沿海地区500 kV线路工程用均压环的优化设计

杨冬玉 柳新枝 李晓艳 吴亚运

（中国能源建设集团南京线路器材有限公司，江苏南京211599）

0 引言

绝缘子是架空输电线路的关键部位之一，其性能优劣将直接影响到整条线路的运行安全。通电过程中，绝缘子表面场强分布不均匀，导线侧场强较高，局部放电，会使材料出现过早老化引起绝缘性能的下降。而均压环的作用主要是降低绝缘子某些部位或两端金具表面过高的电位梯度，屏蔽绝缘子表面电场，引开工频电弧，减少端部局部电弧，从而减少表面腐蚀和污闪的可能。控制绝缘子串的电晕强度是安装均压环的最终目的。

在沿海地区，均压环受到大风的频繁冲击，长期承受横向风载荷和自重的联合作用，会产生静挠度而变形，将连接部位拉薄甚至撕裂，给线路的运行安全带来很大的隐患。因此，研究均压环的强度优化对绝缘子在沿海恶劣环境下长期安全运行有着重要意义。

1 设计方案

针对沿海地区500 kV线路工程用均压环的结构优化设计，要在延长使用寿命的同时提升均压屏蔽效果，现从以下五个方面对均压环进行分析、优化。

1.1 型式

关于环的形状，通过以往试验对比，发现只要屏蔽范围合适，形状的影响不大，所以均压环多采用简单的圆环形。国内工程采用的均压环多为闭口环，在施工紧线、附件安装时，容易被碰伤。出于对均压环的保护和安装便利性的考虑，为确保均压环装、卸时不必卸开导线，将均压环设计为开口式。

如图1所示，开口式均压环由于在其开口处有较高的场强，因而具有较强的引弧作用，当线路产生过电压，且过电压值处于临界状态时，能促使其放电，从而缩短放电时间，保护伞裙表面不被电弧灼伤。此型式均压环既具有均压作用，同时又具有“放电间隙”的功能，其效果也比闭口式均压环要好。

图1 开口式均压环三维示意图

1.2 材料

金具的选材要考虑多方面因素，一方面应具备足够的机械强度和耐久性，另一方面要有利于降噪节能。早期在绝缘子上配置的均压环是铁质镀锌压铸型，在恶劣气候下长期运行易锈蚀，当钢管锈蚀后，强度会大大降低，在台风作用下，易产生裂纹，裂纹在强对流天气的加速作用下，会发生进一步恶化，从而导致均压环的断裂脱落。因此后来都逐渐改进采用铝制，非铁磁性材料（如纯铝、铝合金等）代替铁磁性材料（铸铁、钢等）可以进一步降低电能损耗，并且铝制环除有良好的均压、屏蔽作用和抗锈蚀能力外，还有较强的引弧作用。

1.3 环管

当保持均压环的环径和高度不变时，随着均压环管径的增大，绝缘子表面的最大场强减小，同时可提高均压环环体的抗风能力，为支架的焊接提供充裕的空间。500 kV线路工程用均压环，为保证面临台风时均压环的强度，环管现采用φ50×2.5的铝管（1 050 A）。

1.4 支架

均压环支架支撑着整个均压环，支架的杆径、高度、弯折型式等都直接影响支架的强度。

1.4.1 支架杆径

500 kV工程常用均压环，为保证抗风能力，减少支架弯曲变形，支架现采用杆径为18 mm的铝棒（1 050 A）。

1.4.2 支架高度

均压环安装位置大致可分为安装在绝缘子上和安装在金具上（如碗头挂板、联板等）。均压环安装在金具上时，连接处多为双板，暂称为双板型均压环。均压环安装在绝缘子上时，连接处为抱箍型，暂称为抱箍型均压环。在同一个绝缘子串中，抱箍型均压环较双板型均压环，其安装位置上移，支架高度小，均压环重心下移，支架迎风面少，支架整体强度高。

1.5 焊脚

支架与环体连接的焊脚处是均压环的薄弱点之一。自然环境影响、焊接热影响、变形影响等因素都会因应力的集中造成焊接部位断裂，大大降低均压环使用寿命，可通过以下两方面的改进来改善焊脚薄弱问题。

（1）弯角焊时，整体焊接面积大但焊接面呈直线型布置，对于铝制均压环，环管在焊接处受热易变形，极端天气中，环管处振动变形，支架撕拉作用下，应力集中，可能会导致整个支架与环体撕裂甚至分离。用直角焊代替弯角焊，环管受热变形面少并且受力均匀，从而加大了焊接强度。

（2）明确均压环支架与环管焊点位置，如图2中A处所示，使其位于环管内侧。这样一方面减少了支架的迎风面，可少受风力摧残；另一方面焊脚处于均压环环体屏蔽范围之内，可有效防止此处的电晕。

图2 均压环直角焊的焊脚位置示意图

综合以上五个方面对均压环进行优化设计，优化后产品型式如图3所示，此产品特点为开口式，铝制，环管大，支架低，直角焊且焊脚移至环管内侧，从安装、耐腐蚀性、零件强度、受力截面等方面整体提高了产品性能。

图3 优化后均压环三维示意图

2 试验对比

依据试验标准GB/T 2314—2008《电力金具通用技术条件》分别对优化前后产品进行型式试验，分别从横向、纵向受力两个方面模拟自然环境下所承受的风力载荷。

试验结果：纵向受力时，优化后产品破坏载荷为优化前产品的2倍；横向受力时，优化后产品破坏载荷为优化前产品的1.6倍。综合两种产品变形、破坏时的数据分析，优化后产品强度、韧性等性能均大大提高。

3 结语

长期运行在沿海多风环境中，均压环易局部疲劳撕裂，导致断裂截面逐步增加甚至全部撕裂。针对高风载地区均压环，采取更改环体型式（开口式）、改进材料（铝制）、局部补强（如加大环管、支架、焊接面积）、加强焊接工艺和焊接质量（改动焊脚位置、减少热影响区）等措施进行结构优化，从而大大提高了均压环的抗风能力。

与此同时，在安装过程中，应尽量避免均压环碰撞、踩踏等不良的安装工艺；在运行维护中，应加强对运行年限较长均压环的跟踪观察，尤其是在恶劣天气后，以便及时发现问题、及时补救。