一种新型直线塔挂点金具的研究与应用

吕嘉亮，孙天成，温带银，陈剑平，黄诗华

（广东电网有限责任公司江门供电局，广东江门 529000）

0 引言

随着城市的发展，社会的用电需求逐步增加，越来越多的输电线路将电能源源不断地输送到千家万户。而架空输电线路在实际运行中，连续两基铁塔由于所处地理环境等原因会存在高差，甚至存在连续两基铁塔一基在山顶，下一基在山底的情况，而同一相两条绝缘子由于型号、长度相同，就会存在一条绝缘子受力另一条相邻绝缘子不受力情况[1]，在这种情况下长期运行，会造成挂点金具长时间单边受力，出现金属老化和断裂，发生掉串等危险，影响线路安全运行。本文研究一种新型的连接金具，能够随着线路运行工况的变化而自动调节绝缘子的长度和受力，保证双绝缘子尽可能地均匀受力，延长设备使用寿命，保障线路安全运行。

1 挂点金具运行情况分析

1.1 挂点金具故障原因

据统计，南方电网广东电网有限责任公司110 kV 及以上导线、地线脱落主要有3 方面原因：①铁塔挂点金具断裂；②合成绝缘子断裂；③导现、地线断线。其中，挂点金具断裂占导、地线脱落事故原因的70%[2]。

输电金具作为输电线路运行的重要组成部分，其作用是连接绝缘子和铁塔。而挂点金具断裂原因有很多，如：金具的质量问题、金具的疲劳破坏、金具的电化学腐蚀等，其中金具的疲劳破坏致使输电线路发生运行事故最难控制。

1.2 现有解决方案及弊端

为了避免同一相序两条绝缘子受力不均情况发生，通常在下山侧方向加装一个Z-10 型直角挂板（图1）。然而这种加装的直角挂板长度固定，受力情况不一定符合现场运行受力。处理受力不均的方法过于粗糙，对于不同的运行工况往往没有达到很好的效果。因为高差的不同，风力的变化，导线负荷的增减[3]，以及后期线路的消缺改造，都会对直线塔挂点受力造成不同程度的改变。上述方法存在着伸长长度不一定完全符合实际受力，长短串调整精确不够，以及对于挂点随时改变受力的情况无法有效解决等问题，仍然存在一定的安全隐患。

图1 直角挂板

通过以上分析，将现有做法弊端和急需解决问题总结如下：

（1）增加固定连结金具，现场受力情况分析依据不足，直角挂板型号及长度固定，无法完全匹配现场运行工况。

（2）额外增加金具，再次增加金具质量问题导致断裂等故障的概率。

为了保证输电直线塔挂点双绝缘子尽可能地均匀受力，本文提出的新型直线塔挂点金具，用于解决输电直线塔挂点受力不均匀的问题。在实际检修中，如果一座直线塔在山顶，另外一座直线塔在山脚，两座塔的高差可达40 m，容易出现一侧承受大部分的导线向下的垂直荷载，而另外一侧因导线向上的分力而弯曲变形，不利于线路的安全可靠运行。

2 技术方案

针对此问题，本文创新性地研制一种新型可调节金具，适用于该类环境的运行场景。本设计基于弹簧的弹性形变特性，弹簧在受载时能产生较大的弹性变形，并将机械能转化成弹性势能，而在卸载后弹簧的变形消失并回复到原状，同时将弹性势能转化为机械能或动能。弹簧的载荷与变形之比称为弹簧刚度，刚度越大，则弹簧越硬。而当两基铁塔高差较大时，可通过弹簧的弹性形变来改变金具的长度，来适应现场的实际受力情况。确保不会发生一个绝缘子受力，一个绝缘子不受力所产生的疲劳破坏。为了确保该金具的稳定性，在弹簧两侧增加活动轨道，以防弹簧超过使用年限过长产生断裂危害。可调节金具主要组成部分如图2 所示。

图2 可调节金具结构组成

可调节金具通过螺栓将上挂点吊环与铁塔横担相连，通过螺栓与下挂点吊环与绝缘子球头挂环相连接，该金具上水平支撑架相对与下水平支撑架两侧固定安装有两个上垂直支撑架，上、下垂直支撑架之间通过第二锁紧螺栓固定连接，上水平支撑架与下水平支撑架之间设有连接弹簧，连接弹簧两端分别通过吊环固定件固定，吊环固定件包括销轴，销轴固定安装在上水平支撑架或下水平支撑架内，且销轴一端还固定安装有安装环。上下水平支撑架材料为热锌镀钢。上水平支撑架与下水平支撑架相对一侧均开设两个连接槽，当该金具受力以后依靠弹簧的塑性形变来改变金具长度，本文选择弹簧材料的时考虑其使用条件（载荷性质、大小及循环特性、工作持续时间、工作温度等）以及加工、热处理和经济性等因素。

为了保障弹簧能够可靠地工作，其材料除应满足具有较高的强度极限和屈服极限外，还必须具有较高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性、塑性和良好的热处理工艺性等。实践中应用广泛的是弹簧钢，其品种又有碳素弹簧钢、低锰弹簧钢、硅锰弹簧钢和铬钒钢等。

本文选择铬钒钢作为弹簧材料，该材料向钢中添加钒（如50CrVA），可细化钢的结构，提高钢的强度和韧性。这种材料具有良好的抗疲劳和抗冲击性能，可以在-40～210 ℃的温度下可靠地工作，适用于输电线路高强度受力，设计实验最大破坏强度为150 kN，可满足110 kV、220 kV 甚至500 kV 电缆的受力，弹簧两侧设计上下垂直支撑导轨，谨防弹簧塑性形变甚至破坏时所需要的拉力。

3 应用及成效

3.1 应用

该成果已于2021 年在广东电网公司江门供电局输电管理一所检修工作中试用，结合其试用过程中整体计划及作业过程应用步骤如下：①通过输电线路基础资料，筛选出大高差档距的直线塔，制定工作计划，排查出挂点双绝缘子疑似受力不均的杆塔位置；②通过无人机精细化巡视工作，对铁塔中的挂点金具进行拍摄和分析，锁定需要更换新型直线塔挂点金具的铁塔；③逐步将旧式金具更换为新型直线塔挂点金具。

3.2 成效

（1）筛选出挂点双绝缘子疑似受力不均的杆塔。此方法的实现主要是对输电基础数据进行分析处理，主要是针对杆塔明细表中的垂直档距差距大的直线塔进行初步筛选，筛选后制定出相应的大档距直线档表格数据，针对表格内容做好实际的排查工作安排和计划，合理选择工作成员并分配工作，制定最优排查路线。

（2）无人机精细化巡视。使用无人机能近距离观察直线塔挂点是否存在明显受力不均的情况，当观察到明显受力不均的挂点后，使用无人机拍摄挂点金具真实照片，并检查金具损伤老化程度，提前发现线路缺陷，并对缺陷部位记录留底。

（3）更换金具并总结。基于弹簧的弹性形变特性，弹簧在受载时能产生较大的弹性变形，并将机械能转化成弹性势能，而在卸载后弹簧的变形消失并回复到原状，同时将弹性势能转化为机械能或动能。弹簧的载荷与变形之比称为弹簧刚度，刚度越大，则弹簧越硬。当两基铁塔高差较大时，通过弹簧的弹性形变来改变金具的长度，来适应现场的实际受力情况。

4 总结

新型直线塔挂点金具应用总结如下：

（1）已经在3 条线路共8 基铁塔使用，铁塔加装张力调节器后，悬垂串会根据各悬挂点受力不同，伸长或缩短串长已达到受力平衡，保证线路安全运行。

（2）设计防脱落活动轨道，防止弹簧超过使用年限过长产生断裂危害。

（3）从根本上解决了传统方式无受力依据的错误做法，为输电运行提供可行的科学依据。

综上所述，本成果达到了预期的目标，产品的性能得到了验证和完善，可以开展进一步的推广。

5 结束语

新型直线塔挂点金具可以结合双串合成绝缘子现场实际受力情况，依靠弹簧的弹性形变实现双串绝缘子长短的合理分配，确保其不会发生一串受力一串不受力的情况，而常用的手段增加金具直角挂板，延伸长度不够科学合理，单纯增加长度也会影响现场实际运行情况。此金具能自动调整挂点受力，随时满足线路受力的需要，减少金具疲劳损伤的可能，延长设备工作寿命，减少后期维护和检修的成本，保障线路在运行安全可靠的前提下，提高其经济性。