使线夹出口处与导线形成线接触，形成应力集中，增强了剪切力τ的作用，加剧了导线剪切破坏。

另外，发生舞动时，导线的舞动轨迹如图9所示。即导线在垂直本身轴向平面内的运行轨迹为椭圆形，如果只关注相间间隔棒B端运行轨迹而忽略A端轨迹的情况下，A端导线将承受相间间隔棒传递来的由线夹作用其上的扭矩M2。该扭矩将加强剪切力τ的作用，加剧了导线的剪切破坏。

图9 因导线舞动而产生的扭矩M2

最后，在剪切力τ和扭矩M1、M2的共同作用下，部分导线铝股将发生剪切破坏（线夹内胶垫丢失时情况变得更加严重）；在弯矩作用下，部分导线铝股将发生弯曲疲劳破坏；当截面损失到一定程度，无法承受所受的机械荷载和载流量要求时，导线在张力和高温的作用下最终被拉断。

需补充说明的是：实际运行中的相间间隔棒和导线受力情况比预想的还要复杂。例如，导线架设时通常会存在相间误差，如果没有安装相间间隔棒，相导线按悬链式受力方式独自悬挂在各自的杆塔横担上，不同相导线几乎没有力学联系。安装了不可调相间间隔棒后，不同相导线间被固定连接在一起，当气象条件发生变化时，其中1根相导线所承受的荷载将由于其连接的相导线而带来增加或减少，受力方式处于不可准确计算的状态，给安全运行带来隐患。为消除这种最不利状况的出现，一种柔性间隔棒应运而生。但柔性间隔棒强度不能满足实际要求，目前该技术还不成熟，未得到推广应用。

当然，金具磨损问题也不容忽视。由于受风、雨、雪、冰等荷载的作用，相间间隔棒及线夹在空中存在较大的自由度。尤其是在覆冰舞动时，导线将发生上下往复的剧烈运动，会加剧金具磨损。金具磨损后增大了金具与导线间的间隙，过大的活动间隙又加剧了导线的磨损，最终将会导致断线事故的发生，如图10、图11所示。

图10 金具磨损现场

图11 金具磨损局部图

6 结论

通过以上分析，我们可以发现，防舞动相间间隔棒的受力情况复杂，出现的缺陷形式多样，应慎重采用这种防舞动形式。

a.应将重点放在如何改变导线排列方式、改变线间距离等措施上，努力提高线路本体抗舞动能力。

b.应加强线路舞动的观测和研究，掌握舞动的实际参数，进行定量计算，有针对性地采取防舞动措施。

c.提高间隔棒和线夹连接的自由度，增加线夹摆动角，减少附加弯矩。

d.增大线夹出口角，避免出现应力集中。

e.采用高强度导线、预绞丝式线夹或缠绕预绞丝护线条，提高导线外层抗弯应力。

f.加强运检工作，及时发现并消除缺陷，避免事故发生。

［1］ 郭应龙，李国兴.输电线路舞动［M］.北京：中国电力出版社，2003.

［2］ 张 巍，王 飞，张忠瑞.辽宁电网输电线路舞动区域划分及舞动分布图绘制的研究［J］.东北电力技术，2011，32（11）：9－12，22.

［3］ 张忠瑞，王 飞，张 巍.辽宁电网输电线路舞动的气象影响分析［J］.东北电力技术，2012，33（4）：26－31.

［4］ 李学斌，姜常胜，鲁旭臣.一种弹簧减震型相间防舞动间隔棒［P］.实用新型专利：ZL 201320762712.8.

［5］ 王黎明，孙保强，张楚岩.750 kV紧凑型线路相间间隔棒力学分析与计算［J］.高电压技术，2009，35（10）：2 551－2 556.

［6］ 曾俊昌.紧凑型线路安装相间间隔棒后的导线张力弛度计算［J］.电力建设，2001，22（4）：18－22.

［7］ 国家电力公司东北电力设计院.电力工程高压送电线路设计手册（第一版）［M］.北京：中国电力出版社.2003.

［8］ 张艳红.某相间间隔棒连接板断裂原因分析［J］.东北电力技术，2011，32（1）：50－52.

［9］ 国家电网公司运维检修部.国家电网公司十八项电网重大反事故措施（修订版）辅导教材［M］.北京：中国电力出版社.2012.

［10］ OUAKI B，CK）UDREAUS，CARDOUA，FISETM. Fretting fatigue analysis of aluminium conductor wires near the suspensionclamp：Metallurgicalandfracturemechanics analysis［J］.Journal of Strain Analysis，2003，38：133－146.

［11］ ZHOU Z R，CARDOU A，GOUDREAU S.Fundamental in⁃vestigations ofelectricalconductorfrettingfatigue［J］. Tribology International，1996，29：22l－232.

［12］ AZEVEDO C R F，CESCON T.Failure analysis of aluminum cable steel reinforced（ACSR）conductor of the transmission linecrossingtheParanagiver［J］.Engineering FailureAnalysis，2002，9：645－664.

［13］ 陈 荐.架空导线微动磨损表面的微观分析［J］.润滑与密封，2004，29（6）：24－26.

［14］ 王 煦.钢芯铝绞架空导线微动疲劳断口形貌［J］.中国有色金属学报，2012，22（1）：194－200.

［15］ GB／T 2314—2008，电力金具通用技术条件［S］.

Analysis on Part Anti－dance Inter⁃phase Spacers for Transmission Line

JIANG Chang⁃sheng1，LI Xue⁃bin1，HUANG Xu2，SHANG Rong⁃gang3
（1.Elenctric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Supply Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.State Grid of Shenyang Power Supply Company，Shenyang，Liaoning 110003，China；3.State Grid of Anshan Power Supply Company，Anshan，Liaoning 114000，China）

The anti⁃dance inter⁃phase spacer used as a measure to restrain the transmission line dancing has been widely used.But as time passes on，many problems such as the boken of the connecting wire and of wire stocks，and wearing of its fittings occured.This article makes analysis and theoretical argumentation according to two disconnection accidents and defects appeared in the actual opera⁃tion from aspects such as operating conditions，fracture characteristics and abrasion conditions.Studies show that some anti⁃dance in⁃ter⁃phase spacers have deficiencies at the design concept，manufacturing technology and operation maintenance.They adversely affects the safe and stable operation of power transmission lines.At the same time，it proposes constructive suggestions at those deficiencies. Key words：Transmission line；Dancing；Inter⁃phase spacer；Disconnection；Static bending stress

TM75

A

1004－7913（2015）04－0025－05

姜常胜（1969—），男，本科，从事输电专业技术监督、故障分析等相关研究。

2015－01－05）