(1.国网山东省电力公司龙口市供电公司 山东龙口 265700;2.国网山东省电力公司蓬莱市供电公司 山东蓬莱 265600;3.山东建筑大学材料科学与工程学院 山东济南 250100;4.国网山东省电力公司烟台供电公司经济技术研究所 山东烟台 264001;5.长岛阳光园林绿化有限公司 山东长岛 265800)
摘要：迄今，110～500kV悬垂双串的联塔型式分为单挂点和双挂点两种。2018年11月9日，国家电网公司十八项电网重大反事故措施第6.8.1.8条规定：500kV及以下“三跨”线路的悬垂绝缘子串应采用独立双串设计，对于山区高差大、连续上下山的线路可采用单挂点双联，这主要考虑到独立双串存在力学设计方面的缺陷。为了使悬垂串更加安全可靠运行，本文以110kV双分裂导线悬垂双串为例，首次提出了辅以长、短联塔备份串的“三挂点”的设计理念，即联塔中心串两侧的长、短联塔备份串设计为“松弛连接”，在正常工况下不受力，仅有联塔中心串受力，实现双悬垂串的“双联单固定”，确保双串受力均衡；当联塔中心串断联后，两侧长、短联塔备份串才受力，实现“双联双固定”，从而解决了传统“双联双固定”和“双联单固定”的设计缺陷，确保导线悬垂双串不发生掉串事故。为了消除直线塔相邻档高差大所产生的两联长度差值现象，两侧长、短联塔备份串的串长应实施差异化设计。
关键词：110kV；三跨；悬垂双串；单挂点；双挂点；三挂点；联塔中心串；联塔备份串
0 引言
2018年11月9日，国家电网有限公司印发的十八项电网重大反事故措施（国家电网设备〔2018〕979号文，修订版）第6.3.1.3条规定：500kV（330kV）和750kV线路的悬垂复合绝缘子串应采用双联（含单V串）及以上设计，且单联应满足断联工况荷载的要求；第6.3.1.4条规定：架空输电线路跨越110kV（包括66kV)及以上输电线路、铁路和等级公路、通航河流及居民区等，导线悬垂串应采用双联结构，宜采用双挂点（即：双联双固定，两联独立的绝缘子串，分别挂到导线横担挂线板上），且单联应满足断联工况荷载的要求，确保安全；理论上，导线悬垂串双联双挂的前提条件是，直线塔前后档的垂直档距或导线与水平线夹角相同时，导线悬垂串的双联受力也相同，平均了杆塔两侧的导线垂直荷载；工程上，直线塔前后档的垂直档距或导线与水平线夹角往往是不相同的，从而造成导线悬垂串双联受力不均；当直线塔前后档的地形高差或垂直档距相差很大时，会导致导线悬垂串两联中的一联复合绝缘子悬空不受力，另一联复合绝缘子因过载而断裂，然后全部荷载由余下一联复合绝缘子承受全部导线垂直荷载，也将发生断裂，最终发生掉串事故。因此，“导线悬垂串双联双固定”并不科学。
文献[1-4]对导线悬垂串的标准化设计和设计注意事项作出了规定，文献[5-7]提出导线悬垂串在金具联结方面的优化设计，文献[8-9]涉及复合绝缘子在运行过程中的异常现象分析，文献[10-11]提出了通过调整串长（即双联中的某一联的长度）来平衡受力的解决办法，但由于国家定型金具长度不可能完全与直线塔前后档不同的垂直档距比值一一对应，因此，“调整串长”也不是最理想、最科学的办法。
2018年11月9日，国家电网有限公司印发的十八项电网重大反事故措施（国家电网设备〔2018〕979号文，修订版）第6.8.1.8条规定：500kV及以下“三跨”线路的悬垂绝缘子串应采用独立双串设计，对于山区高差大、连续上下山的线路可采用单挂点双联。这一最新规定也说明了悬垂绝缘子串采用独立双串存在力学设计方面的缺陷，但“山区高差大、连续上下山的线路可采用单挂点”的最新技术要求又回到原来的设计水平，无法实现双保险，存在掉串隐患。
1 110kV双分裂导线悬垂双串在相邻档高差大情况下的结构模型
以往，在平原丘陵地区，只要不跨越110kV及以上输电线路、铁路和等级公路、通航河流及居民区等，直线塔导线悬垂串按单串设计；图1为导线悬垂单串单固定模式山区高差大、连续上下山的情况，不存在两联长度差值问题；但单固定模式不安全，可能发生掉串，因此，国家电网有限公司考虑到500kV（330kV）和750kV线路的重要性，要求悬垂复合绝缘子串应采用双联（含单V串）及以上设计。
.png)
图1:悬垂单串单挂点 图2:悬垂双串单挂点
图2为导线悬垂双串单挂点型式在山区高差大、连续上下山的情况，存在两联长度差值问题；联板通过自行转动朝向来消除两联长度差值现象，不需增加单联长度；但单固定模式不安全，可能发生掉串事故。
图3为导线悬垂双串双挂点型式在山区高差大、连续上下山的情况，存在两联长度差值问题；需在下坡侧单联中增设金具来增加单联长度，以消除两联长度差值问题；但通用金具的结构高度不可能与两联长度的不同差值一一对应。
综合以上，500kV及以下悬垂绝缘子串的联塔金具串结构有待于进一步创新设计。
.png)
图3:悬垂双串双挂点 图4:悬垂双串三挂点
为了解决以上问题，在图2的导线悬垂双串单挂点型式基础上，在联塔金具中心串的两侧增设长、短联塔备份串，长、短联塔备份串配合联板自行旋转来调整两联串长，实现“三挂点”的设计理念。长、短联塔备份串设计为“松弛连接”，在正常工况下不受力，仅有联塔中心串受力，实现双悬垂串的“双联单挂”，确保双串受力均衡；当联塔中心串断联后，两侧长、短联塔备份串才受力，实现“双联双固定”，从而解决了传统“双联双固定”和“双联单固定”的设计缺陷，确保导线悬垂双串不发生掉串事故。
2 110kV双分裂导线悬垂双串的三挂点具体设计方案
为了进一步说明辅以长、短联塔备份串的“三挂点”的设计理念，下面以110kV双分裂导线悬垂双串为例，提出具体的设计方案。
.png)
图5:悬垂双串三挂点组装图 图6:LFS联板 图7:挂板型延长环
复合绝缘子悬垂双串由ZBS挂板1、ZBD挂板2、LFS联板3、内弧U形环4、QP型球头挂环5、复合绝缘子6、WS型碗头挂板7、L型三角联板8、导线悬垂线夹9、挂板型延长环10、普通U型挂环11、延长环12组成，上挂导线挂线板13，下与导线相连。其中，联塔中心串15由1付ZBS挂板1和1付ZBD挂板2组成，两联绝缘子串16均由环-环相接的两付内弧U形环4、1付QP型球头挂环5、1支复合绝缘子6和1付WS型碗头挂板7组成，长联塔金具备份串17由普通U型挂环11、延长环12和普通U型挂环11组成，短联塔金具备份串18由挂板型延长环10和普通U型挂环11组成。环-环相接的两付内弧U形环增加了复合绝缘子的轴向自由度，避免复合绝缘子中玻璃纤维芯棒受扭，确保复合绝缘子的机械性能。
新型LFS联板3在常规LF联板基础上的中间位置新增挂线孔而成，如图6；挂板型延长环10由改型延长环19和螺栓20组成，如图7；新型金具应取得中国电科院试验报告。挂板型延长环10是在PH-12120型延长环的基础上改造而成，既具备挂板功能，与导线挂线板13可靠螺栓连接，又具有延长环的缓冲功能。
根据以往设计经验，因山区高差大、连续上下山等因素，造成悬垂串中两联不等长的长度一般在90mm以内；也就是说，长联塔金具备份串17和短联塔金具备份串18在金具之间张紧之后，不应等长，应差异化设计。短联塔金具备份串18中的常规U-1290型结构高度90mm，非标ZPH-12120型结构高度120mm，合计210mm；联塔中心串15中的常规ZBS-21/42-100型挂板结构高度100mm，常规ZBD-21-90型挂板结构高度90mm，合计190mm；短联塔金具备份串18比联塔中心串15的结构高度长出20mm，确保新型LFS联板3的垂直自由度；长联塔金具备份串17中的2付常规U-1290型结构高度小计180mm，常规PH-12120型结构高度120mm，合计300mm；长联塔金具备份串17比联塔中心串15的结构高度长出110mm，比联塔金具短备份串18的结构高度长出90mm,满足以往设计经验的技术要求。延长环12的结构高度根据实际地形高差而确定，但应在60～110mm之间。
由图4，明显，短联塔金具备份串应位于上坡侧或地形高侧或导线与水平线夹角小的一侧，长联塔金具备份串应位于下坡侧或地形低侧或导线与水平线夹角大的一侧。
在顺线路方向，当相邻档的档距过大或因导线覆冰造成不平衡张力情况下，悬垂双联双挂点的两联绝缘子受力不均，纵向张力F1、F2或垂直荷载G1、G2之间大的一侧联绝缘子将受到更大的机械荷载，两联绝缘子将向受力大的一侧倾斜，来消除不平衡张力，但垂直荷载G1、G2是无法平衡的，也就是说，两联绝缘子所受的垂直荷载不同，并非均衡承载相邻档的垂直荷载，而是各自承担同侧的导线垂直荷载，如图8，因此不提倡悬垂双联双挂点联塔结构型式；如果相邻档的垂直档距相差过大，国网公司十八项电网重大反事故措施第6.3.1.3条和第6.3.1.4条关于“单联应满足断联工况荷载的要求”的规定宜改为“单联应满足双联正常、断联工况荷载的要求”；悬垂串双联单挂点和双联三挂点可确保悬垂串双联在顺线路方向始终处于受力均匀状态；因此，双联三挂点的设计方案最优。
.png)
图8：悬垂双联双挂点受力分析图
3 结论
通过对悬垂双联单挂点和双联双挂点结构模型的力学分析，这两种模型均存在设计缺陷，不提倡悬垂双联双挂点的联塔结构型式；双联三挂点的设计方案最优，若直线塔相邻档高差很小，两侧联塔备份串结构相同。为了消除直线塔相邻档高差大所产生的两联长度差值现象,提出了辅以长、短联塔备份串的“三挂点”的设计理念，长、短联塔备份串分列在联塔金具中心串的两侧，并设计为软连接，确保联板的自由度；设计出挂板型延长环新型金具，实现短联塔备份串；提出在常规LF联板的中间位置新增挂线孔，实现“三挂点”。联塔金具中心串在正常工况下受力，实现双悬垂串的“双联单挂”，确保双联复合绝缘子受力均衡；两侧长、短联塔备份串在联塔金具中心串断联后才受力，实现“双联双固定”，实现导线悬垂双串双保险，确保安全可靠运行。
参考文献:
[1] 张殿生.电力工程高压送电线路设计手册第2版[M].北京：中国电力出版社，2003:181-182.
[2]国家电网公司.输变电工程通用设计—110kV输电线路金具分册[M]. 北京：中国电力出版，2011.
[3]国家电网公司.输变电工程通用设计—220kV输电线路金具分册[M].北京：中国电力出版，2011.
[4]国家电网公司.输变电工程通用设计—500kV输电线路金具分册[M].北京：中国电力出版，2011.
[5]王茂成,邹悦,王亚飞,等.输电线路复合绝缘子和金具串的优化设计[J].电力建设，2011,32(4):96-99.
[6]王茂成,林则良.110～220kV线路瓷瓶串更换为复合绝缘子后的摇摆角校验[J].供用电，2004，21（4）:25-26.
[7] 徐礼贤.复合绝缘子端部联接金具合理配合浅议[J].电力设备，2007，8（8）：56-58.
[8]郭清滔,廖福旺,黄海鲲.一起复合绝缘子芯棒脆断原因分析及对策[J].电瓷避雷器,2010,246(1):22-26.
[9]张晓明,杨新华.复合绝缘子运行过程中的损伤蠕变分析[J].电瓷避雷器,2010,246(3):9-13.
[10]康东升,田连博.直线塔双悬垂串受力分析及受力及不平衡时的解决办法[J].山东电力技术,2004,140(6):45-46,77.
[11]黄伟,许维忠，管顺.大高差档双线夹双联悬垂绝缘子串的长度调整[J].湖北电力,2009,33(6):40-41.
作者简介：
1.王星涵(1993-)，男，助工，从事电网检修工作；
2.石烨珉（1994-)，女，助工，从事电网检修工作；
3.王梦（1998-），女，本科生，研究方向为输电线路金具等材料；
4.王茂成(1964-)，男，工程技术应用研究员，从事输电线路设计与研究工作；
5.杨忠波(1975-),男，工程师，从事园林绿化与输电铁塔基础施工管理工作。