周世一 王佳男

摘 要：复合绝缘子和金具串是输电线路中的重要结构，其在输电线路中发挥着关键作用，会影响输电线路在运行过程中的穩定性和安全性。输电线路运行过程中，一旦遇到恶劣天气，复合绝缘子和金属串具在应用时会暴露出一些问题，因此，要加强对复合绝缘子和金具串的探讨，优化设计，增强其性能，使其满足应用需求。

关键词：输电线路;金属串具;优化设计;复合绝缘子

中图分类号：TM75 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）11-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.11.006

输电线路在长期运行过程中的稳定性会直接影响电系统安全性，而随着输电线路规模的不断扩大，其经常被建设在恶劣环境中，随着各种极端天气的出现，输电线路运行稳定和安全成为设计输电线路中的要点，可见，做好相关研究意义重大。

1 输电线路中的复合绝缘子

输电线路中的绝缘子起到主要作用是避免电流回地、支撑导线，只有充分发挥其作用，才能确保其性能满足应用需求，确保输电线路在运行时不会发生事故[1]。输电线路中的复合绝缘子不得因为条件或者环境改变而失效，否则会缩短整条输电线路寿命，造成经济损失。

复合绝缘子的类型主要分为棒形悬式复合绝缘子、针式复合绝缘子、横担复合绝缘子、支柱复合绝缘子、防风偏复合绝缘子等，每一种类型复合绝缘子特点不同，在应用时要依据输电线路性能而定[2]。复合绝缘子具有体积小、重量轻、方便维护、机械强度高、不易破碎等优点，因此得到广泛应用。但从整体情况看，其在输电线路中应用仍然存在问题，为使其作用得到更好地发挥，必须进行优化设计。

2 复合绝缘子的优点与应用注意事项

2.1 复合绝缘子的优点

复合绝缘子的优点主要体现在以下几个方面：

第一，质量小，强度高。复合绝缘子的主要材料为环氧树脂和硅橡胶，其与玻璃和陶瓷相比重量轻很多，而且只有两端具有金属连接附件，其整体重量仅为玻璃绝缘串和陶瓷重量的1/7～1/10，而通过分析其性能可以发现，其具有良好的拉伸强度，拉伸强度能够达到玻璃绝缘串和陶瓷的4倍左右，性能良好，能够满足应用需求。

第二，电绝缘，耐污闪性好。伞群和护套都采用防水性好、抗臭氧与紫外线，耐候性，并且具有良好自熄性和非延燃的高绝缘硅胶材料制作而成，应用这种材料，能够大幅度提高高压绝缘设备在应用时表面受潮、污染等问题，从而提高耐污能力和绝缘强度，进而保证输电线路在运行过程中的安全性与稳定性，避免发生事故，导致大面积停电事故情况发生，为人们提供高质量、稳定电能。与此同时，基本上不需要施工人员清洁输电线路，进而减少由于维护输电线路而产生的费用。

第三，增加结构的爬距比。输电线路中采用的复合绝缘子在结构上都是由整只直接构成的，上下有两个电极，这也就致使在输电线路上采用复合绝缘子，爬距与玻璃和陶瓷绝缘子串相比，爬距会更大，这在一定程度上能够提高电绝缘性，进而确保输电线路在运行时的安全性，降低事故发生概率。

第四，实现架空电力线路小型化。复合绝缘子重量更轻，因此，在输电线路中应用，能够大幅度降低杆塔重量，从而显著缩小输电线路的间距，减小线路走廊之间的宽度，全面体现出复合绝缘子的效能高、重量小、成本低等多项优点，实现架空线路小型化，为我国高压输电线路建设与应用提供强有力的支持。

2.2 应用注意事项

虽然复合绝缘子具有上述多项优点，但是，其在实际应用过程中，也可能会出现各种问题。应用复合绝缘子不仅要做好设计工作，而且要明确其应用时需要注意的事项，将复合绝缘子应用在输电线路中。

为提高复合绝缘子的应用效率和范围，在应用时需要注意以下几个方面：

第一，相关工作人员在具体工作开展期间，需要加强对大吨位复合绝缘子的探究，分析其在应用过程中呈现出的机械性能。从目前我国输电线路的整体建设情况来看，大吨位复合绝缘子应用并不多见。因此，要加强对这一内容的研究，保证在被应用输电线路时，能够保持稳定，降低事故发生概率。与此同时，还要提高大吨位复合绝缘子的应用水平。

第二，加强对均压设计相关内容的探究，均压设计能够直观体现在被应用到输电线路中的复合绝缘子的性能和质量。例如，被应用在输电线路中的复合绝缘子的芯棒承存在受力不均匀，以及采用的材料出现老化等现象时，上述问题与均压设计都有着直接关联。

第三，提高对招弧设计内容的分析。招弧设计的核心目的就是避免输电线路遭到雷击破坏，进而在输电线路中确保复合绝缘子的运行安全。从以往大量实践经验来看，若招弧设计不合理，一旦遭受到雷击，复合绝缘子将会被破坏，这会对输电线路运行的稳定性造成影响，无法为人们提供稳定电能。

第四，对于复合绝缘子的设计、生产、检测、验收等各项工作都有一套完善流程和标准，从而保证复合绝缘子应用与维护都能够严格依据规范开展，提高复合绝缘子价值。从目前我国电力行业的整体发展情况来看，我国对于复合绝缘子的应用目前在国际上已经处于领先行列，在国内应用取得不错效果，这对于电力行业发展可以起到一定促进作用。为进一步提高复合绝缘子应用价值，应加强对其的探讨，进行优化设计，改善其性能，使其作用可以得到充分发挥。

3 优化复合绝缘子和金具串应遵循的原则

纵观我国电力行业的整体发展情况，输电线路规模不断扩大，现代输电线路输送容量大，相导线主要采取六分裂，而采用的子导线截面大，导线在具体应用时荷载相对较大，且电压高。因此，采用的复合绝缘子和金具串的机械性能必须良好，只有这样，才能确保输电线路运行的安全性，降低事故发生概率[3]。

优化复合绝缘子和金具串设计要遵循以下原则：

第一，输电线路中配置的绝缘子串要具有较强的机械强度，其机械强度由线路在正常运行中的最大荷载控制，同时，要适当分析各种不同类型的串型组合的经济性。

第二，在确保复合绝缘子和金具串经济性和安全性基础上，要减少联数串型。通过对大量完成建设经验和实验结果表明，采取多联或双联绝缘子串与单联绝缘子串相比，其绝缘性有所降低，且在整个输电线路中会在不同区域内出现薄弱点。随着绝缘子串联数的增多，组合形式会更加复杂，金具串也会增多，输电线路在运行过程中发生事故的概率也就越高;串联数越多，在具体施工期间的运行和安装维护的整体作业量也就越大[4]。此外，串联数越多，就表明绝缘子串荷载会加大，无法充分发挥多联串绝缘子吨位增加的显著优势。

根据目前我国的电力系统的整体发展情况，对于已经完成建设的500 kV和750 kV线路概况，主要采取单联形式，双联形式只在大负荷、重要交叉跨越形式下应用，整体运行效果良好。由此可见，在满足机械强度要求和技术、绝缘子型允许状况下，要尽量采用联数少串行，充分发挥其作用，确保输电线路运行的稳定性[5]。

4 优化设计输电线路中的复合绝缘子和金具串

4.1 内弧U形环设计

作为输电线路中的一项重要结构，复合绝缘子是一个整体，具有可挠曲、无法击穿、零值等多项问题。在优化设计时，可以改变复合绝缘子两端的金属球头、球窝，转变为螺栓连接、圆形单孔，去除R形销子，通过该设计方式，可以保证复合绝缘子与金具串通过螺栓方式连接，从整体工作情况看，制作端部金具串作业较为简单，采取该方式能够降低制作复合绝缘子生产成本，大幅度提高经济效益[6]。

连接任何一段或者两端与复合绝缘子，选择不少于2对的内弧U形环，从而形成一个具有轴向自由度环环连接功能，保证金具串可以在指定角度范围内转动，具体转动不受外界因素影响，转动相对较为自由。不少于2对的内弧U形环—环联结特性可以在复合绝缘子和金具串之间形成柔性与刚性的过渡连接，确保输电线路的运行稳定性[7]。

4.2 V形串复合绝缘子设计

传统设计中悬垂串上均压环在设计中通常为铝合金放置鸟罩，但是从现阶段的具体情况看，相关部门对悬垂串提出要求，要将防鸟刺安装在悬垂串上方，而防鸟刺和防鸟罩两者在应用时功能相同。同时，防鸟罩外径要超过均压环，这会影响输电线路中悬垂在应用时的摇摆造成影响，而且还会遮挡雨水，导致安装在输电线路的绝缘子上段部位无法经受雨水冲刷。

为改善这一现状，在输电线路安装防鸟刺后，要利用均压环取代传统的铝合金防鸟罩。采取水平方式进行耐张串布置，确保鸟可以正常站立，针对输电线路中的V形串复合绝缘子在布置上采取倾斜方式进行，这将会导致鸟啄食芯棒两端，对其性能造成破坏。由此可见，设计人员可以将V形串复合绝缘子和张串两端都設计成铝合金防鸟罩，充分发挥其防护作用，避免因为鸟害危及整个输电线路运行。

4.3 环—环轴向转动实验

针对U—7R和U—12R型内弧U形环，进行环—环轴向转动实验研究，内弧U形环构成动绞可以让金具串在20°～25°范围内转动。针对耐张串和悬垂串设计时，考虑其在输电线路中发挥的作用，需要设计一处动绞，避免复合绝缘子轴向发生被动扭转，消除拉扭动在实验中发生的±10°扭转，解决复合绝缘子机械性能降低、无法满足应用需求的情况。

对于输电线路，要将环—环动绞设置在可以发生轴向转动现象的高压侧或导线侧。具体设计时，要全面分析耐张串角度以及跳线风偏带来的具体影响，一般来说，可以通过安装带重锤条线方式解决问题。同时，需要相关工作人员注意的是，在耐张串设计上不得设置大量环—环动绞，而且要依据实验数据，确定大转角内侧是否要安装线串[8]。

5 优化复合绝缘子和金具串设计成效

优化设计复合绝缘子和金具串之后，在输电线路运行期间，即使输电线路中的某一支复合绝缘子在应用时发生断联。但是，从整体情况看，考虑到2副内弧U形环自身独特环—环连接结构，另外一支复合绝缘子两端端部金属会受到轴向拉伸作用影响。因此，可以持续保持良好机械性能，满足应用需求[9]。

通过分析上述复合绝缘子和金具串优化设计内容，主要围绕以下几项内容进行优化设计，改善复合绝缘子和金具串性能，确保输电线路在运行过程中的稳定性。

第一，取消了原输电线路中的R形销子，解决了因为输电线中的导线晃动或出现超设计风速而引起的球窝和球头发生脱离问题，而引起的球头破裂或吊串现象。

第二，通过对2副内弧U形环结构进行应用完成相应连接，保证输电线路中金具串可以在一定角度范围内转动，保证输电线路在运行过程中的可靠性和安全性，减少各种事故的发生。

第三，针对输电线路中的双分裂导线或单导线的V形串，2个联板之间以2副内弧U形环和1副PH延长环替代1副P型平行挂板，改善了2个联板和连接金属在斜侧向风作用而形成的复杂受力状况，减少了导线晃动对于V形串造成的不良影响。对于复合绝缘子与悬垂连扳安装，可以采用2副内弧U形方式，采取环—环联结形式连接，增加自由度，改善连接点处复杂受力，消除扭转力。

6 结语

电力系统中输电线路的稳定性成为困扰地区安全供电的难点之一。复合绝缘子和金具串是输电线路中的重要构成部分，发挥着十分重要的作用，其性能会对输电线路性能和应用造成直接影响。因此，设计人员要加强探索，进一步优化设计输电线路复合绝缘子和金具串，确保和改善复合绝缘子的机械性能，充分发挥其作用，使输电线路更加安全可靠运行，达到延长架空输电线路寿命的目的。

参考文献

[1] 侯学东.500kV交流同塔双回输电线路耐张串金具参数优化设计[J].湖北电力，2015，39（z1）：1-5.

[2] 秦威南，方玉群，雷兴列，等.500kV交流输电线路含缺陷复合绝缘子电场分布特性研究[J].水电能源科学，2021，39（3）：176-179.

[3] 陈艺，张先捷，欧阳宗帅，等.基于主成分分析的复合绝缘子运行状态综合评价方法研究[J].电瓷避雷器，2020（6）：176-186.

[4] 周丽.探析750kV输电线路均压环的优化设计[J].决策探索（中），2020（11）：75.

[5] 刘亨洋，顾哲屹.复合绝缘子在特高压输电线路中的应用[J].电子技术，2020，49（4）：94-95.

[6] 曾忱，邹汉文，李勇.输电线路复合绝缘子憎水性的带电检测技术探讨[J].电子世界，2020（2）：51-52.

[7] 魏梦婷，霍锋，阮江军，等.特高压交流输电线路倒V型绝缘子串电场分布计算和均压环参数优化设计[J].电工电能新技术，2016，35（10）：23-28.

[8] 王茂成，邹悦，王亚飞，等.输电线路复合绝缘子和金具串的优化设计[J].电力建设，2011，32（4）：96-99.

[9] 杨超.输电线路复合绝缘子和金具串的优化设计[J].建材与装饰，2017（6）：254-255.