ldquo凤声梅影rdquo科普
目前国内kV双回换位塔的电气模型存在不利于复合绝缘子防上下伞裙的冰桥短接和防雷性能不足等缺点。通过安装侧针完善跳线防雷设计，改变跳线出口角度，改善绝缘子高压端的场强分布，悬垂串和耐张串采用内弧结构的拉线型U形环避免芯棒与端部金具连接的扭伤，跳线串改成八字形或V字形以有效防污闪、雨闪和冰闪，耐张串采用复合绝缘子使双回换位塔完全免清扫，从而kV双回换位塔电气模型即可得到优化。
塔型1
塔型2
图1
kV双回换位塔模型
近年来，因土地升值导致线路走廊紧张，国内kV线路大多采取同塔双回或四回。参考文献[1]规定，对于中性点直接接地的送电线路，其长度超过km，均应换位，于是国内出现了两种大同小异的kV双回换位塔，如图1所示。这两种塔型与科威特-沙特-卡塔尔kV跨国联络线工程的kV双回换位塔相似。换位塔是为了限制线路中不对称电流和不对称电压，也是整条线路绝缘的薄弱环节[2]，因此，做好换位塔的防雷和绝缘设计至关重要。
图2
科威特-沙特-卡塔尔kV跨国联络线换位塔
由kV双回换位塔模型可以看出，上、下横担的导线跳线串在同一垂线中，不利于复合绝缘子防止上下伞裙的冰桥短接。但中东地区不存在覆冰气象条件，因此kV跨国联络线换位塔中的上、中、下横担导线挂线点为等臂挂线点。另外，塔型1和塔型2的地线支架长度仅与上横担的导线耐张串挂线点持平（对主干线的防雷保护角为0°），而kV跨国联络线换位塔的地线支架长度与上、下横担的跳线挂线点持平（对主干线的防雷保护角为负保护角，对上、下横担的跳线的防雷保护角为0°），但这个跨国联网工程的其他塔型的防雷保护角均为0°。显然，现有的kV双回换位塔电气模型需要进一步的设计优化。
一、双回换位塔防雷保护的设计优化
国家电网公司年颁布的典型设计要求，kV同塔双回直线塔对中相的保护角均不大于0°，对上、下相的保护角为负保护角。而日本设计规程要求对上、中、下相的保护角均为负保护角。绕击是超高压线路跳闸的主要原因[3]，因放电的分散性，超过EGM绕击区外的雷电流仍可发生绕击[4]。显然，图1中的上、下横担之间的跳接线0°防雷保护角不满足最新的学术成果和国网公司设计要求。大量自然闪电图片说明了多个分岔闪电先导与主先导并存，并且低接地电阻的铁塔改变强雷电流的轨迹显著。20cm长的侧针保护范围为6m[5],因此，在导线上横担和下横担顶部各加装两支3m左右的侧针[6]，防备多个分岔闪电先导的袭击是必要的。
二、跳线和跳线串的设计优化
跳线出口处与主干线一般成钝角，靠近绝缘子的跳线所产生的电磁在绝缘子表面易感应出电荷，增强了灰尘附着力，从而降低绝缘子的污耐压水平。可以改变跳线出口的朝向，使跳线出口处与主干线成锐角，如同地线的跳线形态，改善了绝缘子高压端的场强分布，延缓电蚀并裂化绝缘子表面的时间。
跳线串下方支撑架（管）受风力左右摆动，会使复合绝缘子发生小角度的轴向扭转，从而破坏芯棒与端部金具连接。内弧结构的拉线型U形环可使悬垂复合绝缘子产生一定程度的轴向扭转，从而改善悬垂复合绝缘子的机械性能。悬垂串采用内弧结构的拉线型U形环，在科威特-沙特-卡塔尔kV跨国联络线工程的设计招标文件中也可以得到证实。
上、下横担之间的上跳线串改成八字形，下跳线串改成倒八字形，一是提高复合绝缘子的耐污自洁性能，阻隔雨帘或冰桥形成，有效防污闪、雨闪和冰闪；二是改善了绝缘子高压端的场强分布[7]；三是与图1中的塔型相比，节省了8串复合绝缘子（包括连接金具），减少了故障点。
上、中横担之间或中、下横担之间的跳线串改成倒V字形，除上述优点外，倒V字形结构具有一定自由度，与上、下跳线配合顺畅。
根据八字形或V形串上的复合绝缘子始终呈斜向布置的特点，复合绝缘子等径伞（上方的伞上冰水不易滴到下面的伞上）在防冰闪方面，优于大小伞（小伞上冰水易滴到大伞上，形成冰桥短接）结构，并有效增大爬距。
三、耐张串的设计优化
经过对复合绝缘子的±10°的12万余次拉扭动荷载试验[8]，复合绝缘子的机械破坏负荷下降10%，端部内楔式复合绝缘子的机械破坏负荷有所提高，均满足设计、运行要求。即使复合绝缘子表面憎水性完全丧失，其污闪电压仍较同长度的瓷或玻璃绝缘子串高20%~50%。因此，耐张串采用复合绝缘子，使结构复杂的换位塔完全免清扫。
耐张串与导线横担连接的U形环结构无法使耐张串产生一定程度的轴向扭转，因而也存在复合绝缘子芯棒与端部金具连接破损的可能。当端部出现护套开裂现象时，即使采用耐酸芯棒，此时的芯棒端部机械强度经酸雨侵蚀已经打了折扣。目前尚无在无酸雾下复合绝缘子的±10°的拉扭动荷载试验数据，因此，及时发现并更换是必要的，靠芯棒的耐酸性能继续工作缺乏安全的可控性。内弧结构的拉线型U形环可使耐张复合绝缘子允许小角度的扭转[8]，从而改善耐张复合绝缘子的机械性能，如图3所示。
图3
两种U形环的结构分析
芯棒脆断起因于复合绝缘子的护套密封损坏，外部环境中产生的酸液渗透到芯棒表面，应力和腐蚀环境的协同作用导致了复合绝缘子芯棒的脆断[9,10]。耐酸芯棒的耐应力和腐蚀性能存在较大差异，对特别重要的工程，要求挑选出更加优异的耐酸芯棒。如果耐张复合绝缘子端部采用辐射交联聚乙烯热缩管实现端部金属与芯棒护套的外密封，确保耐张串拉扭动荷载情况下不出现裂缝，防止酸雨侵蚀芯棒，可基本解决内绝缘击穿和芯棒脆断问题。
双联或多联结构的耐张串无论采取单固定和双固定或多点固定型式，均应保证双联或多联绝缘子受力均匀。kV四分裂导线的耐张串典型设计采用双联双固定结构，适合于线路转角为0°情况。当线路转角大于0°时，等长的双联双固定结构无法确保双联绝缘子受力平衡，调整导线横担挂线板上的两个挂线孔位置比较繁琐，尤其瓷、玻璃绝缘子结构高度的制造误差为±5m,复合绝缘子结构高度的制造误差为±30mm,给挂点设计带来很大的难度。
试验表明，双联单固定型式可以适应不等长的双联绝缘子，使之受力均衡，绝缘子两端的联板与双联绝缘子呈等腰梯形。如果在两个联板之间并排或正三角安装三联绝缘子，那么三联绝缘子的结构高度误差必须为0m，这在工程实际中是很难达到的。因此，kV耐张串的双联双固定结构应改为双联单固定型式。很明显，提高复合绝缘子一个机械强度等级[11]优于增加串联的串数。
四、优化后的kV双回换位塔电气模型
根据上述优化内容，结合国家电网公司年颁布的kV双回耐张塔典型设计尺寸，可以将kV双回换位塔电气模型优化如图4所示，上、中、下横担的主导线挂线点为鼓型挂线点。
图4
优化后的kV双回换位塔电气模型
综上所述，通过安装侧针完善跳线防雷设计改变跳线出口角度改善绝缘子高压端的场强分布悬垂串和耐张串采用内弧结构的拉线型U形环避免芯棒与端部金具连接的扭伤，跳线串改成八字形或V字形以有效防污闪、雨闪和冰闪，耐张串采用复合绝缘子使双回换位塔完全免清扫。因而kV双回换位塔电气模型即可得到优化。
END
供稿：送电三处
作者：张傲
编辑：刘书瀚
审核：徐州送变电有限公司党建工作部
注：“凤声梅影”是前往泰州实习的九名新员工组成的团体（梁战，刘书瀚，韩波，张傲，王培鹏，李鑫，宋兴光，徐路，陈少宇），他们将感悟心得，记作凤声；将学习体会，化为梅影。
参考文献：
[1]DL/T-,～kV架空送电线路设计.技术规程[S].
[2]东北电力设计院.电力工程高压送电线路设计手册[M].北京:中国电力出版社,:-.
[3]张志劲,司马文霞,蒋兴良,孙才新,舒立春.超/特高压输电线路雷电绕击防护性能研究[J].中国电机工程学报,(10):1-6.
[4]林峰.±kV江城线雷电跳闸分析及应对措施[J].高电压技术,(03):+.
[5]郭秀慧,李志强,钱冠军.输电线路绕击防护的新措施[J].高电压技术,(07):37-38+41.
[6]李景禄,陈勇,胡毅,杨廷方,杨成钢.山区送电线路雷害事故分析及防雷措施[J].高电压技术,(05):53-54.
[7]易辉.kV输电线路采用倒V型绝缘子串的试验研究[J].电力设备,(03):37-40.
[8]沈庆河,程学启,胡晓黎.复合绝缘子的动载机械性能研究[J].电网技术,(12):75-78.
[9]梁曦东,王成胜,范炬.合成绝缘子芯棒脆断性能及试验方法的研究[J].电网技术,(01):34-37.
[10]ElyT,KumosaM.TheStressCorrosionExperimentsonanE-Glass/EpoxyUnidirectionalComposite[J].JournalofCompositeMaterials,,34(10):-.
[11]樊灵孟,肖勇,周华敏.广东电网污秽地区耐张串试用复合绝缘子运行情况分析[J].电网技术,(12):37-41.
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