绝缘子串及组装设计

时间：2023-10-26 百科知识版权反馈

【摘要】：将单片绝缘子用相配套的金具组装成一体的多片绝缘子组合结构，称“绝缘子串”。有由于使用不同，绝缘子串有多种形式。绝缘子串与杆塔的连接方式直接影响着线路的安全运行。在直线杆塔上的绝缘子串，还要考虑出现断线的情况。因此，根据以上情况分析计算表明，V型绝缘子串的夹角α应大于或等于导线最大风偏角，才能避免绝缘子串受压。在输电线路上，直线杆塔的绝缘子串是垂直于地面安装的，瓷裙内不易积尘和进水。

第二节　绝缘子串及组装设计

将单片绝缘子用相配套的金具组装成一体的多片绝缘子组合结构，称“绝缘子串”。在输电线路中，只有将其绝缘子片组成串后才能满足机械和电气的要求。有由于使用不同，绝缘子串有多种形式。通常可归纳为悬垂、耐张两大类。即悬垂绝缘子串在直线杆塔上的悬挂、耐张绝缘子在非直线杆塔上的拉紧固定、跳线绝缘子的吊挂及避雷线在杆塔上的悬挂和拉紧固定。

由于使用条件不同及环境不同，绝缘子串有多种形式。基本上可分两大类：一是悬垂绝缘串组装；二是耐张组装。

图8-42所示为链状形绝缘子在线路中的布置设计简图。其绝缘子串既起到绝缘作用，又代替杆塔横担，它省略了复杂的钢结构横担。若用合成绝缘子替代横担，它还具有质量轻、运输轻便、存放地方小，施工方便等优点。作为高压输电线路的杆塔，尤其作事故抢修用的杆塔是很适合的。但因绝缘子是AA性件组合构件，不能承受压力，所以当用、链状形绝缘子串作这种杆塔时，同样应不使绝缘子串承受压力。

图8-43所示为线路倒三角排列绝缘子串组合布置（南非）工程安装实景。

图8-42　链状形绝缘子在线路中的布置图

图8-43　400kV线路倒三角排列绝缘子串组合布置（南非）工程安装图例

一、绝缘子串与杆塔的连接设计应满足的基本要求

绝缘子串与杆塔的连接方式直接影响着线路的安全运行。因此，在选择连接方式时，不仅要视杆塔结构型式而定，同时应满足经济合理、结构简单；施工检修方便，连接可靠；所用连接金具除均应具有锁紧装置外，并应有足够的机械强度（连接的第一个零件其标称破坏荷重可加大一级）；绝缘子串在顺、横线路方向均能转动灵活；尽可能减少因振动和摆动造成元件磨损。

二、绝缘子串组装和机械受力分析

杆塔上悬挂导线和避雷线的部位，称挂线点。选择挂线点时，必须将与其连接的金具包括在内，两者应一同考虑。

由于挂线点受力较为复杂，除要求金具具有足够的机械强度外，为了减少或消除挂线点处的弯曲应力，应能随实际受力方向的改变而灵活转动。又因杆塔的形式和绝缘子串的种类较多，挂线点亦有不同的形式和种类，但归纳起来可分为悬垂，耐张两类。

1．悬垂挂线点

正常运行情况下，它只承受导线及附加的垂直荷重和风荷载，在断线情况下，要求承受导线的断线张力。因此要求悬垂组合绝缘子同时满足上述两个条件。此时，计算绝缘子串上（或金具）最大综合荷载G，对于正常运行情况下，一般来说覆冰时的综合荷重为最大，即此时作用在导线上的最大荷载G_n可按式（8-3）计算确定

而金具或绝缘子串在覆冰时的综合荷载为

此时绝缘子串数n，应满足式（8-5）计算条件

采用式（8-5）确定绝缘子串数n时，应根据导线不同的控制情况，绝缘子所承受的不同荷载，应选用不同的安全系数K1。安全系数K1的确定，可直接根据《66kV及以下架空送电线路设计规程》（GB 5006-1997）、《110～500kV架空送电线路设计技术规程》（DL/T5092-199）的规定选用，或设计经验确定。

在直线杆塔上的绝缘子串，还要考虑出现断线的情况。此时所绝缘子串的数量n将需根据导线断线张力Td来计算，即

式中：K1为盘形悬式绝缘子的机械强度安全系数，根据上述原则选用；Td为导线断线张力，在正常运行情况下的导线断线张力根据不同的控制情况查导线特性曲线求得，在断线情况下的导线张力根据导线的不同型号和杆塔型式决定，见表8-12。

表8-12　单导线的断线张力与最大使用张力百分比

对平地和山地线路，两分裂导线的纵向不平衡张力，应分别取一根导线最大使用张力的40%及50%。两分裂以上导线的纵向不平衡张力，对平地和山地线路，应分别取不小于相导线使用张力的15%、20%及25%，且不应小于20kN。

杆塔上悬挂导线和避雷线的部位，称挂线点。选择挂线点时，必须将与其连接的金具包括在内，两者应一同考虑。

适用于在横担一点悬挂或两点悬挂。平行线路方向受力，U形挂板可以转动，垂直线路方向受力，球头挂环可以转动。由于这种挂线方式受力条件较好，在送电线路中得到普遍采用。

图8-44（b）系采用普通U形螺丝悬线方式，适用于杆塔尖横担结构。采用这种挂线方式的优点：①挂线点结构简单，安装方便；②平行和垂直线路方向受力，U形挂环均能自由转动，受力条件较好，尤其适合于悬挂避雷线。但因U形螺丝直接承受轴向及纵横两方面的荷载，因此要求螺丝部分必须具有良好的工艺质量。此外，由于普通U形螺丝在垂直线路方向允许的荷载较小，限制了使用范围，为此增加一种UJ形螺丝的挂线方式，见图8-44（c）。UJ形螺丝的特点，是其根部结构有一凸缘，具有增大垂直线路方向的抗弯矩的能力。

图8-44　悬垂挂线点的几种挂线方式

（a）U形挂线板挂线；（b）U形螺丝挂线；（c）增加型U形螺丝挂线

2．耐张挂线点

常用的耐张挂线点的连接方式，图8-45（a）适用于一点悬挂，图8-45（b）适用于两点悬挂。

由于该两种挂线方式上下（靠绝缘子串中的第二个金具零件）、左右都能自由转动，适应了导线倾斜角和线路转角的变化。这样不仅适用于悬挂导线，也适用于悬挂避雷线。

安装导线后，在挂线点形成了倾斜角，而杆塔的挂线板一般也有一倾斜角，见图8-46所示。假定在导线张力T的作用下，挂线板根部除受拉应力外，若θ角大于β时，还受有弯曲应力，则U形挂环根部弯矩MA，根据力平衡原理，在节点B（图8-46）的平面汇交力系的平衡条件，可得挂线板B点的拉力

图8-45　耐张挂线点的方式

（a）一点悬挂线方式；（b）两点悬挂线方式

1-杆塔挂线板；2-U形挂环（绝缘子中的第一个零件）

P_a＝Tcos（θ-β）

而挂线板在A点的变矩为

MA＝Tsin（θ-β）×d

因导线最低点的水平拉力T₀为

T0＝Tcosθ

则

式中：T₀为导线最低点水平张力；其余符号含义见图8-46所示。由式（8-7）可知β＝θ时，sin（θ-β）＝0，M＝0；当β＝0时，M最大，即

式中：W——导线和绝缘子串垂直荷载N；

W＝W_v＋G_v

Wv——导线垂直荷载，N；

G_v——绝缘子串垂直荷载，N。

由上述分析得出如下结论，杆塔的挂线板要具有一定的倾斜角β，这样会减少其根部的弯矩，一般取β＝tan^-1（1/10）＝tan^-10．1为宜。由于β角一经确定之后是固定值，它不能随导线的倾斜角的变化而自由变动，当β＜θ时，挂板根部仍受弯矩。所以，此点的抗弯强度仍须计算。

图8-46　杆塔挂线板受力分析图

3．V形绝缘子串受力分析

绝缘子串是否受压松弛，取决于V形绝缘子串的夹角，即V形联板的夹角α。如图8-47所示，夹角α与风偏角有关，其计算公式如下：

图8-47　V形绝缘子串受力分析

下面分析当作用在两绝缘子串上的分力（受拉或受压）为P1、P2时，α与的关系。当＝0时，作用在两绝缘子串上的力P1、P2分别为：

这时两绝缘子串上的力均为拉力。当＝α时，作用在两绝缘子串上的力P1、P2分别为：

通过计算表明，绝缘子串1不受力，绝缘子串2要受全部综合荷载。因此，根据以上情况分析计算表明，V型绝缘子串的夹角α应大于或等于导线最大风偏角，才能避免绝缘子串受压。但是，α愈大绝缘子受力愈大，考虑到导线最大风偏角在一般情况下不超过60°，所以V型绝缘子串的夹角α一般取60°为宜。

三、绝缘子串每串片数的确定

在输电线路上，直线杆塔的绝缘子串是垂直于地面安装的，瓷裙内不易积尘和进水。而耐张杆塔的绝缘子串几乎是与地面平行安装的，瓷裙内既易积尘又易进水，因此绝缘子串的表面绝缘水平下降。另外，耐张杆塔的绝缘子串所承受的机电荷载比直线杆塔要大得多，绝缘子损坏的可能性也大，所以，在耐张杆塔的绝缘子串上比直线杆塔要多装1～2个绝缘子（在变电所出入口或污秽地区则要重点考考虑绝缘子的个数），以提高其载荷和绝缘强度。在工程实际应用中，耐张绝缘子串的绝缘子数量应比悬垂绝缘子串的同型绝缘子多一个。

1．绝缘子串每串片数选择

（1）按在工频电压作用下选择每串绝缘子的片数

工频电压作用下，选择绝缘子片数的方法，一般有两种：一是按各类污秽条件下绝缘子串的成串污闪电压来选择；另一方法是按各类污秽条件下绝缘子串的成泄漏比距（λ）选择。无能采用那种方法选择绝缘子的片数，其基本问题都要以一定的线路允许的污闪事故率为基础，同时都要先确定该线路所处的地区污秽等级。

（2）按泄漏比距（λ）要求选择绝缘子型式与片数

根据《架空送电线路设计技术规程》（SDJ3——79）推荐采用以绝缘串的污闪电压与绝缘子片数呈线性关系为依据而确定的方法，其每串所需的绝缘子数量n计算公式为：