线路金具---7 保护金具2012.10

1,第7章保护金具,7-1保护金具的作用及类别7-2常用保护金具的结构及应用7-3保护金具设计概述,2,防护金具用于导线与避雷线机械防护及绝缘子电气防护的金具。其包括两大类：1)防振锤(damper)-抑制导线受微风振动用的锤形组合件。2)间隔棒(spacer)-使分裂导线的子导线之间保持固定间隔的金具。3)预绞式护线条(preformedarmorrod)-增加导线刚度及耐振能力的螺旋形线条。4)铝包带(aluminiumarmortape)-包缠铝质绞线使其表面不受磨损的铝带。5)悬重锤(counterweight)-挂在绝缘子串下端，以增大垂直荷重的重块。5)均压环(gradingring)-改善绝缘子串电压分布的环状金具。6)屏蔽环(shieldingring)-使被屏蔽范围内不出现电晕现象的环状金具。7)均压屏蔽环(gradingandshieldingring)-兼有均压和屏蔽作用的环状金具。8)招弧角(arcinghorn)-防止电弧沿绝缘子表面闪络的角状金具。,机械防护金具,电气防护金具,3,图7.1防护金具的类别,4,5,6,一、机械防护金具用于导线与避雷线防止其振动破坏的金具。线路上常用的机械防护金具包括防振金具(防振锤、护线条)、间隔棒和悬重锤等。,1、防振金具(1)预绞丝护线条其形状如图7.2所示，将其缠在导线的外层后，装入线夹，以增加导线的刚度，减少导线在线夹出口处的附加弯曲应力。预绞丝护线条成型内径比导线外径小15%-17%，故借助于材料的弹性压紧在导线上，不产生滑移。安装特点：安装简单，不需要携带任何工具，运行维护方便。当需要检查护线条内部导线是否有断股时，可拆开预绞丝，经检查后再重新缠绕，继续使用。,图7.2预绞丝护线条,7,(2)防振锤防振锤是消除导线振动的金具，其由一定质量的重锤、具有高强度的镀锌钢绞线及线夹组成。当导线产生振动时，悬挂在导线上的防振锤会产生相对运动，从而吸收导线的振动能量，降低和消除导线的振动。目前线路上采用的防振锤的型式很多，各种防振锤根据结构、重量和几何尺寸不同，均具有一定的固有频率。常用的FD型（用于导线），FG型（用于钢绞线），FF型（用于500kV导线），FR型（为多频防振锤）。(i)司脱克布里奇型其在一根高强度钢绞线两端分别固定一个由生铁铸成的圆柱形重锤，在钢绞线的中部铆紧一副夹板，以便将防振锤安装在导线上。根据重锤结构尺寸，防振锤有两个固有频率。防振锤的线夹分两种结构型式。一种是绞扣式单螺栓固定线夹（FD型）；另一种是双螺栓固定型线夹（FG），其用于直径较小的导线。见图7.3所示。,8,图7.3司脱克布里奇防振锤,图7.4司脱克布里奇防振锤的两种线夹型式(a)绞扣式单螺栓固定线夹(b)双螺栓固定线夹,FD型防振锤,FG型防振锤,(a),(b),9,(ii)多频防振锤(音叉式)-钢绞线两端用不同质量的重锤，悬挂点距钢绞线两端不等长，利用这种结构可获得四个固定频率，适应的频率范围较宽。重锤用生铁铸成U形，以防止高频振动时，锤头碰磨钢绞线。为了防止电晕，固定防振锤在导线上的线夹采用了两种不同结构和材料：对330kV及以上线路，防振锤用线夹采用热挤压铝合金制造；对220kV及以下线路，防振锤用线夹采用钢材制造。在钢绞线的中部铆紧一副夹板，以便将防振锤安装在导线上。根据重锤结构尺寸，防振锤有两个固有频率。防振锤的形状见图7.5所示。,图7.5多频防振锤,10,有四个谐振频率，频率范围为3-150HZ。主要用于吸收由于微风振动对光缆所产生的振动能量，常用于OPGW光缆的防震装置，也适用于ADSS光缆。,11,12,FF型防振锤,(iii)FF型防振锤-防晕型，用于500kV导线。防振锤的形状见图7.5所示。,13,图7.6防振环,(iii)防振环-将常规防振锤由生铁铸造的锤头改为圆钢锻制的U形环，压缩在钢绞线的两端而成。两环与垂直导线的偏角均为30，以使振动时产生扭矩，消耗振动能量，提高消振效果。由于防振环不采用铸造工艺，因而有制造简单等优点。防振锤环的形状见图7.6所示。,14,2、间隔棒-用于保证分裂导线线束间距，以满足电气性能，降低表面电位梯度，及保证线路在短路情况下，导线线束间不致产生电磁力造成相互吸引碰撞，或虽引起瞬间的吸引碰撞，但事故消除后即能恢复正常状态的防护金具。根据性能特点分：刚性间隔棒-即在间隔棒位置上，子导线之间不能产生相对位移的间隔棒；阻尼间隔棒-在间隔棒关节、线夹内安装有阻尼元件，能够减轻分裂导线微风振动和次档距振荡的间隔棒；柔性间隔棒-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。根据间隔棒的结构特点分：球绞间隔棒、环绞间隔棒、阻尼间隔棒、单绞式间隔棒等。按照间隔棒所用分裂导线的结构分：二分裂、三分裂、四分裂、八分裂间隔棒等型。,15,间隔棒类别：G刚性间隔棒；R柔性间隔棒；Z阻尼间隔棒,间隔棒形状或线夹特点：S十字型；J矩型；F方型；Y圆型；T弹簧线夹；L预成形螺旋线夹,例如：JZS4450/400：表示为十字型阻尼间隔棒，四分裂，子导线间隔距离450mm，适用于子导线标称截面400mm2。JRT4450/630：表示为柔性间隔棒，弹簧线夹，四分裂，子导线间隔距离450mm，适用于子导线标称截面400mm2。注：在三分裂及以上子导线间隔距离不等时，间隔距离取最小值。,16,间隔棒的型号由六部分组成,J,子导线标称截面mm2,/,子导线间隔距离mm,子导线分裂数,间隔棒形状或线夹特点,间隔棒类别,间隔棒,17,二分裂球绞间隔棒,间隔棒支撑用高强度铝合金制造，球头与支撑联接为压接，结构合理并提高了强度。,线夹由铝合金制成，以球窝与撑棒的钢球为绞接点，沿水平与垂直方向均可转动5-8，间隔棒承受导线短路电磁吸引力产生的向心力为3-4kN，安全系数为2.5，间隔棒的轴向破坏荷重不小于7-10kN.,图7.7铝管支撑间隔棒,我国输电线路间隔棒主要结构形式如图7-7所示，图中字母：l子导线间隔距离、握紧导线的直径、a线夹宽度。,18,图7.8四分裂阻尼圆环间隔棒,图7.9四分裂阻尼十字间隔棒,19,图7.10标准型阻尼二分裂间隔棒,图7.11标准型阻尼三分裂间隔棒,图7.12标准型阻尼四分裂间隔棒,20,图7.13500kV用四分裂间隔棒,21,图7.14引线间隔棒,图7.15跳线间隔棒,22,图7.16750kV线路用六分裂间隔棒,23,图7.171000kV线路用八分裂间隔棒,24,间隔棒的安装目前广泛采用不等距安装的方式，安装距离按下面几项原则确定：,1、第一次档距对第二次档距（或倒第一对倒第二次档距）的比值宜选在0.550.65左右。此外，间隔棒不宜布置成对于档距中央成对称分布。,2、端次档距长度，对阻尼性能良好的间隔棒可选在3045m范围内，对阻尼性能一般或非阻尼型间隔棒可选在2535m范围内。,3、最大次档距长度，对阻尼性能良好的间隔棒，一般不宜超过8090m，对阻尼性能一般或非阻尼型间隔棒可选在6065m范围内。,25,图7.18间隔棒的安装情况,不同型式间隔棒的安装及形状见图7.18所示,26,3、悬重锤-用于直线杆塔悬垂绝缘子串或非直线杆塔跳线对杆塔绝缘间隙不足以及存在上拔现象或下压力不足时采用的保护金具。架空电力线路需采用增加绝缘子串垂直荷重，降低导线悬挂点和使用V形绝缘子串等措施补救的情况有：(1)直线杆塔的悬垂绝缘子串风偏角超过允许值，对杆塔绝缘间隙不足时；(2)直线杆塔绝缘子串或避雷线悬垂组合产生上拔时；(3)采用直线杆塔换位，悬垂绝缘子串向塔身偏移，对杆塔绝缘间隙不足时；(4)旧线路升压运行而致使对杆塔构件绝缘间隙不足时。根据上述各种情况的偏移角算出增加垂直荷重值，在绝缘子串下面加挂悬重锤。,27,悬重锤由重锤片、重锤座和挂板组成。重锤片用生铁制造，每片重15kg，每个重锤座可以装3片重锤片，根据实际需要，重锤片超过3片可加挂三腿平行挂板，每加一个挂板可以增挂3片重锤。悬挂重锤用一般悬垂线夹时，线夹应增加挂重锤用挂板，悬挂方法如图7.19所示。悬重锤的形状如图7.20所示。,图7.19悬重锤悬挂方式1-悬垂线夹；2-挂重锤挂板；3-U形挂环；4-重锤,图7.20重锤组装示意图,28,四分裂导线用的悬重锤是将梯形重锤片串挂在联板的两侧，以三根螺杆固定，悬重锤轮廓尺寸在四分裂导线线束间距内，因有四根导线屏蔽，在重锤上不会出现电晕。悬重锤外形及组装零件尺寸如图7.2所示。重锤片于联板上的安装方法如图7.22所示。,29,30,31,二、电气防护金具-用于绝缘子串上以防止产生电晕的金具，其包括均压环、屏蔽环、均压屏蔽环和招弧角等。1、电气防护金具的种类(1)均压环用于改善绝缘子串电压分布的环状金具。其用无缝钢管制成，结构形式有圆形、长椭圆形、倒三角形、轮形等。与屏蔽环的安装位置和作用是不同的，但其构造和最终目的是一样的，即控制绝缘子串上的电晕。均压环安装时，其钢管边缘在第一片绝缘子瓷裙以上或等高线上，一般安装在距第一片绝缘子瓷裙75-100mm处，均压环的边缘至绝缘子裙边距离为150-250mm。其作用是控制第一片绝缘子附件早期出现电晕；(2)屏蔽环使被屏蔽范围内不出现电晕现象的环状金具。其作用是保护金具，控制金具上的电晕。(3)均压屏蔽环兼有均压和屏蔽作用的环状金具。即用一个环兼作均压环和屏蔽环时，其称为均压屏蔽环。,32,33,34,35,36,图7.23均压环、屏蔽环的安装方式,均压环和屏蔽环的安装均应在架线后附件安装时进行，在施工和检修时均不得踩踏，以避免变形。其安装方式见图7-23,37,38,图7.24FJP-330NS型均压屏蔽环,2、330kV线路用电气防护金具330kV架空电力线路双联耐张绝缘子串用的FJP-330NS型椭圆形均压屏蔽环的主要结构尺寸如图7-24所示。,39,330kV架空线路单联悬垂绝缘子串用倒三角形、轮形均压屏蔽环及变电所单联耐张绝缘子串用倒三角形、轮形均压屏蔽环的形状如图7-25所示。,图7.25三角形均压屏蔽环,40,图7.26单联悬垂均压环,3、500kV线路用电气防护金具(1)单联悬垂均压环其结构尺寸如图7-26所示。,41,图7.27FJ-500CS双联悬垂均压环,(2)FJ-500CS型双联悬垂均压环其结构尺寸如图7-27所示。,42,图7.28FP-500CD单联悬垂轮形均压屏蔽环,(3)FP-500CD型单联悬垂轮形均压环其结构尺寸如图7-28所示。,43,图7.29FP-500NS型双联耐张椭圆形均压屏蔽环,(3)FP-500NS型双联耐张椭圆形均压环其结构尺寸如图7-29所示。,44,4、变电用电气防护金具(1)FJ型均压环(变电用)，如图7-30所示。,图7.30FJ型均压环(变电用),45,(2)FP型屏蔽环(变电用)，如图7-31所示。,图7.31FP型屏蔽环(变电用),46,(3)FJP型均压屏蔽环(变电用)，如图7-32、图7-33所示。,图7.32FJP型均压屏蔽环(变电用),47,图7.33FJP型均压屏蔽环(变电用),48,一、防振锤的设计设计要点：确定锤头的重心、防振锤的重量、钢吊索的重量及刚度、防振锤的频率及频率覆盖范围、防振锤的数量和安装位置等。,1、防振锤重量防振锤重量是防振锤的最基本参数，其包括两个部分：一是防振锤锤头的重量，又称活重；二是线夹与吊索的重量，称之死重。防振锤锤头的重量一般取相当于1/2-3/4波长的导线重量，波长的计算按平均风速3.61m/s考虑；线夹与吊索的重量一般不大于锤头重量的0.3倍。,49,例：LGJQ-400导线用防振锤设计（1）锤头重量W的计算：,式中W防振锤活重，kg；m导线单位重量，m1.501kg/m；-波长，m；-风速，=3.61m/sD-导线直径，D=0.0272m;T-导线平均运行张力，T=26800N，即计算拉断力的25。将上述数据代入计算式得：W=6.12kg(2)死重W的计算W=0.3W=1.25kg(3）防振锤总重：w十w787kg死重在防振上一般不起作用，应越小越好。,50,2、防振锤重心和防振捶频率正常设计的防振锤，其重心在锤头固定点的内侧，如图所示。图7-34中0为锤头的重心，0为锤头固定点，A为线央对吊索的固定点，ua为防振锤线夹的垂直位移，xa为锤头重心0的垂直位移，a为锤头绕重心0而旋转的角位移。由此可以获得两个谐振频率：一个为重锤以A点为中心上下移动的较低频率；一个为重锤本身绕重心O而旋转的较高频率。显而易见，如果O-O的距离G趋于零，则防振锤将绕固定点旋转。防振锤的两个频率f0与f1之比值一般为3-5，这种运动形式为两个自由度的运动，为了简化起见，在分折中把这两种运动分别考虑(分为一频振动和二频振动)，成为两个单自由度的运动。,图7.34防振锤的运动,图7.160一频振动,图7.35二频振动,51,一频振动的频率：,二频振动的频率：,防振锤的个数及安装位置的确定（见相关课程）,52,二、阻尼线的设计：包括阻尼线的花边位置、花边弧垂的确定等（见运行与检修课程）。,53,三、重锤的设计内容包括：重锤重量、重锤外廓尺寸的确定、重锤组装及悬挂方式的选择等。（1）重量一般不宜过重，以一个人能够拿起为宜。通常每片重锤约15kg左右。（2）外廓尺寸要求尽量小些为好，以避免影响电气间隙。（3）重锤组装和悬挂方法有水平组装和垂直组装两种形式；一般悬挂于绝缘子的下方。,54,四、间隔棒的设计：包括间隔的结构要求、机械性能和电气性能、安装距离的计算等。（1）间隔棒的性能要求机械性能：应能承受各种载荷的作用，有一定的自阻尼特性和耐磨性能。如能够承受导线覆冰、次档距振动、检修中工作人员及检修工具的重量等产生的拉、扭应力的作用，能够有效防止次档距振动等等。一般其机械强度不低于400N。电气性能：有良好的防电晕的作用。主要通过其结构特点和安装特点来保证。运动的灵活性；以避免导线大高差、严重覆冰及次档距振动中产生的线夹附近产生疲劳破坏。结构简单，联接可靠，装拆方便,55,（2）间隔棒安装距离的确定原则：（1）第一次档距对第二次档距（或倒数第一次档距对倒数第二次档距）的比值宜在0.55-0.6左右，且间隔棒的布置不宜呈相对于档距中央为对称分布的形式。（2）端次档距的长度对阻尼性能良好的间隔棒应取25-35m左右。（3）对阻尼性能良好的间隔棒，其最大的次档距长度一般不超过80-90m；对阻尼性一般或非阻尼性间隔棒，一般不超过60-65m.,56,5、均压环和屏蔽环的设计：包括结构设计和安装设计两大部分。,（1）材料及制作工艺均压环和屏蔽环一般由镀锌钢管或铝管弯制而成。钢管须采用无缝钢管，以保证其弯曲加工中不产生开缝现象。由于其需要热镀锌，为防止镀锌时管内空气受热膨胀而发生爆炸现象，需在管体上预留排气孔（10或3的圆孔）。我国目前生产的均压、屏蔽环则采取分成两半体，镀锌后中间再用短铝管插接的办法。这种办法可有效避免密闭管子镀锌中引起爆炸的问题，但对于大的屏蔽环此法增加了整形的工作量，且有时插接处会松开。而对于均压环，其具有与开口圆环同样的便利，受到施工单位的欢迎。铝管费用较高，一般只在变电所使用。,57,（2）结构尺寸（管子的外径、圆环的外廓尺寸）均压环和屏蔽环的结构，首先要确定的是管子外径