CN103452370B - 电网输电线用复合杆塔及其复合横担结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及输电塔领域，提供一种电网输电线用复合杆塔的复合横担结构，包括：两组横担绝缘子，其沿水平面方向布置成V字型，每组横担绝缘子的位于V字型开口处的第一端连接至复合杆塔的塔身；对应于每组横担绝缘子的斜拉绝缘子，斜拉绝缘子一端连接至横担绝缘子的位于V字型顶点处的第二端，另一端在横担绝缘子的上方连接至塔身。由于复合横担结构采用V字型三角结构的横担绝缘子加斜拉绝缘子的方式构成结构比较稳固，且能够承受较大的压力，可以悬挂高压电网输电线。本发明还提供一种具有上述复合横担结构的电网输电线用复合杆塔。

Description

电网输电线用复合杆塔及其复合横担结构

技术领域

本发明总地涉及输电塔，更具体地涉及一种电网输电线用复合杆塔。

背景技术

输电塔是支持高压架空送电线路的导线和避雷线的构筑物。现有的高压输电塔均采用钢铁材质，由塔头、塔身和塔腿三大部分组成。如中国发明专利申请CN201010297983.1，其公开了一种高压干字型的典型结构模式。从电气接地的塔身伸展出导电性的金属材质横担用于悬挂输电导线，以承受导线的重量。由于输电导线需要与接地点保持一定的电气安全距离，以避免对地放电，发生闪络事故，这就要求金属横担要具备足够的长度，同时在横担的自由端加设较长的绝缘子串，以间隔带电的输电导线和接地的金属横担，保证绝缘距离。

由于现有高压输电塔均采用全钢制结构，存在质量重、易锈蚀或开裂、低温性能差等缺陷，还存在施工运输和运行维护困难等问题。另外，考虑到正常运行过程中风荷载会使悬垂绝缘子串呈一定风偏角度导致输电线与输电塔塔身空气间隙减小的因素，为确保输电线(带电体)与塔身部分(接地体)之间的空气间隙不被击穿，须在设计横担时考虑风偏角的影响，相应的增长横担长度，这必然增加了整个输电通道走廊的宽度，增加了整条输电线路的占地面积。

考虑到钢质杆塔的上述缺陷，本发明的申请人曾经提出一种电网输电线用复合绝缘塔，见中国发明专利申请CN201010115171.0。在该专利申请所公开的复合绝缘塔中，由于使用了复合材料制造的横担作为输电线的支撑件，从而可以减少绝缘子串的长度或者避免使用悬垂绝缘子串，进而减小了横担的长度，降低杆塔的成本以及重量，并降低输电塔的占地面积。然而，这种复合杆塔的横担仅由一个绝缘杆构成，比较单薄，无法满足对高压输电线的支撑。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种能够满足高压电网输电线用的复合横担结构及使用该复合横担结构的复合杆塔。

为此，根据本发明的一个方面，提供一种电网输电线用复合杆塔的复合横担结构，其中，复合横担结构包括：两组横担绝缘子，其沿水平面方向布置成V字型，每组横担绝缘子的位于V字型开口处的第一端连接至复合杆塔的塔身；斜拉绝缘子，斜拉绝缘子一端连接至两组横担绝缘子的位于V字型顶点处的第二端，另一端在两组横担绝缘子的上方连接至塔身。

在本发明的该方面，由于复合横担结构采用V字型三角结构的横担绝缘子加斜拉绝缘子的方式构成，即两组横担绝缘子呈一定夹角组成三角构架，并在横担绝缘子远离塔身的自由端通过斜拉绝缘子吊挂于塔身，因此结构比较稳固，且能够承受较大的压力，可以用于悬挂高压电网输电线。

优选地，每组横担绝缘子对应一组斜拉绝缘子，斜拉绝缘子一端连接至该组横担绝缘子的位于V字型顶点处的第二端，另一端在该组横担绝缘子的上方连接至塔身。

优选地，上述两组横担绝缘子在V字型顶点处形成的夹角为15°～75°。夹角越大，产品能够承受的机械强度越大；但产品夹角过大后，在保证横担的绝缘距离的基础上，会使横担绝缘子长度和塔身的宽度同时增加，导致成本大大增加，故一般将夹角控制在15°～75°。

优选地，上述横担绝缘子为空心绝缘子。空心绝缘子重量轻，机械强度高，能够满足杆塔的力学要求，且成本低。

进一步优选地，上述空心绝缘子为两个，两个空心绝缘子通过法兰彼此连接。这样可以加长横担的长度，从而满足更高电压输电线的要求。

再进一步优选地，复合横担结构还包括一个辅助横担绝缘子，辅助横担绝缘子在其两端分别连接至上述两组横担绝缘子的上述法兰，从而使两组横担绝缘子和辅助横担绝缘子沿水平面方向共同构成为A字型。辅助横担绝缘子的设置使得横担三角结构更加稳固，能够满足更高电压输电线的要求。

优选地，上述斜拉绝缘子为线路绝缘子。

优选地，还包括对应于每组横担绝缘子的中间绝缘拉杆，中间绝缘拉杆的一端连接至上述横担绝缘子的上述法兰，另一端在横担绝缘子上方连接至塔身。中间绝缘拉杆的设置可更好地增强横担绝缘子能够承受的压力和弯曲力，从而满足更高电压输电线的要求。

进一步优选地，上述中间绝缘拉杆为支柱绝缘子。支柱绝缘子是刚性的，所以能够分担横担端部连接输电线时所承受的拉力以及风摆时承受的压力。

优选地，上述斜拉绝缘子为空心绝缘子。空心绝缘子成本低，重量轻。

进一步优选地，构成上述斜拉绝缘子的空心绝缘子为两个，这两个空心绝缘子通过一个法兰彼此连接。通过法兰连接可以使横担端部受拉力时能够得到更好的支撑。

再进一步优选地，复合横担结构还包括用于连接上述每组横担绝缘子及其对应的斜拉绝缘子的第二连接绝缘子和第三连接绝缘子，第二连接绝缘子在其两端分别连接至上述横担绝缘子的上述法兰以及与上述斜拉绝缘子的上述法兰，第三连接绝缘子一端连接至斜拉绝缘子的法兰，另一端在横担绝缘子的第一端处连接至塔身。通过这种结构设置，使横担成为一个整体，可以更好地受力。

根据本发明的另一个方面，提供一种电网输电线用复合杆塔，其中，复合杆塔包括塔身以及至少一个装设于塔身上的如上的复合横担结构。

优选地，复合杆塔的塔身由复合材料构件构成。

优选地，复合杆塔还包括塔头，塔头由复合材料构件构成。

通过参考下面所描述的实施方式，本发明的这些方面和其他方面将会得到清晰地阐述。

附图说明

本发明的结构和操作方式以及进一步的目的和优点将通过下面结合附图的描述得到更好地理解，其中，相同的参考标记标识相同的元件：

图1是根据本发明第一实施方式的电网输电线用复合杆塔的示意性前视图；

图2是图1中涉及复合横担结构部分的局部放大视图，主要示出电网输电线用复合杆塔的第一种实例的复合横担结构；

图3是图2中结构的透视图；

图4是根据本发明第二实施方式的电网输电线用复合杆塔的示意性前视图，该复合杆塔具有第二种实例的复合横担结构；

图5是根据本发明第三实施方式的电网输电线用复合杆塔的示意性前视图；

图6是图5中涉及复合横担结构部分的局部放大视图，主要示出电网输电线用复合杆塔的第三种实例的复合横担结构；

图7是图5中结构的透视图；

图8是根据本发明第四实施方式的电网输电线用复合杆塔的示意性前视图其具有如图6和图7所示的第三种实例的复合横担结构；

图9是类似于图6的视图，其示出了另外一种实例的复合横担结构；

图10是类似于图7的视图，其示出了图9所示实例的复合横担结构。

具体实施方式

根据要求，这里将披露本发明的具体实施方式。然而，应当理解的是，这里所披露的实施方式仅仅是本发明的典型例子而已，其可体现为各种形式。因此，这里披露的具体细节不被认为是限制性的，而仅仅是作为权利要求的基础以及作为用于教导本领域技术人员以实际中任何恰当的方式不同地应用本发明的代表性的基础，包括采用这里所披露的各种特征并结合这里可能没有明确披露的特征。

首先，根据本发明第一实施方式的电网输电线用复合杆塔10由图1示意性地示出，该复合杆塔10为上字型塔即单回线塔。如图1所示，复合杆塔10包括塔头11、塔身12、塔脚13，以及连接固定于塔身12上的三个复合横担结构14。在该实施方式中，塔头11、塔身12、塔脚13均为钢质结构，但应当理解，塔头11和塔身12均优选采用复合材料构件构成。其中，这里所提到的复合材料构件可以采用本发明申请人先前提交的发明名称为″电网输电线用复合绝缘塔″、专利申请号为CN201010115171.0的发明专利申请文件中所提及的主杆的拉挤或者缠绕工艺制备，在此不再详细阐述。

再如图1所示，在该上字型塔10中具有三个复合横担结构14，其中位于最上面的复合横担结构被称之为上横担，位于下面的两个复合横担结构被称之为下横担。在该实施方式中，作为第一种实例的复合横担结构14如图2和图3所示，包括两组横担绝缘子141和对应于每组横担绝缘子141的斜拉绝缘子142，其中，两组横担绝缘子141沿水平面方向布置成V字型，每组横担绝缘子141的位于V字型开口处的第一端1411可借助于板型金属件143连接至复合杆塔10的塔身12上。斜拉绝缘子142一端通过悬挂在端部金属连接件143上而连接至横担绝缘子141的位于V字型顶点处的第二端即自由端1412，斜拉绝缘子142的另一端在横担绝缘子141的上方连接至塔身12。应当理解，上面所提到的V字型的方向这样确定，其开口端朝向塔身，顶端为自由端用来悬挂输电线。

由于复合横担结构14采用V字型(即三角结构)的横担绝缘子加斜拉绝缘子的方式构成，即两组横担绝缘子呈一定夹角α组成三角构架，并在横担绝缘子远离塔身的自由端通过斜拉绝缘子吊挂于塔身，因此结构比较稳固，且能够承受较大的压力和弯曲力，可以用于悬挂高压电网输电线，比如750KV的高压电网输电线。如图3所示，两组横担绝缘子141在V字型顶点处形成的夹角α可以设置在15°～75°的范围内。夹角越大，产品能够承受的机械强度越大；但产品夹角过大后，在保证横担的绝缘距离的基础上，会使横担绝缘子长度和塔身的宽度同时增加，导致成本大大增加，故一般将夹角控制在15°～75°。在本实施方式中，夹角α为30°。通过这种设置，既保证了750kV复合杆塔实际工况的受力要求，又保证了横担绝缘子长度和塔身的宽度最优，且最为美观。

在本实施方式中，复合横担结构14的每组横担绝缘子141为一根由复合材料构成的压管形式的空心绝缘子，比如可以是能够承担起机械强度的环氧玻璃钢管，内部空心并填充有聚氨酯材料的泡沫，外部具有起外绝缘保护作用的硅橡胶材料作为护套和伞裙。应当理解的是，上述环氧玻璃钢管也可以用乙烯基材料或聚氨酯材料缠绕管代替；环氧玻璃钢管内部空心时也可以填充有绝缘气体、绝缘油或固体绝缘介质，当然，环氧玻璃钢管也可以做成内部实心；上述硅橡胶材料可以是高温硫化硅橡胶、室温硫化硅橡胶或液态硅橡胶。横担绝缘子的制备并非本发明的重点，未尽细节可以参照申请号为CN201010115171.0的发明专利申请文件。

对于承受压力和弯曲力的压管141而言，其端部金具或金属法兰1415采用的是胶装工艺或过盈配合成型，胶装比(法兰高度：管径)为0.8～1.5，这样能更好地提高抗压能力和抗拉能力。具体地，压管141的胶装结构是在金属连接件内部加工多道环向金属槽，对应缠绕管外表面对应套接位置加工同样尺寸的胶装槽型，两者之间形成套合，在槽与槽之间通过根部工艺孔，将一种胶液注入两者配合的槽型之间并填满，通过室温长时间固化，一般固化时间为8～16小时，或者通过外部加热的方法加快固化，固化温度为100℃～150℃，固化时间为1～4小时。

在本实施方式中，斜拉绝缘子142为线路绝缘子，构成为复合材料拉杆的形式。该拉杆142采用拉挤成型实心杆，复合材料同样为环氧、乙烯基或聚氨酯材料，其外部有起外绝缘保护作用的硅橡胶材料。该斜拉绝缘子142用于将横担绝缘子141吊挂于塔身12上，其两端可通过端部金属件144分别与横担绝缘子141和塔身12连接，如图3所示。其中，斜拉绝缘子142的端部金属件144采用传统压接工艺成型。

使用上述复合横担来替代传统高压(例如750kV)铁塔的金属横担部分，可以完全取消或缩短用于传统铁塔上的悬垂绝缘子，从而消除了由悬垂绝缘子风偏所引起的绝缘距离缩短，空气间隙击穿的风险，可以大大缩短横担长度，降低线路走廊宽度。

根据本发明第二实施方式的电网输电线用复合杆塔20如图4所示。与图1所示的第一实施方式的唯一不同在于：在本实施方式中，作为第二种实例的复合横担结构24的两组横担绝缘子241的每一组都由两根空心绝缘子构成，如图4所示。两根空心绝缘子之间可通过金属法兰245连接而成。通过这样的设置，可以加长复合横担结构24的长度，从而可以满足更高电压输电线的要求。

根据本发明第三实施方式的电网输电线用复合杆塔30及其复合横担结构34分别如图5、图6和图7所示。该实施方式与图1、图2、图3所示的第一实施方式的不同在于：如第二实施方式，第三种实例的复合横担结构34的两组横担绝缘子341的每一组都由两根空心绝缘子构成，两根空心绝缘子之间可通过金属法兰345连接而成，见图6和图7；另外，该实施方式的复合横担结构34除包括两组横担绝缘子341和与每组横担绝缘子341对应的斜拉绝缘子342外，还包括一个辅助横担绝缘子346和对应于每组横担绝缘子341的中间绝缘拉杆347。

如图6和图7所示，辅助横担绝缘子346在其两端分别连接至两组横担绝缘子341的金属法兰345，从而使两组横担绝缘子341和辅助横担绝缘子346沿水平面方向共同构成为A字型。应当理解，A字型的方向这样确定，其开口端朝向塔身，顶端为自由端用来悬挂输电线。中间绝缘拉杆347的一端连接至横担绝缘子341一根空心绝缘子的金属法兰345，另一端在横担绝缘子341上方连接至塔身32。其中，中间绝缘拉杆347可以是支柱绝缘子，该支柱绝缘子采用拉挤工艺成型，外部也有起外绝缘保护作用的硅橡胶材料。应当理解的是，当辅助横担绝缘子346的两端连接到每组横担绝缘子341的靠近塔身的一根空心绝缘子的金属法兰345时，中间绝缘拉杆347优选两端连接至每组横担绝缘子341的远离塔身的一根空心绝缘子的金属法兰345，反之亦然。

根据本发明第四实施方式的电网输电线用复合杆塔40由图8示意性地示出，该复合杆塔40为干字型塔即双回线塔。在该实施方式中，复合杆塔40具有六个复合横担结构44，每个复合横担结构44都与图5-7所示的第三实施方式中作为第三种实例的复合横担结构34完全一致，在此不再赘述。

图9是类似于图6的视图，其示出了另外一种实例的复合横担结构54；图10是类似于图7的视图，其示出了图9所示实例的复合横担结构54。该实例的复合横担结构54与图6和图7所示第三种实例的复合横担结构34的相同之处在于两组横担绝缘子541以及辅助横担绝缘子546的结构和布置方式，不同之处在于：在该实施方式中，斜拉绝缘子542采用空心绝缘子，并且每个斜拉绝缘子542也是由两根空心绝缘子借助于各自的金属法兰545连接而成；同时在该实例中取消两根中间绝缘拉杆的使用，改为使用两根第二连接绝缘子548和两根第三连接绝缘子549。

具体地，在该实施方式中，每个第二连接绝缘子548用于连接一组横担绝缘子541及其对应的斜拉绝缘子542。一个第二连接绝缘子548在其两端分别连接至一组横担绝缘子541中间接点处的金属法兰545以及相应的斜拉绝缘子542中间接点处的金属法兰545。每个第三连接绝缘子549用于将斜拉绝缘子542进一步连接固定至塔身52。第三连接绝缘子549一端连接至斜拉绝缘子542中间接点处的另一金属法兰545，另一端在横担绝缘子541的第一端处连接至塔身52。

应当理解的是，如图10所示，当辅助横担绝缘子546的两端连接到每组横担绝缘子541的靠近塔身的一根空心绝缘子的金属法兰545(即该组横担绝缘子地两根空心绝缘子中间接点处靠近塔身的一个金属法兰)时，第二连接绝缘子548优选一端连接至一组横担绝缘子541的远离塔身的一根空心绝缘子的金属法兰545(即两根空心绝缘子中间接点处远离塔身的一个金属法兰)，另一端连接至相应斜拉绝缘子542的远离塔身的一根空心绝缘子的金属法兰545(即斜拉绝缘子的两根空心绝缘子中间接点处远离塔身的一个金属法兰)；依次，第三连接绝缘子549优选一端连接至该组斜拉绝缘子542的靠近塔身的一根空心绝缘子的金属法兰545(即斜拉绝缘子的两根空心绝缘子中间接点处靠近塔身的一个金属法兰)，另一端在相应一组横担绝缘子541的第一端处连接至塔身52；反之亦然。

尽管在上述实施方式中，两组横担绝缘子中的每一组都对应一组斜拉绝缘子，但应当理解，斜拉绝缘子可以只是一组，该一组斜拉绝缘子用来将该两组横担绝缘子吊挂至塔身。另，该一组斜拉绝缘子可以是一个绝缘子，也可以是两个绝缘子连接而成。另外，尽管在上述实施方式中使用的金属法兰，但应当理解，法兰也可以是非金属的，只要能够满足支撑要求即可。还应当理解的是，上述线路绝缘子是弹性的，支柱绝缘子是刚性的。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而可以理解，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述结构和材料作各种变化和改进，包括这里单独披露或要求保护的技术特征的组合，明显地包括这些特征的其它组合。这些变形和/或组合均落入本发明所涉及的技术领域内，并落入本发明权利要求的保护范围。需要注意的是，按照惯例，权利要求中使用单个元件意在包括一个或多个这样的元件。此外，不应该将权利要求书中的任何参考标记构造为限制本发明的范围。

Claims (12)

1.一种电网输电线用复合杆塔的复合横担结构，其特征在于，所述复合横担结构包括：

两组横担绝缘子，其沿水平面方向布置成V字型，每组横担绝缘子的位于V字型开口处的第一端连接至所述复合杆塔的塔身；

斜拉绝缘子，所述每组横担绝缘子对应一组所述斜拉绝缘子，所述斜拉绝缘子一端连接至该组所述横担绝缘子的位于V字型顶点处的第二端，另一端在该组所述横担绝缘子的上方连接至所述塔身；

其中，所述每组横担绝缘子为两个空心绝缘子通过法兰彼此连接而成。

2.如权利要求1所述的电网输电线用复合杆塔的复合横担结构，其特征在于，所述两组横担绝缘子在V字型顶点处形成的夹角为15°～75°。

3.如权利要求2所述的电网输电线用复合杆塔的复合横担结构，其特征在于，还包括一个辅助横担绝缘子，所述辅助横担绝缘子在其两端分别连接至所述两组横担绝缘子的所述法兰，从而使所述两组横担绝缘子和所述辅助横担绝缘子沿水平面方向共同构成为A字型。

4.如权利要求1-3任一项所述的电网输电线用复合杆塔的复合横担结构，其特征在于，所述斜拉绝缘子为线路绝缘子。

5.如权利要求4在其引用权利要求1时所述的电网输电线用复合杆塔的复合横担结构，其特征在于，还包括对应于每组横担绝缘子的中间绝缘拉杆，所述中间绝缘拉杆的一端连接至所述横担绝缘子的所述法兰，另一端在所述横担绝缘子上方连接至所述塔身。

6.如权利要求5所述的电网输电线用复合杆塔的复合横担结构，其特征在于，所述中间绝缘拉杆为支柱绝缘子。

7.如权利要求3所述的电网输电线用复合杆塔的复合横担结构，其特征在于，与所述每组横担绝缘子对应的所述斜拉绝缘子为空心绝缘子。

8.如权利要求7所述的电网输电线用复合杆塔的复合横担结构，其特征在于，所述斜拉绝缘子为两个空心绝缘子，所述两个空心绝缘子通过法兰彼此连接。

9.如权利要求8所述的电网输电线用复合杆塔的复合横担结构，其特征在于，还包括用于连接所述每组横担绝缘子及其对应的所述斜拉绝缘子的第二连接绝缘子和第三连接绝缘子，所述第二连接绝缘子在其两端分别连接至所述横担绝缘子的所述法兰以及与所述斜拉绝缘子的所述法兰，所述第三连接绝缘子一端连接至所述斜拉绝缘子的所述法兰，另一端在所述横担绝缘子的所述第一端处连接至所述塔身。

10.一种电网输电线用复合杆塔，其特征在于，所述复合杆塔包括塔身以及至少一个装设于所述塔身上的如权利要求1至9任一项所述的复合横担结构。

11.如权利要求10所述的电网输电线用复合杆塔，其特征在于，所述复合杆塔的塔身由复合材料构件构成。

12.如权利要求10或11所述的电网输电线用复合杆塔，其特征在于，所述复合杆塔还包括塔头，所述塔头由复合材料构件构成。