２０１Ｏ年第２期 电力金具 悬垂线夹的标称破坏载荷及出口角的设计 薄浙江省电力设计院通 ３１００１２浙江杭州 １．概述 架空输电线路经过的地形情况，一般划分为：平地、丘陵、山区及高山等四种类型， 故形成的导线垂直档距（１ｖ）的分布规律，也有很大的差别。如在平地或丘陵地形下，各基 塔位的垂直档距值之间差别较小，且最大值在ｌｖ＝１０００ｍ以下。在山区或高山地形下，导线 垂直档距的变化范围将达到１００ｍ～１６００ｍ；在这种情况下，全线路若仅按Ｉｖ＝１６００ｍ设计一种 标称强度的线夹，显然是很不经济的；一般的办法是线夹规划设计为几种强度等级。因 此，对各种导线规格用的线夹，都要确定一个最低的强度等级值，简称它为起步级强度。 例如：截面４００ｍｍ 导线用的线夹，起步级强度取为６０ｋＮ；而截面６３０ｍｍ－￣导线的起步级强度 取为８０ｋＮ。如何确定起步级强度的设计标准，这是本文要探讨的问题。对山区或高山地形 的线路，除起步级线夹以外，再配合按１６００ｍ设计的线夹，简称为后备级线夹。从以上的叙 述可知，对某种导线规格所用的线夹，通常要设计２种以上的强度等级，然而送电线路采用 的导线规格众多（截面３５ｍｍ ～１０００ｍｍ２），以及导线设计冰厚不同等许多因素，最终形成 的悬垂线夹的产品系列，必然会出现许多各不相同的强度等级。然而从标准化的要求，以 及线夹与其它金具的相互配合等方面考虑，就需要制定一项适合悬垂线夹用的标称破坏载 荷系列标准，这也是本文要探讨的另一个问题。 ２．破坏载荷及出口角的计算 送电线路的设计阶段，当全线路各基铁塔的位置被确定后，就要逐基塔位对选用的悬 垂线夹进行验算。首先，核查线夹承受的载荷，若超过其标称值，就要更换为强度等级更 高的线夹，或者改用双线夹的悬挂方式；其次，核算线夹的最大出口角（对最小出口角也 应验算，但本文不叙述），若超过其标称值，则只能改用双线夹的悬挂方式。 每基塔位处的导线垂直档距值，是由线夹左右两侧的垂直档距（正值或负值）的代数 和。若在线路的最大载荷工况下，并考虑规定的线夹安全系数２．５后，按公式（１）计算线夹 的破坏载荷。若在线路最大弧垂工况下，按公式（２）分别计算线夹左右两侧的导线悬垂角 （正值或负值），验算准则是两侧悬垂角的代数和，应不小于线夹最大标称出口角的两 倍。由于两种线路工况下的垂直档距值差别较小，故计算时均从线路的平断面定位图中直 接查取。 Ｐ ２．５ （Ｎ） （１） ０ ａ： 一 丁Ｗｌｖａ （２） Ｐ一～线夹破坏载荷的标称值， （Ｎ） ２０ｌ０年第２期 电力金具 ２ ｗｍ一导线的最大载荷， （Ｎ／ｍ） ｗ一最大弧垂工况时的导线载荷， （Ｎ／ｍ） Ｔ一最大弧垂工况时的导线张力， （Ｎ） ＠一线夹左（右）侧的导线悬垂角， Ｌｖ一导线的垂直档距， （ｍ） Ｌｖａ一线夹左（右）侧的垂直档距， （ｍ） ３。垂直档距的分布规律 对导线垂直档距的分布规律进行研究，才能正确、合理地确定悬垂线夹的破坏载荷及 出口角的设计原则。我国超高压及特高压线路，有关导线规格及铁塔设计原则等都比较接 近，其铁塔的经济档距值亦在４００ｍ～５００ｍ之间。因此，对于理想的平坦地形，全线路的档 距长度或垂直档距值都是４００ｍ～５００ｍ；若在丘陵地形情况下，线路的垂直档距就会出现一 定的变化范围，而数值在４００ｍ～５００ｍ占有大多数，且最大值也不会超过１０００ｍ；但若通过 山区或高山地形的线路，导线垂直档距的变化范围就会达到１００ｍ～１６００ｍ。现以几种电压等 级的山区线路的统计资料来说明垂直档距的分布规律。 （ａ）５００ｋＶ金华一温州线路，这是浙江省最具代表性的高山峻岭地形。线路全长 １７４．７ｋｍ共有铁塔３７８基，统计得ｌｖ＝５０—１４９０ｍ，其中ｌｖ≥１０００ｍ的共１ １５，占全线的２．９１％。 （图１）是金温线的铁塔数量与（１ｖ）之间的分布情况；图中曲线１表示铁塔数量，曲线２表 示铁塔累计数量。 （ｂ）１０００ｋＶ晋东南～荆州的示范线路，其中约１４０ｋｍ的典型段，铁塔２８０基。统计得 ｌｖ≥１０００ｍ的共有７基，占总塔数２．５％，最大值Ｉｖ＝１５００ｍ。 （ｃ）７５０ｋＶ拉西瓦～官亭线路（拉西瓦段），长４７１ｍ，铁塔９０基。统计得ｌｖ≥１０００ｍ的 共５基，占总塔数５．５６％，最大值Ｉｖ＝１５０４ｍ。 （ｄ）±５００ｋＶ葛～上改造线路，其中吉阳跨越～高陵段，长１５８ｋｍ，铁塔３５８基。统计得 ｌｖ≥１０００ｍ的共６基，占总塔数１．６８％，最大值ｌｖ＝ｌ５０７ｍ。 综合以上统计资料说明，山区或高山地形的线路（设计冰厚１０ｒａｍ），其ｌｖ≥１０００ｍ的 铁塔基数，约占全线总塔数的５％以下。 ４．起步级强度的设计标准 根据垂直档距的分布规律，选取Ｉｖ＝１０００ｍ（冰厚１０ｍｍ）作为线夹起步级强度的设计标 准是合理的。因为按此标准设计的线夹，能完全满足在平地或丘陵地形的线路使用，而用 于山区或高山地形的线路，也能有全线路９５％以上的塔位可适用；对山区线路可配备按 ２０１０年第２期 电力金具 ３ ｌｖ：１６００ｍ作为设计标准的后备级线夹。我国线路工程绝大多数取用设计冰厚为１０ｍｍ，在 ２２０ｋＶ～７５０ｋＶ线路上普遍采用的导线规格是ＬＧＪ一４００／３５（５０），则按上述设计标准计算得 悬垂线夹的起步级和后备级强度值分别为：５８．６ｋＮ（６３．１ｋＮ）及９３．８ｋＮ（１０１．０ｋＮ）。因 此，截面４００ｍｍ２导线用的线夹起步级强度为６０ｋＮ，这种线夹已在全国２２０ｋＶ～５００ｋＶ线路上 广泛使用。 对于设计冰厚为２０ｒａｍ的重冰区线路，由于在重冰区线路的设计规程中明确规定，要求 对档距、高差及耐张段长度等方面采取限制措施。因此，最大垂直档距值在一般地形情况 下不超过６００ｍ，而山区地形不超过１０００ｍ。现分别取这两数值，作为重冰区线夹的起步级 和后备级的设计标准。对于常用的导线规格（２４０～１０００ｍｍ２），分别按１０ｍｍ及２０ｍｍ冰区 计算线夹的起步级强度列于（表１），结果说明两类冰区的线夹起步级强度值达到相等同， 合并设计可极大地简化线夹的规格和种类。 从（表１）的计算结果，宜将６３０及７２０导线的线夹起步级强度值取为相等，可便于设 计、施工和运行维护。因为在超高压或特高压的线路，相同电压等级的线路工程中，这两 种导线经常是交替地选用，在线槽尺寸的设计规划表中，已将这两种导线用的线夹合并为 同一尺寸型号，故起步级强度亦应相等。 关于送电线路设计选用线夹的强度等级，可采用２种设计方案。其一，全线路仅用起步 级强度的一种线夹，当某塔位处（１ｖ）超过１０００ｍ时，则选用双线夹的悬挂方式（总强度提 高为２倍）；其二，全线路选用起步级和后备级的２种强度值（有时可能用３种），如果出现 线夹出口角不足的问题，仍须采用双线夹的悬挂方式才能得到解决。 （表１） ２６．８２ 导线直径（ｍｍ） 载荷（１０ｍｍ、１０００ｍ）（ｋＮ） 载荷（２０ｍｍ、６００ｍ）（ ） 起步级（ｋＮ） ２１．６６ ３３．６０ ３６．２３ ３９．９０ ４２．１０ （２７．６３） ４５．６ ５８．６（６３．１）８０．７ ９０．８ １０３．０ １ｌ２．０ ４８．８ ４０ ５８．８（６１．８） ６０ ７４．８ ８０ ８２．０ ８０ ９０．８ １００ ９７．２ １２０ ５．标称破坏载荷系列 ５．１悬垂线夹的专用强度系列 送电线路的组成部件，如：铁塔、绝缘子及金具等，它们的强度要求都应依据导线的 载荷而定，尤其是悬垂线夹及耐张线夹等是与导线直接接触，故强度要求完全由导线的需 要决定。然而在电力金具中唯有连接金具，其用途是配合绝缘子使它能组装成悬垂或耐张 绝缘子串。因此连接金具的强度等级系列就必须与绝缘子的系列配合一致，这就是电力金 具国标ＧＢ／Ｔ２３１５规定的标称破坏载荷系列，可简称为４０—７０—１００ｋＮ系列，这只能适用于连 接金具，而不适用于悬垂线夹，需要另行制定专用于悬垂线夹的强度等级系列。 ５．２载荷系列的强度级差值 送电线路应采用节能型的金具产品，而用于电压３３０ｋＶ及以上时，一般要求选用防电晕 型的线夹，故悬垂线夹应选取铝合金材料来制造，为此适用于线夹的强度系列中，级差值 就不宜过大，选取级差值为２０ｋＮ较为合适，这与（表１）的计算结果也一致。对于强度在 １５０ｋＮ及以上则属于特高强度等级的线夹，在线路上一般使用数量较少，大多是用在特殊档 距或大跨越档距情况下，为了减少线夹产品的强度等级，此时的强度级差值放大到５０ｋＮ为 宜 ２０１０年第２期 电力金具 ４ ５。３标称破坏载荷系列的确定 我国超高压线路上最广泛采用的导线规格是４００截面，按ｌｖ＝１０００ｍ的设计标准，计算得 线夹的起步级为６０ｋＮ，相应的后备级为ｌＯ０ｋＮ。这种４００导线用的起步级６０ｋＮ的线夹，已列 为标准产品ＣＧＦ一５Ｘ型，且在５００ｋＶ线路上大量地使用，估计数量在１００万只以上，从设计、 制造、施工和运行等方面反映十分良好。因此，选取６０ｋＮ级为强度系列中的一个关键性等 级。 现对强度系列选取６０ｋＮ还是７０ｋＮ进行比较，有观点认为按ＧＢ／Ｔ２３１５标准选取７０ｋＮ级， ￣２２０ｋＶ线路采用单根４００导线时，悬垂绝缘子串为７０ｋＮ级，若线夹取７０ｋＮ级就能达到两者 强度级相同。然而设计规程规定绝缘子的安全系数取２．７，故允许最大载荷为２５．９３ｋＮ；而金 具的安全系数取２．５，允许载荷为２８ｋＮ。可见线夹的强度不能用足，而有７．４％的裕度。两者 相比说明，线夹强度等级提高到７０ｋＮ，必然多耗费制造材料，同时对产品质量方面的要求 也随之提高。如果线夹强度等级选取６０ｋＮ级，限价的允许载荷为２４ｋＮ，给绝缘子的强度留 有７．４％的裕度，这种强度匹配关系式合理的，因为绝缘子是一种随时间推移而会产生强度 老化现象的产品。 对于扩大输送容量的超高压线路，以及特高压线路，常用规格为６３０／４５或７２０／５０导线， 线夹起步级及后备级的计算结果分别为８０ｋＮ及１２０ｋＮ。近几年我国线路上开始采用特大截 面的９００／４ｏＲ１０００／４５导线，按同样的设计标准计算得，线夹的起步级及后备级分别为： １００、１２０ｋＮ及１５０、２００ｋＮ。对于１ ｌＯｋＶ线路较多地采用２４０／４０导线，可计算得线夹起步级 及后备级分别为４０ｋＮ及６０ｋＮ。 综上所述，按线夹起步级形成的强度系列（表１）为：４０、６０、８０、１００、１２０，相应的 强度级差２０ｋＮ符合要求。对于特殊档距情况及大跨越档距用的线夹，最高强度等级暂定为 ３５０ｋＮ，当超过１５０ｋＮ后，取用强度级差为５０ｋＮ。因此，最终形成的悬垂线夹标称破坏载荷 系列，总共有１０个等级，即：４０—６０—８０—１００—１２０—１５０—２００—２５０—３００—３５０ｋＮ。 ６．最大出口角 悬垂线夹的最小及最大出口角，也是两项重要的设计参数。确定了最大出１２１角的设计 值，就等于确定了线夹（船体）的总长度。设计工作的目标是尽可能缩短线夹的长度，因 为长线夹的微风振动特性反而变差，而且多耗费材料。５１７２０／５０导线用的线夹，最大出口 角按２５。或按２０。设计，其线夹长度相差４７ｍｍ。还要指出，线夹的最大出口角应与标称破 坏载荷值相互匹配。３１７２０／５０导线常用的８０３８型或１００４０型线夹，相应的出口角分别为 １５．８。（８０ｋＮ级）或１９．４。（１００ｋＮ级），说明这两种线夹按２５。设计是浪费的，因为出口 角２５。所匹配的是１４０ｋＮ级。因此，各种导线规格（３５～ｌＯ００ｍｍ２），若按（表１）的起步级 强度设计线夹，相应匹配的最大出口角在１８。以下，说明起步级线夹可按出口角２０ｏ设 计。我国２２０ｋＶ～５００ｋＶ线路上，最广泛用的ＣＧＦ～５Ｘ型线夹的最大出口角约２２。，其线夹长 度为３００ｍｍ，设计及运行情况都十分良好。 对于山区或高山地形的线路，出现Ｉｖｙ＞１０００ｍ的塔位数量仅占全线的５％以下，若选用 后备级强度的线夹可按出口角２５。设计（对应ｌｖ１４８０ｍ），可见这种线夹并不能包揽各种情 况，因为线路上出现Ｉｖｙ＞１４８０ｍ的可能性总是存在的，若出现ｌｖ＝１６００ｍ的情况，则匹配的出 口角就需２６．８。。例如：作者曾在北京石景山地区某２２０ｋＶ线路（导线２４０／３０），就遇到某 塔位ｌｖ＝１９００ｍ，最终在这基塔位采用３只悬垂线夹（４０ｋＮ级）的悬挂方式。 综上所述，悬垂线夹设计应考虑，最大出口角与标称破坏载荷值之间相互匹配。为了 能尽量缩短线夹长度，线夹出口角的取值宜在２０。～２５。的范围内，硬性规定各种线夹一律 按２５。出口角设计，这显然是不合理的。若（表１）的起步级线夹按２０。出口角设计，就已 能匹配Ｎｌｖ￣＜１１５０ｍ（按公式（２）折算）。对于山区或高山地形的线路，超出线夹出口角 的塔位是极少的，然而解决这个问题的方法也很简单，即改用双线夹的悬挂方式就可以 了。
