保护金具-复合间隔棒-技术文件.doc

间 隔 棒

技
术

文

件

上元电力科技有限公司

目 次

前言··························································Ⅰ
1 范围························································1
2 规范性引用文件··············································1
3 术语和定义··················································2
4 一般技术要求················································2
5 间隔棒的其它性能参数········································5
6 选材与设计分析··············································6
7 试验分类···················································11
8 试验方法···················································13
9 验收规则···················································14
10 标志与包装················································14
11 型号命名方法··············································14

Ⅰ

前 言

远距离、大容量的输电线路均采用了分裂导线的型式，为了保证分裂导线束的电气性能，间隔棒就成为了不可缺少的防护金具。
间隔棒是输电线路上必不可少的关键金具之一，运行是承受着非常复杂的各种载荷。除此之外，它还常常经受着各种气象条件、自然条件的考验，其中不乏有在非常恶劣的条件下工作的可能，所以说分裂间隔棒的研究开发无疑是整个线路金具研发工作不可缺少的部分。

1 范围：
本技术文件适用于交、直流架空线路双分裂及以上的多分裂导线所用的刚性间隔棒、软性间隔棒及阻尼间隔棒。
本技术文件适用于110kV及以上、频率为50Hz的架空线路，且安装地点的海拔在1000m及以下，环境温度在-40℃～+40℃之间用间隔棒技术条件的一般要求、试验方法、检验规则、验收、包装。
2 规范性引用文件：
下列文件中的条款通过本技术文件的引用而成为本技术文件的条款，凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本技术文件，然而，鼓励根据本技术文件达成协议的各方研究是否可使用这些技术文件的最新本版。凡是不注日期的引用文件，其最新本版适用于本技术文件。
GB/T 528 硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定
GB/T 529 硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定
GB/T 531 橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法
GB/T 1239.2 冷卷圆柱螺旋压缩弹簧技术条件
GB/T 2314 电力金具通用技术条件
GB/T 2317.2 电力金具试验方法 第2部分：电晕和无线电干扰试验
GB/T 2317.4 电力金具试验方法 第4部分：验收规则
GB/T 2439 硫化橡胶或热塑性橡胶 导电性能和耗散性能电阻率的测定
GB/T 7762 硫化橡胶或热塑性橡胶 耐臭氧龟裂 静态拉伸试验
- 14 -
HG/T 3843 硫化橡胶短时间静压缩试验方法
HG/T 3867 硫化橡胶拉伸耐寒系数的测定
DL/T 768.7 电力金具制造质量 钢铁件热镀锌层
DL/T 1098 间隔棒技术条件和试验方法
3 术语和定义：
下列术语和定义适用于本技术文件
3.1 间隔棒：
使一相导线中的多根子导线保持一定的相对间隔位置的金具。
3.2 刚性间隔棒：
在间隔棒位置上，子导线之间不能产生相对位移的间隔棒。
3.3 软性间隔棒：
在间隔棒位置上，允许子导线之间有适量相对位移的间隔棒。
3.4 阻尼间隔棒：
在间隔棒关节内安装有阻尼元件，能够减轻分裂导线微风振动和次档距振荡的间隔棒。
4 一般技术要求：
1）间隔棒的主要作用：
间隔棒作为防护金具中的一个关键部件,在线路中主要有四个作用:
a 防止短路电流时引起的子导线的鞭击;
b 抑制次档距振荡;
c 降低微风振动的强度;
d 固定子导线空间相对位置。
2）线路对间隔棒的要求：
a 良好的力学性能保证可靠的机械强度。要求间隔棒能足够承受由于短路电流引起的向心力，在发生最大短路电流时，能够支撑子导线间的间距，防止互相碰击。除此之外，还要求线夹有足够的强度，并对导线有足够的握着力。
b 防电晕要求。要求间隔棒要有防电晕设计，尤其是线夹暴露在导线分裂圆外，更容易起电晕，在设计时必须足够重视。
c 重量合理。从理论上来讲，间隔棒的重量与其整个导线——间隔棒系统的阻尼性能有密切关系。重量太重非但不能起到消耗振动能量的作用，反而因长时间的振动对导线造成损坏，同时也浪费材料；反之，如果重量太轻，对抑制振动的效果也不好。在强度保证的情况下尽量减轻重量，一方面可以节省材料，另一方面，减少了添加在导线上不必要垂直载荷，对导线系统是有利的。大量的运行经验和试验数据表明，基于以上设计思路的间隔棒产品收到了很好的效果。
d 良好的阻尼性能。阻尼间隔棒就是利用橡胶元件的弹性来获得所需要的刚度，以便能在保持分裂导线几何尺寸的同时，使其有充分的活动性。得用橡胶的粘性在交变应力之下，吸收足够的能量以达到抑制微风振动的目的。阻尼性能是研究设计阻聚作用尼间隔棒的关键参数，与橡胶元件材料的阻尼系数有关，但消振效果更与间隔棒的结构、使用状态有着密切关系，要求在设计时应充分考虑。
e 良好的耐疲劳性能。这是一项非常重要的技术性能。在线路长时间运行后，如果间隔棒不能耐受疲劳振动，可能造成间隔棒脱落，或者在振动过程中损伤导线，对线路安全运行造成危害。
3）设计计算：
短路电流向心力
耐受短路电流向心力是对间隔棒性能考核的主要指标，是其技术条件中起决定作用的一个方面。目前对间隔棒短路电流向心力的计算仍然采用马努佐（C.Manuzio）公式，
IEC推荐的标准公式：
P=kICC
式中：
P—短路电流向心力，N；
ICC—短路电流，kA；
k—与子导线分裂数有关的系数；
T—子导线张力，N；通常为25%CUTS；
S—子导线分裂圆直径，mm；
D—子导线直径，mm；
我国DL/T 1098—2009《间隔棒技术条件和试验方法》中推荐的公式：
P=1.566 (5—2)
式中：
P—短路电流向心力，N；
ICC—短路电流，kA；
n—子导线根数；
H—子导线张力，N；通常为25%CUTS；
S—子导线分裂圆直径，mm；
D—子导线直径，mm；
以上所列举的公式虽不尽相同，但经过变形可以得出相同的结论，这里依据后者计算间隔棒的耐短路电流向心力。
为了使得设计的间隔棒适用于大多数情况，在强度上留有足够的安全系数，我们以子导线处于最大运行张力情况作为设计条件。
5 间隔棒的其它性能参数：
在DL/T 1098—2009《间隔棒技术条件和试验方法》中，除了对间隔棒耐短路电流向心力进行了规定外，对间隔棒其它性能参数也提出了要求。因此，这些要求同样作为进行四分裂间隔棒设计的技术条件。
四、六分裂间隔棒的技术条件
机械性能
项目
标准要求
线夹间拉、压力
6kN（重冰区）；4kN（非重冰区）
线夹强度
6kN
线夹扭握力
40N·m
线夹顺线握力
2.5kN
线夹关节活动范围
切线方向±12°
疲劳性能
垂直振动疲劳性能
振幅：±1mm
振动次数：3×107次
垂直振动频率：25Hz～50Hz
扭转振动疲劳性能
扭转角度：±10°～15°
扭转次数：1×106次
扭转振动频率：2Hz～5Hz
水平振动疲劳性能
水平振动频率：2Hz～5Hz
拉、压力：300N
振动次数：7×106次
橡胶疲劳性能
疲劳试验后，不损伤导线，橡胶不应有明显磨损，线夹握力无明显变化。线夹处导线洞弯应变值：不大于允许值（100με～120με）
6 选材与设计分析：
间隔棒本体框架和线夹采用ZL102；线夹绞轴为不锈钢制件；橡胶垫采用高强度耐候性的并用胶AB2﹟,满足线路在气候条件比较恶劣的环境下正常使用。线夹本体的夹头部位采用绞链式结构，导线握紧方式采用穿销式，线夹夹头与本体框架之间螺栓连接、铆固。阻尼橡胶件 阻尼橡胶件包括线夹橡胶垫和关节橡胶垫。关节橡胶垫采用柱粒橡胶（8枚）。
6.1 间隔棒本体框架的设计：
目前500kV、750kV线路上运行的间隔棒，其主要材料多选用ZL102，我公司间隔棒本体框架材料选用ZL102，抗拉强度为145MPa，该铝合金具有较好的铸造性能，并具有较高的强度。
本次间隔棒本体框架采用双框板双筋式，双框板双筋式的受力更稳定，在充分保证其机械力学性能的前提下，对间隔棒本体框架进行科学的布置和调整，合理减轻其重量，重量的合理减轻对整个间隔棒导线系统是十分有利的（机械力学性能的保证将在后面的本体框架的强度校核中给以详细说明）。
6.2 间隔棒线夹的设计：
间隔棒线夹材料选用ZL102，抗拉强度145MPa。

线夹强度试验图
线夹的夹头部位采用铰链式结构，导线握紧方式采用穿销式，本间隔棒安装时只需用专用工具将线夹盖板压到位后，插上锁紧销即可，它省去了紧固螺栓安装及开口销的繁琐，亦消除了因外力及其它因素造成螺栓松动而磨伤导线的危险。线夹本体及盖板线槽内衬有橡胶垫块，通过对橡胶垫块的压缩，对导线产生正压力。由于橡胶的压缩变形补偿了导线的蠕变（变形量为蠕变量的10倍），从而使线夹紧紧握住导线。
线夹与本体框架之间采用螺栓连接，有利于夹头零件的更换。线夹尾部的阻尼胶垫型腔为通透加小隔挡（小隔挡将8枚柱粒橡胶对称分开）结构，该结构与柱粒橡胶（8枚）及十字轴套三者一起构成一个完整的阻尼关节，到导线振动时，由于柱粒橡胶的阻尼作用，将有效的吸收微风振动及次档距振动的能量。线夹活动范围为：切线方向±12°，顺线方向摆动±8°，这种柔性的活动范围，可以保护导线在外力作用下不受任何损伤。
安装在线路上的间隔棒本体要求完全处于分裂子导线的包围之中，同时对间隔棒夹头间的拉压强度也有一定的要求，通常不小于4.0kN、重冰区不小于6.0kN。因此夹头太短，会使间隔棒重量有所增加，同时也容易产生电晕；夹头太长，又会使夹头弯矩增大，使得其强度难以得到有效保证。确定导线中心到关节螺栓中心线的距离为130mm。
6.3 间隔棒的防电晕设计：
金具上起电晕主要是由于其表面电位梯度超过了临界值，从而使空气产生电离所致。因此防电晕就是要想方设法降低金具的表面电位梯度，或提高产生电晕的临界电位梯度值。具体到本间隔棒的防电晕，主要依靠其本身的造型，将间隔棒的框架部分藏于导线束的内部；而对于易起电晕的线夹夹头部位，则采用加大曲率半径，并将夹头表面作大圆弧处理，从而降低引起电晕的临界电位梯度值，以便有效的减小电晕产生的机会。
间隔棒的阻尼特性是线路安全运行的一项重要特性，间隔棒的阻尼性能主要取决于所用橡胶件的性能。本次间隔棒设计中采用阻尼性能更好的柱粒橡胶，这种形式的橡胶其受力面积大，并且受力后恢复性好。
500kV及以上输电线路经过地区气候条件复杂，温度差异大，这就要求橡胶应具有很好的耐高、低温的性能，以及耐臭氧老化性能要好。
借鉴目前在国内外广泛应用的实际经验，仍然采用长春应用化学研究所研制的并用AB1﹟和AB2﹟胶，其产品性能完全达到耐老化、耐磨和吸振能力强的要求。本次设计充分发挥橡胶件阻尼性能，将关节处橡胶件做成柱粒形，与线夹本体及十字轴套产生紧密配合，其尺寸较线夹本体及十字轴套尺寸略大，以保证对橡胶垫的充分压缩。
2.5.5 关节紧固螺栓和销轴的设计。
在本次间隔棒设计中，国内常用的四分裂间隔棒，为了防止螺栓的松脱，紧固后在螺栓的销口处插一开口销，这种结构在试验中发现有不可见电晕无功损耗；同时由于开口销孔的位置偏差，致使放松防脱效果欠佳。而本次设计的间隔棒省去了开口销的安装，凸出螺帽的螺杆尾部进行翻铆，不仅外形美观，便于包装发运，而且没有电晕损耗，能够更有效地防止了螺帽的松懈和脱落。
6.4 间隔棒主要部分强度校核：
6.4.1本体框架的强度校核
本体框架薄弱截面A如下图所示：
其抗弯截面模数（校核需要）为：

间隔棒本体框架受力简化示意图如下：
此处间隔棒本体框架为一静不定刚架结构，将其简化为静定简支结构，利用变形协调条件建立正则方程，解方程可求得MA值。
θA=(θA)MA+(θA)F=0[6]
式中：θA—截面A的转角
(θA)MA—由弯矩MA引起的截面A的转角
(θA)MA=MA×LAB/3EI
(θA)F—由向心力F引起的截面A的转角
(θA)F=-F×LAB2/16EI
则本体框架薄弱截面A的综合应力σ=σ1+σ2
式中：σ1—薄弱截面A的轴向应力，MPa
σ1=F×sin22.5°/s=15×0.383/65.68×2=0.044
F—短路电流向心力
S—薄弱截面A的面积
σ1—薄弱截面A的弯曲应力，MPa
σ2=MA/WA
MA—薄弱截面A的弯矩，
WA—薄弱截面A的抗弯截面模数，
安全系数n=[σ]/σ
经校核间隔棒本体框架足够安全。
6.4.2线夹橡胶夹头握力校核
线夹橡胶夹头握力P=n×f×δL/L×E×S
式中：n—系数，取1.5
f—橡胶与铝的摩擦系数，0.9
δL—正压力方向橡胶块的压缩量
L—正压力方向橡胶块的厚度
E—橡胶的弹性模量,80kg/cm2
S—橡胶的承压面积
正压力方向橡胶块的压缩比为δL/L =16%
线夹橡胶夹头握力P=n×f×δL/L×E×S
400/35导线P=1.5×0.9×0.16×8×6568=11.3kN
720/50导线P=1.5×0.9×0.16×8×8875=15kN
计算得：线夹橡胶夹头握力P＞2.5kN。
6.4.3关节螺栓的强度校核
关节螺栓的应力σ=M/W[6]
式中：M—关节螺栓所受弯矩
M=FL/4
F—短路电流向心力，
L—关节螺栓的有效长度，
W—关节螺栓的抗弯截面模数
W=πd3/32
d—关节螺栓的直径，
安全系数n=[σ]/ σ
经校核关节螺栓足够安全。
6.4.4线夹夹头扭握力的计算
为保证导线束最小次档距翻转180°时线夹无扭转滑移，以保证一定的恢复力矩，使导线束恢复原始状态。具体计算公式为：τmax=2Gθ/L—《送电线路金具的设计安装试验和应用》【2】，计算得τmax值符合设计院对本间隔棒的要求值。
式中τmax—线夹所需的握紧扭力矩，N.m；τ
θ—扭转角度（rad），θ=π，rad；
L—最小次档矩，一般为25m，m；
L—导线扭转刚度，N.m2/rad，本处取估值（L=160N.m2/rad）
7 试验分类：
7.1 型式试验
7.1.1概述
型式试验的目的是确认间隔棒的设计性能，通常在新产品试制定型时进行一次，当设计、材料或工艺更改后需重新进行。
7.1.2型式试样项目
间隔棒型式试验项目见表1.经供需双方协商同意也可以进行其他项目的试验，如间隔棒一分裂导线系统的防振性能试验等。

7.2 抽样试验
7.2.1概述
抽样试验的目的是证实间隔棒材料和产品的性能。
7.2.2抽样试验项目
间隔棒抽样试验项目见表1。
试件应从供货批量中随机取样，需方有权抽取试样。
7.2.3抽样试验接收判据
抽样方法和验收按GB/T 2317.4执行，或由供需双方协商确定。
7.3 例行试验
7.3.1概述
例行试验为非破坏性试验，应在每一件产品上进行，目的是检验间隔棒外观、尺寸等是否符合规定的要求。
7.3.2例行试验项目和接收判据
整批供货间隔棒需进行例行试验，试验项目见表1，不符合要求的间隔棒应予剔除。
8 试验方法：
8.1 外观检查
间隔棒生产工艺、形状、锌层及表面处理等方面应与图纸要求相符。
8.2 尺寸、材料和质量检验
尺寸检验应保证间隔棒尺寸在图纸规定范围内。
材质检查应符合设计要求。
间隔棒整套质量应符合设计要求。
8.3 热镀锌试验
热镀锌试验按DL/T 768.7的规定执行。
8.4 线夹机械性能和电气性能试验
线夹机械性能和电气性能试验按DL/T 1098-2009的规定执行。
8.5 合成橡胶元件性能试验
合成橡胶元件性能试验检验项目见下表：

8.5.1检验方法
a）橡胶外观应无气泡缺陷；
b）各项性能应满足表中的技术指标；
9 验收规则：
间隔棒的验收要求满足GB/T 2317.4的规定。
10 标志与包装：
间隔棒的标志与包装满足GB/T 2314的规定。
11 型号命名方法：
间隔棒的型号命名方法满足DL/T 683的规定。