1、-1-国网冀北电力有限公司电力科学研究院国网冀北电力有限公司电力科学研究院刘亮刘亮2022年年8月月5日日相间间隔棒防舞配套金具的研究相间间隔棒防舞配套金具的研究-2-项目背景项目背景n 2010年年11月月20日，运行人员在巡视中发现汗沽一线日，运行人员在巡视中发现汗沽一线448#-449#（档距为（档距为434米）米）第第7子导线间隔棒处安装的相间间隔棒球头（下相子导线间隔棒处安装的相间间隔棒球头（下相B相端）断开，汗沽二线相端）断开，汗沽二线445#-446#（档距为（档距为469米）第米）第7子导线间隔棒处安装的相间间隔棒配套普通子子导线间隔棒处安装的相间间隔棒配套普通子导线间隔棒支架
2、（下相导线间隔棒支架（下相B相端）断裂，导致脱开。相端）断裂，导致脱开。n 汗沽一线汗沽一线448#-449#、汗沽二线、汗沽二线445#-446#位于风口区，是典型的微地型、微气位于风口区，是典型的微地型、微气象区，与象区，与2010年年10月月18日因舞动发生跳闸的汗沽二线日因舞动发生跳闸的汗沽二线449#-450#位于同一区域位于同一区域。-3-项目背景项目背景n 源霸二线紧凑型线路源霸二线紧凑型线路2010年起，由于舞动及风偏的作用，部分区段相间年起，由于舞动及风偏的作用，部分区段相间间隔棒的球头及配套支架发生断裂。间隔棒的球头及配套支架发生断裂。1234相间间隔棒运行调研相间间隔棒运
3、行调研-4-紧凑型尤其常见，但垂直排列也有钢脚断裂情况发生相间间隔棒运行调研相间间隔棒运行调研-5-n 冀北发生类似故障冀北发生类似故障60起，且均为紧凑型线路，其中，上两相安装的相间间起，且均为紧凑型线路，其中，上两相安装的相间间隔棒金具损伤隔棒金具损伤3起，其余均为斜置安装的相间间隔棒的下端部金具损伤。起，其余均为斜置安装的相间间隔棒的下端部金具损伤。60起中，起中，8起为支架或子导线间隔棒本体损伤。起为支架或子导线间隔棒本体损伤。n 紧凑型线路发生金具损伤故障率接近紧凑型线路发生金具损伤故障率接近1.5%，垂直排列线路的相间间隔棒，垂直排列线路的相间间隔棒故障率约为故障率约为0.4%球头
4、弯曲情况测试球头弯曲情况测试-6-n 为验证金具损伤的原因，利用相间间隔棒及配套金具的拉、弯模拟试验为验证金具损伤的原因，利用相间间隔棒及配套金具的拉、弯模拟试验平台，对球头球窝以及铰链式结构的金具进行了试验。平台，对球头球窝以及铰链式结构的金具进行了试验。n 利用相关工装，对相间间隔棒球头弯曲的起始力进行测试，在拉力计示利用相关工装，对相间间隔棒球头弯曲的起始力进行测试，在拉力计示数为数为900N左右，作用于相间间隔棒球头时长在左右，作用于相间间隔棒球头时长在4分钟左右，肉眼即可发现分钟左右，肉眼即可发现球头有一定程度的弯曲。表明在静态条件下，球头发生弯曲的力很小。球头有一定程度的弯曲。表明
5、在静态条件下，球头发生弯曲的力很小。金具拉断力测试金具拉断力测试n 单板结构的主体铝材厚度为单板结构的主体铝材厚度为8mm，双板结构的主体铝材总厚度，双板结构的主体铝材总厚度8mm，每，每个板厚个板厚4mm。n 试验发现，拉断点均在图中的部位试验发现，拉断点均在图中的部位A和和B处或其附近。对于单板结构，静处或其附近。对于单板结构，静态拉断力在态拉断力在25000N至至45000N间（根据材质、制造工艺不同有所区别），间（根据材质、制造工艺不同有所区别），受损点主要为部位受损点主要为部位A和和B对应的螺栓孔处，或相近的线夹根部。对于双板对应的螺栓孔处，或相近的线夹根部。对于双板结构，拉断力在结
6、构，拉断力在10000N至至20000N间，受损部位接近。双板结构由于两板间，受损部位接近。双板结构由于两板受力不平衡，延受力方向最薄弱点的断面尺寸更小，强度更差。受力不平衡，延受力方向最薄弱点的断面尺寸更小，强度更差。n 在试验过程中，未有支架拉断的现象，相间间隔棒的球头也未有拉断现在试验过程中，未有支架拉断的现象，相间间隔棒的球头也未有拉断现象。象。n 本体弯曲力本体弯曲力仅为仅为2000-3000N。-7-相间间隔棒支撑力测试相间间隔棒支撑力测试-8-n 对于适用于紧凑型线路的对于适用于紧凑型线路的6m左右长度的三种规格的相间间隔棒，经测试左右长度的三种规格的相间间隔棒，经测试得到的支撑
7、力与后屈曲程度的关系。试验时，相间间隔棒为水平放置，得到的支撑力与后屈曲程度的关系。试验时，相间间隔棒为水平放置，两端装有测力计。两端装有测力计。n 对于对于6m左右长度的相间间隔棒，芯棒直径左右长度的相间间隔棒，芯棒直径18mm的支撑力在的支撑力在150至至200N左左右。芯棒直径右。芯棒直径24mm的相间间隔棒，支撑力最大可达的相间间隔棒，支撑力最大可达650N，随着后屈曲，随着后屈曲程度的加大，支撑力下降较为明显，在程度的加大，支撑力下降较为明显，在400N至至650N之间。对于直径之间。对于直径30mm的相间间隔棒，支撑力基本在的相间间隔棒，支撑力基本在550N至至650N之间。之间。
8、0204060801001200100200300400500600700800后屈曲程度 /cm支撑力/N 直径24mm，长5.74m 直径18mm，长6.2m 直径30mm，长6.0m相间间隔棒调研小结相间间隔棒调研小结-9-n 斜置安装的相间间隔棒下部金具损伤的情况最常见，水平安装相间间隔棒端斜置安装的相间间隔棒下部金具损伤的情况最常见，水平安装相间间隔棒端部金具损伤的情况相对较少。而垂直安装的相间间隔棒，端部金具损伤的情部金具损伤的情况相对较少。而垂直安装的相间间隔棒，端部金具损伤的情况相对更少。损伤的部位多为球头，也有个别子导线间隔棒本体和支架损伤况相对更少。损伤的部位多为球头，也有
9、个别子导线间隔棒本体和支架损伤n 经分析和试验测试认为，在现有的相间间隔棒芯材条件下，金具采用的球头经分析和试验测试认为，在现有的相间间隔棒芯材条件下，金具采用的球头球窝连接结构，受力不合理。球窝连接结构，受力不合理。n 金具中，球头最易弯曲受损，子导线间隔棒和支架次之，使之弯曲受损的力金具中，球头最易弯曲受损，子导线间隔棒和支架次之，使之弯曲受损的力均在均在3000N以下。在金具拉力强度方面，单板结构金具明显好于双板结构金以下。在金具拉力强度方面，单板结构金具明显好于双板结构金具，且金具的抗拉性远大于抗弯性。通过调研分析认为，大部分球头和子导具，且金具的抗拉性远大于抗弯性。通过调研分析认为，
10、大部分球头和子导线间隔棒、支架均是在弯矩作用下损伤（俗称掰断），不排除有极个别情况线间隔棒、支架均是在弯矩作用下损伤（俗称掰断），不排除有极个别情况下，支架被冲力拉断，但该种样本发现的极少。下，支架被冲力拉断，但该种样本发现的极少。n 测试还发现，常用的玻璃纤维相间间隔棒的支撑力远小于拉力。测试还发现，常用的玻璃纤维相间间隔棒的支撑力远小于拉力。n 建议：相间间隔棒和配套金具中，必须要有软式连接方式；建议将原球头球建议：相间间隔棒和配套金具中，必须要有软式连接方式；建议将原球头球窝结构进行修改；配套的子导线间隔棒必须为单板结构；为确保金具拉力方窝结构进行修改；配套的子导线间隔棒必须为单板结构；
11、为确保金具拉力方面的安全性，其静态拉断强度至少大于面的安全性，其静态拉断强度至少大于40000N；由于相间间隔棒的支撑力极；由于相间间隔棒的支撑力极小，对于相间距离较长的线路，可以使用无支撑作用的相间防舞器具；制定小，对于相间距离较长的线路，可以使用无支撑作用的相间防舞器具；制定适用于相间间隔棒的专用金具标准。适用于相间间隔棒的专用金具标准。相间间隔棒相间间隔棒拉、弯试验平台拉、弯试验平台-10-n试验平台主要由驱动系统、上下相的模拟导线、缓冲同步调节设备构成，全试验平台主要由驱动系统、上下相的模拟导线、缓冲同步调节设备构成，全部设备间利用钢丝绳形成牵引系统，呈闭环设计。试验设计的导线和相间间
12、部设备间利用钢丝绳形成牵引系统，呈闭环设计。试验设计的导线和相间间隔棒的最大压缩位移为隔棒的最大压缩位移为1.5m1.5m，电机的驱动频率为，电机的驱动频率为0.5Hz0.5Hz，提供的冲击力转化为，提供的冲击力转化为静态值约为静态值约为15000N15000N。n试验平台中，导线的相间距、连接用的钢丝绳等器件，均可以调节，导线的试验平台中，导线的相间距、连接用的钢丝绳等器件，均可以调节，导线的排布也可以调整，可便捷的用于导线倒三角结构、垂直排列结构的舞动测试排布也可以调整，可便捷的用于导线倒三角结构、垂直排列结构的舞动测试。系统中，钢丝绳的拉力可通过同步调节结构和吊绳等器件进行张紧，从而。系
13、统中，钢丝绳的拉力可通过同步调节结构和吊绳等器件进行张紧，从而对导线舞动的幅度产生影响。对导线舞动的幅度产生影响。n导线的张力主要由专门的张紧机构提供。在导线的两端，安装有张紧调节装导线的张力主要由专门的张紧机构提供。在导线的两端，安装有张紧调节装置，利用配重的变化，可调节导线张力。上下相导线中，上相导线直接受到置，利用配重的变化，可调节导线张力。上下相导线中，上相导线直接受到电机的牵引，而下相导线为被动响应。电机的牵引，而下相导线为被动响应。相间间隔棒相间间隔棒拉、弯试验平台拉、弯试验平台-11-n该试验平台，近两年多次用于金具结构合理性的分析，在紧密型环式连接配该试验平台，近两年多次用于金
14、具结构合理性的分析，在紧密型环式连接配合四点连接可调金具的定型试验、用于封闭布置的一体式支架的定型试验、合四点连接可调金具的定型试验、用于封闭布置的一体式支架的定型试验、弹性金具的定型试验中发挥了重大作用，发现了多处金具设计中的隐患，考弹性金具的定型试验中发挥了重大作用，发现了多处金具设计中的隐患，考核了金具的结构、强度和疲劳程度，对金具的推广提供了依据。核了金具的结构、强度和疲劳程度，对金具的推广提供了依据。n该平台还用于柔性相间间隔棒、普通相间间隔棒疲劳性能的测试中，经平台该平台还用于柔性相间间隔棒、普通相间间隔棒疲劳性能的测试中，经平台拉弯后的相间间隔棒，可再次经过电气试验校核，确保不发
15、生绝缘问题。拉弯后的相间间隔棒，可再次经过电气试验校核，确保不发生绝缘问题。n20122012年，利用该平台开展了多起针对金具结构合理性、响应程度、机械强度年，利用该平台开展了多起针对金具结构合理性、响应程度、机械强度方面的特殊性及抽样试验，为冀北公司多家单位的方面的特殊性及抽样试验，为冀北公司多家单位的110kV110kV线路防舞动治理提供线路防舞动治理提供了新的检测手段。了新的检测手段。n相间间隔棒及金具拉弯试验平台为国内首个防舞动用动态试验平台，可以对相间间隔棒及金具拉弯试验平台为国内首个防舞动用动态试验平台，可以对相间间隔棒及其配套金具的动态过程进行模拟，以便于开展导线动态特征的相间间
16、隔棒及其配套金具的动态过程进行模拟，以便于开展导线动态特征的相关研究，同时还可对相间间隔棒及金具进行检测，以验证其是否满足在防相关研究，同时还可对相间间隔棒及金具进行检测，以验证其是否满足在防舞过程中应用的结构、强度要求。舞过程中应用的结构、强度要求。相间间隔棒相间间隔棒拉、弯试验平台拉、弯试验平台-12-相间间隔棒相间间隔棒拉、弯试验平台拉、弯试验平台-13-紧密型环式连接紧密型环式连接-14-n 利用拉弯试验平台开展了试验。用普通的利用拉弯试验平台开展了试验。用普通的U型环替代球头球窝结构。试验发型环替代球头球窝结构。试验发现，经过长达现，经过长达1.5小时的拉弯，相间间隔棒及金具未发生明
17、显损伤。小时的拉弯，相间间隔棒及金具未发生明显损伤。n 尽管环与子导线间隔棒发生磨损，但该种磨损损伤程度轻微，对于镀锌的铝尽管环与子导线间隔棒发生磨损，但该种磨损损伤程度轻微，对于镀锌的铝材，该种结构按照每年发生材，该种结构按照每年发生15万次的摩擦计算，可安全运行接近万次的摩擦计算，可安全运行接近10年，满足年，满足相间间隔棒的应用要求，磨损程度可以接受。相间间隔棒的应用要求，磨损程度可以接受。n 对于对于U型环，为了更好的发挥相间间隔棒的支撑作用，特意对相间间隔棒的型环，为了更好的发挥相间间隔棒的支撑作用，特意对相间间隔棒的端部金具和子导线间隔棒金具的尺寸做出规定，并要求端部金具和子导线间
18、隔棒金具的尺寸做出规定，并要求U型环的尺寸在不影型环的尺寸在不影响活动裕度和响应的基础上，尽可能小，设计出了紧密型环式连接形式。响活动裕度和响应的基础上，尽可能小，设计出了紧密型环式连接形式。四点连接型可调金具四点连接型可调金具-15-n 当支架受到相间间隔棒传递过来的当支架受到相间间隔棒传递过来的X、Y方向的横向外力时，该外力通过支方向的横向外力时，该外力通过支架最终传导至子间隔棒上。由于子间隔棒与支架仅通过部位架最终传导至子间隔棒上。由于子间隔棒与支架仅通过部位A、B接触，使接触，使部位部位A、B受横向力相对较大。受横向力相对较大。n 当支架受到相间间隔棒传递过来的当支架受到相间间隔棒传递
19、过来的Z方向的纵深方向外力时，纵深方向的力方向的纵深方向外力时，纵深方向的力矩集中作用于部位矩集中作用于部位A和和B处的连接销钉，使该连接部位为力矩的作用点，由处的连接销钉，使该连接部位为力矩的作用点，由于接触部位仅有于接触部位仅有A和和B，相对较少，也表明作用点集中，并且由于子间隔棒，相对较少，也表明作用点集中，并且由于子间隔棒固定于导线上，使部位固定于导线上，使部位A和和B在在Z方向难以随支架的运动产生位移，这使得方向难以随支架的运动产生位移，这使得A、B处的反向力相对比较大，容易造成子间隔棒损伤。处的反向力相对比较大，容易造成子间隔棒损伤。四点连接型可调金具四点连接型可调金具-16-12
20、34金具可调节范围研究金具可调节范围研究-17-n 对山区、平原的紧凑型、同塔双回线路相间距对山区、平原的紧凑型、同塔双回线路相间距进行统计分析进行统计分析n 从相间距统计结果看出，山区紧凑型线路相间从相间距统计结果看出，山区紧凑型线路相间距的偏差，距的偏差，90%在在0.6m间，间，80%在在0.4m间，平间，平原地区的紧凑型线路，绝大部分相间间隔棒偏原地区的紧凑型线路，绝大部分相间间隔棒偏差在差在0.4m间。垂直排列线路，山区地区相间距间。垂直排列线路，山区地区相间距80%偏差在偏差在1m间，平原地区间，平原地区95%的偏差在的偏差在1m间。间。n 设计四点连接的六分裂金具，其可调范围为设
21、计四点连接的六分裂金具，其可调范围为0.4m（含每端三个紧密型（含每端三个紧密型U型环），四点连接型环），四点连接的四分裂金具，其可调范围为的四分裂金具，其可调范围为1m。其中，四分。其中，四分裂子导线间隔棒中四点连接的支架长度可调节裂子导线间隔棒中四点连接的支架长度可调节距离在距离在0-0.3m，中间连接金具（用于四分裂线，中间连接金具（用于四分裂线路的相间间隔棒为双节式，中间为可调挂板）路的相间间隔棒为双节式，中间为可调挂板）调节范围为调节范围为0-0.4m。一体式支架一体式支架-18-n 原封闭三角形支架受力不合理，支架通过原封闭三角形支架受力不合理，支架通过A、B、C三点与子间隔棒连接
22、，当三点与子间隔棒连接，当支架受到支架受到F1和和F2两个作用力的时候，两个力会通过支架直接作用到子导线间两个作用力的时候，两个力会通过支架直接作用到子导线间隔棒隔棒A、B、C三个作用点，其中三个作用点，其中B点同时受到了来自两个支架的合力，从而点同时受到了来自两个支架的合力，从而使得使得B点成为子间隔棒的薄弱点，极易损坏。两个支架作为独立的受力元件点成为子间隔棒的薄弱点，极易损坏。两个支架作为独立的受力元件，通过相间间隔棒传递到支架的力，会全部通过支架直接作用到子导线间隔，通过相间间隔棒传递到支架的力，会全部通过支架直接作用到子导线间隔棒上，使得棒上，使得A、B、C三个作用点长期承受较大的力
23、，易发生损坏。三个作用点长期承受较大的力，易发生损坏。部位A部位B部位CXYZ单片铝板结构子间隔棒支架节点A节点B部位A部位B一体式支架一体式支架-19-n 除改善受力外，支架还设计成了交错安装的形式，即其与子导线间隔棒固定除改善受力外，支架还设计成了交错安装的形式，即其与子导线间隔棒固定的部位的部位A和和B，均设计为单面板，部位，均设计为单面板，部位A从正面盖到子导线间隔棒上，部位从正面盖到子导线间隔棒上，部位B可利用角度上的错开，从背面盖到子导线间隔棒上，然后在其余两面安装有可利用角度上的错开，从背面盖到子导线间隔棒上，然后在其余两面安装有固定夹板，通过螺栓销钉固定。这使支架可在不拆卸子导线间隔棒的情况下固定夹板，通过螺栓销钉固定。这使支架可在不拆卸子导线间隔棒的情况下，便捷的安装于其上。该种设计，可有效降低防舞改造成本，方便线路施工，便捷的安装于其上。该种设计，可有效降低防舞改造成本，方便线路施工n 该金具还在子导线间隔棒的强度上做了加强，使之能更好的满足抗相间间隔该金具还在子导线间隔棒的强度上做了加强，使之能更好的满足抗相间间隔棒冲击力的要求。棒冲击力的要求。应用效果应用效果-20-n 在在19条紧凑型线路上实条紧凑型线路上实现工程应用，改造后至现工程应用，改造后至今再未发生防治金具损今再未发生防治金具损伤问题。伤问题。-21-感谢各位专家！感谢各位专家！汇报完毕汇报完毕
