杆塔绝缘子串风偏角的验算鄢鹏详解.docx

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杆塔绝缘子串风偏角的验算鄢鹏详解

杆塔悬垂绝缘子串摇摆角的分析计算及处理方法

云南省玉溪电力设计院

杆塔悬垂绝缘子串摇摆角的分析、计算及处理方法

[摘要]：

在输电线路设计中，根据设计气象条件及各种运行工况下计算悬垂绝缘子串摇摆角，参照所使用的杆塔间隙圆对应运行工况下，最大允许摇摆角进行电气安全距离校验。

[关键词]：

摇摆角、最大允许摇摆角、校验

在输电线路设计排杆中，所使用杆塔在各种运行工况下（工频电压、操作过电压、雷电过电压、带电作业）悬垂绝缘子串与杆塔构件间必须满足规程规范中相应的电气间隙。

一、什么是导线摇摆角

悬垂绝缘子串摇摆角的产生：

摇摆角的产生主要是导线受风的影响左右摆动。

当风力作用于导线上，垂直于线路方向的分量将使导线产生横线路方向的摇摆偏移，摇摆幅度取决于风速及绝缘子和导线自重等因素，摇摆到一定角度后，导线与塔身的距离减少，小于正常运行时的空气间隙，在工频电压下空气气隙击穿放电。

其中，直线猫头塔中相导线I型串风偏放电和“干”字型塔中相引流线风偏放电，占线路风偏放电的绝大多数。

二、导线摇摆角对线路影响

三．、计算导线摇摆角公式是否满足，

1）档距前后长短横担导线产生摇摆角计算公式

2）长短横担导线产生摇摆角解决方案

3）直线塔零度角及位移带角度导线产生摇摆角计算公式

4）解决导线摇摆角不满足设计要求的方案

5）采用增加重锤计算公式。

在架空线路中，对导线最大允许摇摆角有影响的因素主要有两种：

1、在一档导线内当前后两基杆塔横担宽度差别较大、这一档导线档距较小时或单双回变换时

在导线自重与横担挂点位置的影响下，使悬垂绝缘子串发生倾斜，倾斜幅度取决于前后几基杆塔横担长度差值及该档档距大小（一般允许直线杆塔悬垂绝缘子串偏移角度为5°以内），对导线最大允许摇摆角有影响的倾斜一般发生在横担较长侧，此时绝缘子串向杆塔塔身侧倾斜，在线路设计时，在允许偏移角度范围内的同时需对杆塔悬垂绝缘子串摇摆角进行效验。

对杆塔单双回变换时，为减少单回路杆塔两侧倾斜角度数，双回路塔挂线侧可对应单回路塔中相，对次在临界状态时的倾斜角度数，可在两侧横担绝缘子串下加挂重锤（该方法新建线路中不推荐使用），在加挂重锤仍不能满足的情况下可在变换处更换（增加）一基耐张塔。

对有横担长度变化引起的倾斜角过大或不满足杆塔塔头间隙圆角度的，可调整杆塔位置、加重锤（该方法新建线路中不推荐使用）或更改塔形。

悬垂绝缘子串偏移角度θ为：

θ=tg-1[（T1+T2）/（Gj+g1×S×lv）]

式中：

θ悬垂绝缘子串偏移角度θ；

T1、T2发生偏移悬垂绝缘子串杆塔前后两档的角度力（kg）；

Gj绝缘子串及金具重量（kg）；

g1导线自重比载（N/m×mm2）；

S导线计算截面（mm2）；

Lv垂直档距（m）；

其中角度力T=σ×S×sinα

σ导线应力（N/mm2）；

α导线水平方向偏移角（度）；

α值可用初等数学方法、基本力学原理推导出，根据直线排列的A、B、C三相间的水平间距及发生偏移杆塔的前后两基杆塔间的水平距离做几何图形（如图1）。

注：

α值为近似值，其值同时还受同一耐张段前后几档档距影响（主要为前后两档），其值一般小于计算值，所以按此计算已能满足工程要求。

σ导线应力应取不同运行情况下的值分别进行计算，取最大值。

2、直线杆塔在垂直线路方向小距离位移时

当一基直线杆塔在垂直线路方向位移时，其前后两基杆塔若为直线杆塔时，这两基杆塔悬垂绝缘子串均会发生倾斜，倾斜幅度取决于前后两档档距及位移距离。

因此在线路设计时需对产生倾斜的直线杆塔悬垂绝缘子串经行效验。

悬垂绝缘子串带转角摇摆角计算公式为：

θ=tg-1[（Pj/2+S×g4×Lh×n+2T×sinβ/2×n）/（Wj/2+Wd×Lv×n+Wz）]

悬垂绝缘子串不带转角摇摆角计算公式为：

θ=tg-1[（Pj/2+S×g4×Lh×n）/（Wj/2+Wd×Lv×n+Wz）]

式中：

Pj绝缘子串风压（N）；

S导线计算截面（mm2）；

Wd导线单位长度重量（kg/km）；

g4导线风压比载（N/m×mm2）；

Lh水平档距（m）；

Lv垂直档距（m）；

T相导线张力（N）；

β线路转角度数（度）；

Wj绝缘子串及金具重量（N）；

Wz重锤重量（N）；

n每相导线根数

悬垂绝缘子串风压Pj=n1·n2·Ap·Kz（受风面积m2）·V2/1600（风压：

kN/m2风压就是垂直于气流方向的平面所受到的风的压力）---（kN）

式中：

n1--1相导线所用的绝缘子串数；

n2--每串绝缘子的片数，其余金具零件按加一片绝缘子的受风面积计算；

Ap--每片绝缘子的受风面积，单裙绝缘子取0.03m2，双裙绝缘子取0.04m2；

Kz--风压高度变化系数（可参考《电力工程高压送电线路设计手册第二版》第六章第二节杆塔设计荷载中表6-2-2）（压高度变化系数是：

反映风压随不同场地、地貌和高度变化规律的系数。

以规定离地面高度的风压为依据，为不同高度风压与规定离地面高度风压的比值。

）；

V--计算风速，m/s。

相导线张力T=σ×S

σ导线应力（N/mm2）

S导线计算截面（mm2）

当θ为已知时，Lh与Lv的关系为：

Lh=[tanθ（Wj/2+Wd×Lv×n+Wz）-Pj/2]/（S×g4×n）

根据此线性方程式可作出不同代表档距下垂直档距与水平档距之间的线性图，如下图例：

注：

斜线上方为安全区，下方为不安全区，斜线为临界区

[例]某条110kV线路N9号直线塔垂直线路方向位移10m，耐张段N6-N11，代表档距509m，采用云南省Ⅰ级气象区设计（C=5mm、V=27m/s）导线为1*JL/G1A-240/30-24/7，导线重量为922.2kg/km，每相采用单串8片U70B型绝缘子，悬垂绝缘子串总重35kg，档距及其它参数见下表，N9号塔求悬垂绝缘子串的摇摆角。

解：

导线在最大风时摇摆角最大，因此需验算在最大风的情况下，导线的雷电过电压、操作过电压及工频电压的摇摆角对杆塔塔头间隙是否满足或是否满足杆塔塔头间隙设计摇摆角。

已知：

导线截面S=275.96mm2，Vmax=27m/s，Wj=350N,g4（10）=0.0052762N/m×mm2，g4（15）=0.0118714N/m×mm2，g4（27）=0.0052762N/m×mm2，Lh=483m，Lv=460m,N9号塔转角度数为2.5°，根据导线应力弧垂表，当代表档距为509m时，σ（雷电）=65.799N/mm2，σ（操作）=68.619N/mm2σ（工频）=88.429N/mm2，根据上述已知条件可得：

相导线张力：

工频电压：

Pj=n1·n2·Ap·Kz·V2/1600=（8+1）×0.04×1.25×272/1600=205N

操作过电压：

Pj=n1·n2·Ap·Kz·V2/1600=（8+1）×0.04×1.25×152/1600=63.3N

雷电过电压：

Pj=n1·n2·Ap·Kz·V2/1600=（8+1）×0.04×1.25×102/1600=28.13N

相导线张力T

雷电过电压：

T=σ×S=65.799×275.96=18157.89N

操作过电压：

T=σ×S=68.619×275.96=18936.10N

工频电压：

T=σ×S=88.429×275.96=24402.87N

悬垂绝缘子串摇摆角：

工频电压：

θ=tg-1[（Pj/2+S×g4×Lh×n+2T×sinβ/2×n）/（Wj/2+Wd×Lv×n+Wz）]=tg-1{[205/2+275.96×0.0326938×483+2×24402.87×sin（2.5°/2）]/（350/2+0.9222×460×10）}=51.36°

操作过电压：

θ=tg-1[（Pj/2+S×g4×Lh×n+2T×sinβ/2×n）/（Wj/2+Wd×Lv×n+Wz）]=tg-1{[63.3/2+275.96×0.0118714×483+2×18936.10×sin（2.5°/2）]/（350/2+0.9222×460×10）}=28.92°

雷电过电压：

θ=tg-1[（Pj/2+S×g4×Lh×n+2T×sinβ/2×n）/（Wj/2+Wd×Lv×n+Wz）]=tg-1{[28.13/2+275.96×0.0052762×483+2×18157.89×sin（2.5°/2）]/（350/2+0.9222×460×10）}=19.05°

N9号直线塔为1B1Y1-ZM3型单回角钢塔，其θ工频max=53°、θ操作max=28°、θ雷电max=14°；应此，N9号塔垂直线路方向位移10m后其雷电过电压、操作过电压时的摇摆角均大于1B1Y1-ZM3塔塔头电气间隙圆最大摇摆角值。

不满足电气间隙要求。

解决方法：

1、顺线路方向调整杆塔位置；

2、调整杆塔呼高；

3、更换杆塔型号；

4、增加重锤。

以调整杆塔呼高及增加重锤为例：

（1）调整杆塔呼高

原线路杆塔呼高为30m，现将其调整为36m，调整后N9号塔垂直档距Lv=641m，改变后摇摆角计算可得：

工频电压：

θ=tg-1[（Pj/2+S×g4×Lh×n+2T×sinβ/2×n）/（Wj/2+Wd×Lv×n+Wz）]=tg-1{[205/2+275.96×0.0326938×483+2×24402.87×sin（2.5°/2）]/（350/2+0.9222×641×10）}=42.23°<53°

操作过电压：

θ=tg-1[（Pj/2+S×g4×Lh×n+2T×sinβ/2×n）/（Wj/2+Wd×Lv×n+Wz）]=tg-1{[63.3/2+275.96×0.0118714×483+2×18936.10×sin（2.5°/2）]/（350/2+0.9222×641×10）}=21.85°<28°

雷电过电压：

θ=tg-1[（Pj/2+S×g4×Lh×n+2T×sinβ/2×n）/（Wj/2+Wd×Lv×n+Wz）]=tg-1{[28.13/2+275.96×0.0052762×483+2×18157.89×sin（2.5°/2）]/（350/2+0.9222×641×10）}=13.93°<14°

（2）增加重锤

在雷电过电压时，导线摇摆角度数与最大允许角度差值最大，所以以雷电过电压下的情况来计算增加重锤片数。

设单片重锤重量为20kg，重锤挂件重量为5kg，每相需x片重锤；

雷电过电压：

tg-1[（Pj/2+S×g4×Lh×n+2T×sinβ/2×n）/（Wj/2+Wd×Lv×n+Wz）]=tg-1{[28.13/2+275.96×0.0052762×483+2×18157.89×sin（2.5°/2）]/（350/2+0.9222×460×10+5×10+20×10×x）}≦14°

解得：

x≧7.19

所以每相悬垂绝缘子串下至少加挂8片重锤时才能满足雷电过电压下的摇摆角。