一种输电线路直线塔不平衡张力自平衡金具及其使用方法与流程

本发明涉及一种输电线路
技术领域：
，特别是一种输电线路直线塔的不平衡张力自平衡金具及其使用方法。
背景技术：
：为了降低电能输送的成本，减少输电走廊对土地的占用，采用特高压等级线路和紧凑型输电方式是两条很有效的途径，因此，特高压输电和紧凑型输电在世界各国均被作为远距离大容量输电的优选方案。根据我国电能远距离输送的需要，近几年我国在大力推动特高压电网建设，紧凑型输电线路通过对导线的优化排列，将三相导线置于同一塔窗内，三相导线间无接地构件，达到提高自然输送功率，减少线路走廊宽度，提高单位走廊输电容量。针对连续上下山、大高差、大档距的情况，当气象条件变化时，如环境温度变化、不均匀覆冰及不同期脱冰，输线塔两侧会产生较大的不平衡张力，造成绝缘子串发生倾斜、纵向受力过大，发生断串或倒塔事件。专利文献CN105655951A公开的一种金具连接于绝缘子端部所述金具包括头部、固定部和转动部，所述固定部与所述绝缘子端部固定连接，所述头部用于与外部设备连接，所述头部通过所述转动部与所述固定部可转动连接，所述头部可绕所述绝缘子的轴线360°转动。该专利降低金具疲劳和应力损伤，有效延长输电塔的使用寿命，但该专利无法克服不平衡张力，防止发生断串或倒塔事件。专利文献CN205283049U公开的一种750kV线路十字联板金具包括大板(1)和小板(2)，所述大板(1)沿其中心轴线左右对称，所述小板(2)沿其中心轴线左右对称，所述大板(1)和小板(2)呈十字形设置，所述十字形的四个直角处通过角钢(3)和螺栓进行紧固；所述大板(1)的上半部为类圆弧形状，所述大板(1)的下半部为类五星形状，所述大板(1)上设置有六个线夹孔(4)，所述线夹孔(4)均匀分布在同一圆周上，所述大板(1)的中部沿中心轴线位置开有沿大板(1)厚度方向贯穿所述大板(1)的长条形大板插接孔(6)，所述小板(2)的上部沿中心轴线位置开有沿小板(2)厚度方向贯穿所述小板(2)的长条形小板插接孔(9)，所述小板(2)在中心轴线的两侧对称设置有挂串孔(10)，所述大板插接孔(6)和小板插接孔(9)配合安装。该专利可以减短串长，缩短铁塔层高，但该专利无法克服不平衡张力，防止发生断串或倒塔事件。专利文献CN205645415U公开的一种防脱式线路绝缘子金具，包括球头挂具(5)、用于限制球头挂具轴向运动的弹簧销(3)，球头挂具(5)钢脚下部的吊杆设有吊耳或挂环(6)；还包括球窝挂板(2)、防止球头挂具脱落的锁定插板(4)；球窝挂板(2)的主体为窝碗结构，球头挂具的安装口(2a)位于球窝挂板(2)的侧部，球窝挂板(2)的底部设有通槽(2c)，通槽(2c)的外端部开口于球头挂具的安装口(2a)，球窝挂板(2)主体的侧壁开有用于插装锁定插板(4)的长通孔(2d)，长通孔(2d)与安装口(2a)位置相对；球窝挂板(2)顶部设有挂耳(1)；锁定插板(4)由水平段(4a)及竖直段(4b)垂直连接，锁定插板的水平段(4a)外端部设有销孔；球头挂具(5)的钢脚装配在球窝挂板(2)的窝碗内，并通过弹簧销(3)纵向限位，球头挂具(5)的吊杆由球窝挂板(2)底部的通槽(2c)伸出；锁定插板(4)的水平段(4a)由钢脚及弹簧销(3)间穿过，插装在球窝挂板(2)的长通孔(2d)内，并通过卡销(7)或螺栓定位；锁定插板(4)的竖直段(4b)与球头挂具(5)的钢脚侧部抵触配合限位。该专利决了线路绝缘子串V型等大倾角特殊安装形式的掉串问题，但该专利无法克服不平衡张力，防止发生断串或倒塔事件。专利文献CN201994146U公开的一种绝缘子上金具，包括锁销(1)、压紧弹簧(2)、压板(3)、基座(4)，锁销(1)和压板(3)由压紧弹簧(2)连接成一个整体，金具的下端是中空的，且有开口向下的孔。该专利可以降低导线的震动幅度，还可以减缓绝缘子本体的老化速度，但该专利无法克服不平衡张力，防止发生断串或倒塔事件。在
背景技术：
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。技术实现要素：鉴于上述问题，本发明实施提供了一种克服不平衡张力，防止发生断串或倒塔事件的输电线路直线塔的张力自平衡金具、绝缘子串、横担和输电线路直线塔以及使用该不平衡张力自平衡金具的方法。本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。本发明的一个方面，一种输电线路直线塔的不平衡张力自平衡金具包括固定到输电线路直线塔的联塔挂板和U型挂环，所述联塔挂板沿其中心轴线左右对称，所述联塔挂板上半部设有连接所述输电线路直线塔的第一、第二和第三通孔，其中，位于所述联塔挂板上半部的顶端的第一通孔的圆心位于所述中心轴线上，位于所述联塔挂板上半部的左侧的第二通孔和位于所述联塔挂板上半部的右侧的第三通孔关于所述中心轴线对称，所述联塔挂板下半部设有弧形的长条孔槽，所述长条孔槽关于所述中心轴线对称且所述长条孔槽的弧形最低点在所述中心轴线上，U型挂环经由挂环螺栓连接所述联塔挂板，所述挂环螺栓经由套管可滚动地设在所述长条孔槽中，当输电线路直线塔两侧导线不平衡张力达到一定数值时，悬垂串向张力大的一侧移动，使得输电线路直线塔两侧张力达到自平衡。优选地，所述挂环螺栓为6.8级的M24。优选地，所述长条孔槽长度为600mm，所述长条孔槽孔径R为90mm。优选地，所述联塔挂板上半部呈三角形，位于三角形的顶部的第一通孔、位于三角形的左侧的第二通孔和位于三角形右侧的第三通孔形成以中心轴线为中心线的等腰三角形。优选地，所述张力自平衡金具的长条孔槽长度随温度约呈线性关系。优选地，所述金具为所述的不平衡张力自平衡金具。本发明的另一个方面，一种使用所述的输电线路直线塔的张力自平衡金具的方法的步骤包括：第一步骤中：经由第一、第二和第三通孔固定联塔挂板到输电线路直线塔。第二步骤中：U型挂环经由挂环螺栓连接所述联塔挂板。第二步骤中：所述挂环螺栓经由套管可滚动地设在所述长条孔槽中，当输电线路直线塔两侧导线不平衡张力达到一定数值时，悬垂串向张力大的一侧移动，使得输电线路直线塔两侧张力达到自平衡。本发明的输电线路直线塔的不平衡张力自平衡金具克服不平衡张力，防止发生断串或倒塔，还可降低塔重约11％，提高杆塔过载能力约9％。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。附图说明通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：图1是根据本发明一个实施例的输电线路直线塔的不平衡张力自平衡金具的立体示意图；图2是根据本发明一个实施例的输电线路直线塔的不平衡张力自平衡金具的结构示意图；图3是根据本发明一个实施例的输电线路直线塔的不平衡张力自平衡金具的截面示意图；图4是根据本发明一个实施例的输电线路直线塔的上下坡的耐张段示意图；图5是根据本发明一个实施例的利用输电线路直线塔的不平衡张力自平衡金具的方法的步骤示意图。以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。具体实施方式下面将参照附图1-5更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。为了更好地理解，图1为本发明的一个实施例的输电线路直线塔的不平衡张力自平衡金具的立体示意图，图2为本发明的一个实施例的输电线路直线塔的不平衡张力自平衡金具的结构示意图，图3为本发明的一个实施例的输电线路直线塔的不平衡张力自平衡金具的侧视图，本发明实施例将结合图1-3进行具体说明。如图1-3所示，本发明的一个实施例提供了一种输电线路直线塔的不平衡张力自平衡金具，输电线路直线塔的不平衡张力自平衡金具包括固定到输电线路直线塔的联塔挂板1和U型挂环2，所述联塔挂板1沿其中心轴线3左右对称，所述联塔挂板1上半部设有连接所述输电线路直线塔的第一、第二和第三通孔4、5、6，其中，位于所述联塔挂板上半部的顶端的第一通孔4的圆心位于所述中心轴线3上，位于所述联塔挂板上半部的左侧的第二通孔5和位于所述联塔挂板上半部的右侧的第三通孔6关于所述中心轴线3对称，所述联塔挂板下半部设有弧形的长条孔槽7，所述长条孔槽7关于所述中心轴线3对称且所述长条孔槽3的弧形最低点在所述中心轴线3上，U型挂环2经由挂环螺栓8连接所述联塔挂板1，所述挂环螺栓8经由套管9可滚动地设在所述长条孔槽7中，当输电线路直线塔两侧导线不平衡张力达到一定数值时，悬垂串向张力大的一侧移动，使得输电线路直线塔两侧张力达到自平衡。本发明的输电线路直线塔的不平衡张力自平衡金具的联塔挂板1与U型挂环2可方便可靠联接，挂环螺栓8加装套管9，将螺栓与长条孔槽7间的滑动摩擦变为滚动摩擦。当杆塔两侧导线不平衡张力达到一定数值时，悬垂串向张力大的一侧移动，使得两侧张力达到自平衡，不平衡张力消除后可自动归位，无需人工操作。本发明的输电线路直线塔的不平衡张力自平衡金具可降低直线塔60％以上的纵向不平衡张力，避免因不平衡张力引起的倒塔断线事故，提高线路运行可靠性，等效降低了直线塔不平衡张力荷载，降低了塔重。研究表明本发明的输电线路直线塔的张力自平衡金具可降低塔重约11％，提高杆塔过载能力约9％。在一个实施例中，所述挂环螺栓8为6.8级的M24。在一个实施例中，所述联塔挂板上半部呈三角形，位于三角形的顶部的第一通孔4、位于三角形的左侧的第二通孔5和位于三角形右侧的第三通孔6形成以中心轴线3为中心线的等腰三角形。如图3所示的输电线路直线塔的连续上下山耐张段示意图中，对于连续档，如果气温发生变化，耐张段内各档的水平应力将发生变化，出现不平衡张力，悬垂串两侧的张力不同会导致悬垂串在联塔挂板处沿着孔条方向线路方向向张力大侧移动。悬垂绝缘子串沿着孔槽移动后，架空线的悬挂点位置发生改变，水平移动距离为δi，从而使得各档档距发生变化Δli，但在一个耐张段内，档距变化量的总和为0，即∑Δli＝0。架线施工时，补偿架空线初伸长降温Δt后的连续档架线应力各档水平应力为σ0，比载为γ1，架线气温t0。竣工后悬垂绝缘子串处于中垂位置，第i档的档距为li0，、高差角为βi0。此时第i档的悬挂曲线长度为线路运行过程中，气象条件发生变化，气温变为t，比载变为γi，假定初伸长已经释放完毕，各档水平应力为σi0。由于各档水平应力不等，悬垂绝缘子串将沿线路方向移动δi，使档距增大Δli，高差变化为Δhi，高差角变为βi，此时第i档的悬挂曲线长度为将上式以档距、高差的微分增量形式表示为两种状态下的线长之差是由于应力、气温的不同以及初伸长的放出引起的，即将Li、Li0的表达式代入，整理后得到共有n档，可列出n个方程式。对于整个耐张段，由于两端为耐张杆塔，所以各档档距增量Δli的总和应为零。耐张段两端为耐张杆塔，可以认为耐张绝缘子串偏移量为零，即δ0＝0、δn＝0。其他各档的档距变化量为Δl1＝δ1-δ0＝δ1Δl2＝δ2-δ1＝δ2-Δl1，δ2＝Δl2+Δl1……由于悬垂串水平移动，挂点高度没有变化，所以认为各档的高差变化量Δhi＝0，最终状态下各档的水平应力达到一个相同的新值σi0。耐张段内共有n-1基直线杆塔，可列出形如(F6)各n-1个方程，按式(F5)可列n个方程，共2n-1个方程，已知δ0＝0，因此可以求解σi0一个值、Δli、δi共2n个未知量。求解一般需借助计算机进行，其中式F-5中的Δhi＝0，步骤如下：1假定一个水平应力σ10；2由式F-5计算Δ11Δli；3由式F-6计算δ1δi；4由σ20＝σ10σi0＝σi-10，5按照步骤2～4，计算出全部σi0一个值、Δli、δi为止；6若求得的δn接近于0，则满足要求，上述结果可以接受；否则需重新假定σ10，再由步骤1开始计算。耐张段中各直线塔均安装自平衡金具后，按照以上分析过程可求出当耐张段的气象条件发生变化后，自平衡金具调节档内不平衡张力完成后的水平应力，各档的档距变化量以及悬垂串的水平位移。导线型号为2×JLHA3-1050，导线参数如下表1：表1导线参数表如图3所示耐张段共8档，顶层导线挂点的高程h和各档档距1在图中已经标出。架空线竣工时的温度为10℃，各悬垂串均铅垂，架空线的水平应力为55.81MPa，已知该地段最低气温-30℃，最高气温40℃。当不采用自平衡金具时，气象条件变化的温度从-30℃到40℃每隔5℃计算一次，耐张段内各直线塔悬垂串的偏斜角度β正号代表向前偏，负号向后偏，如下表2：表2不采用自平衡金具时直线塔悬垂串偏斜角，单位°从上表可看出：当温度降低时，1#和2#直线塔上山塔的悬垂串向前偏，其余各悬垂串下山塔向后偏，其中5#塔向前最大偏移约6°；温度升高时5#塔向后最大偏移约4.55°。悬垂串长期处于偏斜状态会产生较大的不平衡张力，降低线路运行可靠性，偏斜角越大，损坏越严重，故应采取措施确保悬垂串尽量保持垂直。针对上述问题，考虑悬垂串上部加装自平衡金具，重新计算温度从-30℃到40℃变化时耐张段达到自平衡后的水平张力T如下表4：表4自平衡后的水平张力T，单位kN从上表4可以看出，温度为10℃时，正常运行张力为150.4kN，当导线温度降低到-30℃时，导线由于收缩运行应力升高，当自平衡金具达到自平衡后，整个耐张段的水平张力为160.54kN；导线温度升高到40℃时，导线由于伸长运行应力降低，自平衡后耐张段的水平张力为142.99kN。各档的档距变化量为Δli如下表(负数为减小，正数为增加，括号内为该档档距，m)表5各档的档距变化量为Δli，单位m从上表可以看出，导线温度为正常运行温度10℃时，各档的档距变化量为0，当导线温度发生变化后，自平衡金具的移动导致各档档距均发生变化。气温降低后，大档距的档距会增大(如3、4、5档)，小档距的档距会减小(其余各档)；气温升高后，大档距的档距会减小(3、4、5档)，小档距的档距会增大。达到自平衡后，悬垂串需水平偏移量δi计算如下表6正数代表向前移动，负数代表向后移动：表6达到自平衡状态悬垂串需水平偏移量δi，单位mm从上表可以看出，导线温度为正常运行温度10℃时悬垂串偏移量为0，当导线温度发生变化后，直线塔的绝缘串会随着自平衡金具水平移动，使各档再次达到平衡状态，悬垂串始终保持垂直。温度降低时，1、2#直线塔的自平衡金具向后水平移动，其余各金具向前；温度升高时，1、2#直线塔的自平衡金具向前水平移动，其余各金具向后。当温度降低到-30℃时，5#直线塔向前移动量最大为646mm，温度升高到40℃时，5#直线塔向后移动量最大为491mm。针对计算的最大偏移量，确定自平衡金具长孔槽尺寸。在一个实施例中，当型号为2×JLHA3-1050的导线温度降低到-30℃时，所述张力自平衡金具至少承受162.15kN的水平张力；导线温度升高到40℃时，所述张力自平衡金具至少承受142.99kN的水平张力。在一个实施例中，所述长条孔槽长度L为600mm，所述长条孔槽孔径R为90mm。若直线塔安装自平衡金具，当气象条件发生变化后，自平衡金具水平移动导致各档档距均发生变化，气温降低时大档距的档距会增大，小档距的档距会减小；气温升高时大档距的档距会减小，小档距的档距会增大。耐张段各档的档距变化量随温度近似呈线性关系，且档距越大，变化越快，各直线塔的自平衡金具的水平偏移量随温度也近似呈线性关系。在一个实施例中，所述不平衡张力自平衡金具的长条孔槽长度L随温度约呈线性关系。在一个实施例中，自平衡金具的尺寸主要决定于长条孔槽的长度，合理选择孔槽长度，使其既能最大限度的限制导线不平衡张力，又能满足安装和运行的要求。已知500kV双回路直线塔导线挂点处横担的宽度一般为1300mm，故金具最大长度不能超过1200mm。根据上面计算得到的直线塔悬垂串水平偏移量δi知道，温度降低到-30℃时，直线塔移动量最大为646mm，但为运行极限温度，不常见；而-5℃覆冰工况为244mm，25℃时为245mm，为运行常见温度。综合考虑运行温度和横担宽度对金具长度的限制，自平衡金具的孔槽长度L可选为600mm。在一个实施例中，根据确定的自平衡金具的尺寸，通过计算得到不同温度下使用自平衡金具不平衡张力的降低百分比如下表7：表7不同温度下自平衡金具降低不平衡张力百分比温度(℃)-30-25-20-15-10-50510152025303540降低百分比(％)4653627492100100100100100100100927361从表中可以看出，当直线塔采用自平衡金具后，温度在-10℃-30℃之间变化时能够通过自调节完全消除直线塔不平衡张力，即使达到极限温度-30℃和40℃时，也能降低直线塔约60％纵向不平衡张力，避免因不平衡张力引起的断线倒塔事故，大大提高线路运行可靠性。安装自平衡金具的直线塔，其不平衡张力荷载可相对减少80％，从而影响杆塔结构的设计，降低塔重。按照不平衡张力荷载减少80％计算表明：本工程大档距、大高差直线塔使用该装置，可降低塔重约11％，提高杆塔过载能力约9％，同时提高了线路运行的安全可靠性，可实现金具的免维护设计。图5为本发明的一个实施例的利用所述的输电线路直线塔的不平衡张力自平衡金具的方法的步骤示意图。如图5所示，所述方法的步骤包括：第一步骤S1中：经由第一、第二和第三通孔4、5、6固定联塔挂板1到输电线路直线塔。第二步骤S2中：U型挂环2经由挂环螺栓8连接所述联塔挂板1。第二步骤S3中：所述挂环螺栓8经由套管9可滚动地设在所述长条孔槽7中，当输电线路直线塔两侧导线不平衡张力达到一定数值时，悬垂串向张力大的一侧移动，使得输电线路直线塔两侧张力达到自平衡。通过本方法，当气象条件变化时，连续上、下山耐张段中各直线塔自平衡金具的水平位移量：-30℃时，直线塔移动量最大为646mm，而-5℃覆冰工况为244mm，25℃时为245mm。当直线塔采用自平衡金具后，温度在-10℃-30℃之间变化时能够通过自调节完全消除直线塔不平衡张力，即使达到极限温度-30℃和40℃时，也能降低直线塔约60％纵向不平衡张力，避免因不平衡张力引起的断线倒塔事故。本工程大档距、大高差直线塔使用该装置，可降低塔重约11％，提高杆塔过载能力约9％，同时提高了线路运行的安全可靠性，可实现金具的免维护设计。尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。当前第1页1 2 3