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1、 试论特高压直流线路复合转动横担关键制造技术及电气试验 摘 要 ：针对特高压直流输电线路复合转动横担的关键制造技术进行研究，通过对复合横担硅橡胶材料、复合材料及端部连接工艺进行研究，给出改进后的材料参数值 ，并结合复合横担的结构尺寸进行 电气试验 ，确定试验方法对试验结果进行分析，结果表 明：设计的复合转动横担结构和设计尺寸满足工程应用要求。关键词 ：复合转动横担 ；硅橡胶 ；空心绝缘管；电气特性0 引言复合材料具有轻质、高强、耐腐蚀 、易加工 、可设计性和绝缘性能好等优点。是建造输 电杆塔的理想材料之一 。复合材料杆塔具有节约钢材、缩小塔头尺寸和走廊宽度的优势。其结构轻便 、易加工成型、运输
2、和组装成本低 ；耐腐蚀、耐高低温 、强度大、被盗性低 、线路维护成本 少 ；颜 色可调 、无毒害 、可再次利用。增强线路 的“环境友好性”。近年来在电网公司领导支持下 国内输电杆塔结构对于复合材料 的应用 日见增多 已有多条线路的复合材料杆塔建设运行 特高压直流线路杆塔结构尺寸、荷载和构件受力均较大 ，若整塔采用复合材料 ，结点构造设计和加工 目前受限制。若采用复合横担与钢结构塔身 ，即利用 了复合材料的绝缘特性。又可利用钢结构塔身刚度大 、承载力高 、节点简易的优点 ，是 目前复合材料在特高压直流工程中应用的一种合理方式。1 产品结构特高压直流线路复合转动横担技术来源于国家电网公 司工程依托
3、科技项 目 (特高压直流输电线路工程组合绝缘子塔应用研究 )。复合转动横担 由双联线路绝缘子 、支柱绝缘子构成平面三角结构 ，通过转动结构与塔身进行转动连接 结构见图 1 ，节点可以实现上下 、前后转动。图 1 复合转动横担构成当线路前后侧导线产生纵向不平衡张力时 复合转动横担绕转动节点向张力大的一侧转动 在后侧导线线长保持不变的情况下张力大的一侧档距和张力变小 ，而张力小的一侧档距 和张力变大 直到前后侧张力相等 达到新 的平衡 ，转动停止 ，当纵 向不平衡张力消失时复合横担向相反方向转动 ，自动恢复到转动前的状态 。其工作机理为“张力驱动 、转动释放、导线约束”。双联线路绝缘子主要 由线路
4、绝缘子 、耳轴挂板 、直角挂板 、连板 、U 型挂环 、地端均压环和线端均压环组成 结构见图 2。图 2 双联线路绝缘子结构图复合支柱绝缘子主要由上端法兰 、下端法兰、空心绝缘管 、硅橡胶伞裙及均压环组成 ，结构见图 3。横担长度 ：10 560 m m ，绝缘距离 ：9 300 m m ，爬 电距离 ：42 590 m m 。图 3 复合支柱绝缘子结构图2 制造技术21 空心绝缘管技术研究空心绝缘管是承受复合横担力学性能及 电气性能的支撑杆件 由增强玻璃纤维与环氧树脂通过湿法缠绕而成。其材料是由有机高分子 、无机非金属等几类不 同材料通过复合工艺组合而成的新型材料它与一般材料的简单混合有本质
5、区别 既保 留原组成材料的重要特性 又通过复合效应获得原组分所不具备的性能 可以通过材料设计使原组分 的性能相互补充并彼此关联 从而获得更优越的性能。复合材料 由作为基体 的树脂和作为增强剂的纤维或其织物组成 树脂基体将纤维连接成一个整体而承受荷载 复合材料的力学和电气性能主要受到纤维和树脂 的物理性能以及加工成型工艺的影响 该技术采用 四维缠绕设备结合常规缠绕工艺和拉挤工艺的优点 设计小角度铺层结构 可以极大地提高产品力学性能。并利用复合材料 的可设计性 合理的选用树脂体系以及纤维的排列布局 树脂基复合材料的刚度特性 由组分材料的性质 、增强材料的取向和所 占的体积分数决定 通过对以往空心复
6、合绝缘管的力学性能的技术研究 其关键技术点在于树脂配方与固化工艺和缠绕工艺的确定 由于复合横担用绝缘管壁厚相对一般电站设备空心绝缘管较厚 在固化过程中工艺设定不好产品容易开裂 为了避免固化过程 中绝缘管开裂 可以通过调整树脂 配方 树脂配方调整的 目的有两个 ：其一是使 固化反应放热更加平缓避免集 中放热导致制品内部热应力过高 ：其二是控制反应时间 ，保证生产效率。同时，兼顾树脂对玻璃纤维 的浸润性 通过促进剂和增韧剂选择解决树脂 固化反应放热集中和固化反应效率问题2 2 端 部 连接 工艺 研究复合材料不适合螺栓穿孔联结 ，因为穿孔会破坏内部纤维结构 减弱其整体强度并造成应力集 中，通过端部
7、连接工艺复合横担采用套管胶接和螺栓混合连接方式。胶接的优点是 ：无钻孔引起的应力集中，连接效率高，结构轻 ，抗疲劳 ，密封 、减震及绝缘性能好 可有效避免钻孔引起的裂纹扩展作用 ，破损安全性好 而螺栓连接广泛应用于承接力 比较大和比较重要 的受力构件 其优点在于 ：在制造 、更换 和维修中可重复装配和拆卸便于质量检查、保证节点可靠性 。将这两种方式相结合 。金属件与复合材料之间采用胶接 金属件与金属件之间采用螺栓连接 。可充分发挥各连接方式 的优势 。保证整体结构 的安全可靠 且处理简单 利于批量生产。3 结论(1)复合转动横担的工作机理为 ：“张力驱动、转动释放 、导线约束 ”通过转动有效释
8、放纵 向不平衡张力 ，减少横担及塔身受力 。(2 )通过对硅橡胶材料配方选型及工艺研究研制出耐老化的高温硫化硅橡胶 材料力学性能较一般配方有较大提高。(3)空心复合绝缘管采用小角度缠绕工艺 ，通过对树脂改性及固化工艺的调整 产品力学性能有较大提升 ，满足横担力学设计要求 。(4 )横担端部金属与复合材料连接应采用套管胶结与螺栓混合的方式 避免破坏复合材料影响力学性能且连接效率高 ，结构轻 ，抗疲劳 ，密封、减震及绝缘性能好(5)在海拔 1 500 m m 重污 区 ，复合横 担长 度10 560 m m 绝缘距离 9 300 m m 能够满足800 kV操作 冲击要求参考文献 ：1 杨林 ，王虎长 ，赵雪灵复合 材料在输电杆塔 中的研究与应用J】中国电力 ，2014 ，47 (1)：5356-全文完-
