输电杆塔双独立挂点悬垂线夹结构存在问题的探讨

姜常胜，马世恩，郑维刚

（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.国网大连供电公司，辽宁 大连 116003）

输电杆塔双独立挂点悬垂线夹结构存在问题的探讨

姜常胜1，马世恩2，郑维刚1

（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.国网大连供电公司，辽宁 大连 116003）

针对辽宁省内几起输电线路杆塔导线断线情况，重点分析了使用双独立挂点的悬垂线夹结构的受力情况，通过计算导线和金具在扭动状态下的动弯应力进行金属疲劳分析，找到目前线夹结构的不足，为线路安全稳定运行提供参考经验。

双独立挂点；悬垂线夹；动弯应力

国家电网公司 “十八项反措”中规定：对于直线型重要交叉跨越塔，包括跨越110 kV及以上线路，铁路和高速公路，一级公路，一、二级通航河流等，应采用双悬垂绝缘子串结构，且宜采用双独立挂点；无法设置双挂点的窄横担杆塔可采用单挂点双联绝缘子串结构［1］。另外，国家电网公司《架空输电线路 “三跨”重大反事故措施 （试行）》中也规定：500 kV及以下线路的悬垂绝缘子串应采用独立双串设计。此外，国家电网公司《架空输电线路 “三跨”运维管理补充规定》中还要求“三跨”地线应采用双挂点。

在实际应用中发现，采用独立双挂点的方法存在问题，以下将从运行实践和设计原理两个方面来说明该方法的不合理之处。

1 运行中发生的问题

1.1 断线现场情况

2013年11月11日5时52分，国网辽宁省电力有限公司220 kV金吴线断路器跳闸，重合失败。巡视发现，220 kV金吴线11号塔小号侧上线 （A相）导线在悬垂线夹根部断线，导线断落地面，双串悬垂绝缘子被导线拉向大号侧，如图1所示。

图1 悬垂线夹断裂情况

11号塔为GUZ2－36型直线塔，导线型号为LGJ－400／35， 采用独立挂点的双 FXBW4－220／100－4型绝缘子，导线悬垂线夹型号为CGL－5。9—13号为一个耐张段，耐张段长1.371 km，10—11号塔档距0.358 km，11—12号塔档距0.208 km。

1.2 导线断口情况

导线型号为LGJ－400／35；外部3层铝线共计48根 （外层22根、外2层16根、内层10根），直径3.22 mm；芯部钢线7根，直径2.5 mm。

导线在悬垂线夹中压板端部断裂，断裂两端形貌见图2—图3。

图2 导线在线夹内断口照片

图3 导线落地侧断口照片

大多数外层铝线 （46根）断口上可见旧断裂痕迹，断口拉伸缩颈变形不明显，断口属于疲劳引发断裂。其中有代表性的2个断口形貌见图4—图5，断口上可见疲劳贝纹，疲劳裂纹起源于铝线表面挤压磨痕处，裂纹疲劳扩展约1／2断面后引发瞬时拉断。

图4 外层铝线疲劳断口照片

图5 内层铝线疲劳断口照片

7股钢芯断口全部呈过载拉伸断裂，有明显的缩径现象，如图6所示。

图6 钢芯断口照片

1.3 初步分析断线原因

从导线断口情况来看，导线铝股应该是在交变的应力应变作用下发生了疲劳破坏。钢芯应该是在拉力和过载电流的共同作用下发生拉伸屈服破坏。

运行单位给出的原因：可能是导线受上下折弯造成的，怀疑是该档导线曾经可能发生过舞动，造成导线断股损伤，因处于线夹内，并被铝包带缠绕，无法被发现。11号塔地处斜偏坡，秋冬季节受北风影响导线长期微风振动，使导线在悬垂线夹根部长期反复折弯，造成11号塔小号侧导线折断。

因此，虽然不能确定是舞动还是微风振动引起的，但是疲劳破坏是可以确定的。

1.4 另一起相似的断线事故

2016年8月12日，国网河北省电力有限公司220 kV辛肖Ⅰ线断线，落到石武高铁接触网上。辛肖Ⅰ线82号塔也是直线塔，为独立双挂点的合成绝缘子串组合，导线也是在悬垂线夹内发生疲劳断裂，唯一不同之处为断线发生在中相复导线的下子导线上 （当导线向下弯曲时，其弯曲半径比上子导线小）。

运行单位给出的断线原因：辛肖Ⅰ线82号塔中相下子导线的防振锤于2016年3月脱落，导线失去防振保护，受微风振动影响，在导线线夹出口处形成应力集中，造成导线逐渐疲劳断股。6月以后，河北南部地区发生过多次强对流极端天气，加剧了导线断股进程。两者综合作用导致导线断裂。

1.5 根本原因

无论是发生过舞动还是微风振动，无论是防振锤脱落还是断股不易发现，最根本的原因是由于绝缘子串采用独立双挂点造成的。

2 理论分析

悬垂非独立双挂点的情况通常有单串绝缘子（如图7所示）、横担侧经联板连接的双串绝缘子（如图8所示）和导线侧经联板连接的双串绝缘子（与图8类似，只是倒挂联板）。

图7 单串绝缘子结构示意图

图8 经联板连接的双串绝缘子结构示意图

这3种结构形式有其共同特点，即导线于杆塔间的连接方式为铰接。单串绝缘子结构通过绝缘子的球头和碗头配合形成铰接；经联板连接的双串绝缘子通过直角挂板和U型挂环配合形成铰接。铰接的最大特点是可以绕某一点转动，不产生附加弯矩。以图7为例，当导线L受到向下的F力作用时，由于A、B 2处均为铰接点，导线L可以转动到L1的位置，而本身未受到任何外来附加弯矩的作用。

采用独立双挂点 （如图9所示）时，其受力情况发生了彻底改变。由于每串绝缘子两端均分别于导线和杆塔铰接，两串绝缘子就形成了一个固定端。当导线受到F力 （可以是向下的，也可以是向上的）时，虽然对于一串绝缘子是铰接，但是，由于受到了另一串绝缘子的限制，导线无法绕绝缘子端部转动，将产生附加弯矩M。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：

式中：σb为静弯应力，该线路导线为130～157 MPa；k为刚性系数，推荐为3／8，我国通过试验修正为0.25；E为导线铝丝弹性模量，通常为0.63×106 MPa；r为导线铝部单丝半径，该线路导线为3.07mm；R为线夹船体 （导线）应提供的弯曲半径。

图9 双独立挂点的绝缘子结构示意图

220 kV辛肖Ⅰ线断线事故可以进一步说明分析的正确性。对于2根子导线，当导线向下弯曲时，下子导线的弯曲半径小于上子导线，其承受的静弯应力σb相对较大，发生断线事故。

3 结束语

对于直线型重要交叉跨越塔，包括跨越110 kV及以上线路，铁路和高速公路，一级公路，一、二级通航河流等，应采用双悬垂绝缘子串结构，但不宜采用双独立挂点。

［1］ 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： 27－28.

［2］ 张宏志，苏广明，董云鹏，等.500 kV输电线路球头挂环断裂原因分析及对策研究 ［J］.东北电力技术，2013，34（9）： 43－46.

［3］ 朱义东，王 飞，张忠瑞，等.架空输电线路复合绝缘子老化断裂试验分析 ［J］.东北电力技术，2014，35（2）：31－33.

［4］ 邓大勇，闫 斌，何喜梅，等.110 kV线路 “Z”型挂板断裂分析 ［J］. 青海电力， 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

姜常胜 （1969），男，高级工程师，主要从事输电线路状态评价工作。

2017－08－10）