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摘要：挂线板的可靠性对整个线路的安全运行起到关键作用。挂线板的几何尺寸与连接金具的型式和尺寸有很大关系，同时应能满足加工、安装等要求。基于此，本文主要对架空输电线路挂线板设计方法进行分析，希望通过本文的分析研究，给行业内人士以借鉴和启发。
关键词：架空输电线路；挂线板；设计方法
引言
输电线路中的挂线板是连接输电塔和地线的重要构件，各种工况下导、地线的荷载通过金具传给挂线板，挂线板再传递给输电塔主体结构。挂线板在铁路上起着连接铁塔本体与导线绝缘子的作用，承受着导线在各个工况下的荷载。只有明确挂线板的各种破坏形式，对它进行认真、细致的设计，才能保证挂线板损坏后于铁塔的整体破坏，真正做到安全、经济、适用。
1设计手册计算
材质：Q345；挂线板抗拉强度：295N/mm2；挂线板抗剪强度：170N/mm2；螺栓为粗制C级螺栓：直径30mm、螺栓孔径32mm。考虑挂线孔顺受力方向和垂直受力方向孔中心到挂线板边缘的距离e(端距大小)计算承载力的变化。A-A截面承载力、B-B截面承载力及孔壁挤压承载力计算结果随端距变化见图1。
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图1 挂线板承载力随端距变化图
从图1可看出，采用设计手册给出的公式净截面强度和孔壁挤压承载力计算符合受力实际情况，一般孔壁挤压不控制，A-A截面的承载力随着端距的增大而增加，考虑钢结构构件弹性设计极限状态的含义并考虑挂线板净截面处应力分布不均匀性，A-A截面计算公式中考虑了应力集中系数，一般在2.2d～2.6d之间，净截面受拉也不控制。挂线板的承载力基本由B-B截面控制，且承载力随端距增大并无明显的变化，尤其是2.4d(螺栓直径)之后基本无变化，这与实际受力情况不符。
2 GB50017—2017计算内容和方法
GB50017—2017没有专门针对挂线板的计算，但有销轴连接计算内容。挂线板和销轴在受力方式上基本一致，因此参考销轴计算。规范在销轴连接部分对连接耳板的抗拉、抗剪和劈裂强度计算进行了规定。销轴连接耳板受剪面示意图见图2。
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图2 销轴连接耳板受剪面示意图
1.2.1挂线板计算方式
1)抗拉强度
耳板孔净截面处的抗拉强度：
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式(1)～(5)中：N为杆件轴向拉力设计值(N)；b1为计算宽度(mm)；d0为销轴孔径(mm)；f为耳板抗拉强度设计值(N/mm2)；Z为耳板端部抗剪截面宽度(mm)；fv为耳板钢材抗剪强度设计值(N/mm2)。
1.2.2规范对比分析
对于B-B截面的劈裂承载力计算，各个规范有所差异，为验算孔边切向最大应力，这里的应力容易误理解为剪切应力。此公式是弹性力学中著名的拉梅公式变换受力条件所得，此处的应力指拉应力并非剪切应力，而是端部发生劈裂破坏的拉应力。利用拉梅公式计算孔壁应力，其先决条件是d0－d≤0.02d0，实际挂线板和连接金具配合间隙很难满足此条件，所以公式的适用性有待考量。设计手册中劈裂承载力与端距大小无太大的联系，而GB50017－2017中基本与端距的长短乘正比增加，通过对比GB50017－2017和ACSE10-15，本文认为设计手册中的公式存在一定的不合理性。
3项目情况
某设备在大风作用下,线路部件极易发生损坏,每次风季结束后就发生电杆倾斜、叉梁变形以及杆塔螺栓松动等大量缺陷。与此同时,在频繁的大风作用下,线路部件受力部位常常发生磨损,未到其使用周期就不断发生损坏,成为影响线路安全运行的重大隐患,同时频频更换线路部件又大大增加了线路维护成本。这当中,尤其以架空地线电杆挂线板和悬垂金具磨损最为严重。某次大风过后发现该设备架空地线挂线板、悬垂金具螺杆和扭转U型环磨损以加速度形势发展。目前,耐磨金具螺杆最严重处已磨损近一半,地线支架挂线板眼孔磨损为椭圆长孔,最严重已达8mm左右,眼孔边距已不足10mm(原为17mm)。耐磨金具螺杆和挂线板眼孔的磨损已严重威胁该线的安全运行。
4挂线板断裂原因分析
由断裂挂线板实样测量得知:挂线板的曲率未达到原设计值,设计折弯角度为35°,实际加工角度仅为6°。由于折弯度小,造成了该处应力相对集中,从而加剧了挂线板损坏的速度。
5架空输电线路挂线板设计方法
5.1悬垂金具方案
依据金具设计的有关原则进行比较后,采用两个直角挂板串接实现面接触,同时在上直角挂板和U型环处实现横线路方向转动,在下直角挂板和U型环处实现顺线路方向转动。
5.2挂线板方案
(1)更换地线支架。由于挂线板与地线支架焊接为一整体,更换挂线板就要整体更换地线支架。此种方案虽然可以根本解决挂线板磨损,但它费用较大,每基电杆约需资金1200元(含材料),同时需停电更换,如更换100基需6一8天时间,不仅影响电网运行方式而且损失电量较大。(2)安装补强挂线板。鉴于以上原因,设计补强挂线板。此种方案不需要更换地线支架,每基只需资金500元(含材料),同时可以采取带电作业。经拉力破坏试验,拉力达到7t时,直角挂板螺栓首先断裂,而挂线板没有发生破坏变形。
5.3设计型式
设计采用的悬垂金具扭转U型环开口距离较大(43mm),而挂线板较薄(厚6mm),在风力作用下扭转U型环螺杆不能自持平衡,原面接触成为线接触,由于承压面减小,使螺杆与挂线板的磨损加剧。由此看出,一方面,当螺杆磨损出槽痕之后,就与挂线板互相嵌固产生更为严重的磨损,将造成螺杆截面积减小直至断裂。另一方面,螺杆磨损引起挂线板的磨损,使挂线眼孔向下发展成为椭圆形孔,造成眼孔承载截面积减小。上述情况都将造成架空地线脱落的严重后果,因此必须对其挂线板和悬垂金具进行处理,避免发生恶性事故。
5.4其他提升措施
1)加强线路设备的招标管理,严禁没有资质的厂家参与线路材料的招投标。(2)重要线路杆塔加工时,必须派驻有经验的技术人员进行现场监造,确保杆塔的加工质量符合设计要求。(3)严把施工、验收关。在施工过程中,施工单位一定要核实铁塔主要部件是否与设计相符。运行单位在验收过程中一定要对线路设备的关键部件进行严格检查,不合格的设备不准投运。(4)对铁塔材质进行抽样试验,确保其符合DL/T5154-2002《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》中第6.1.1条要求。
结语
总之，电力工程高压送电线路设计手册计算的承载力最小，考虑到挂线板是连接铁塔、金具和绝缘子串的关键构件，可靠性要求高。因此，挂线板的计算需考虑劈裂、孔壁挤压和净截面受拉破坏。计算孔壁挤压和净截面受拉破坏时可采用设计手册中的公式，进行劈裂承载力计算式推荐采用修正后的公式。
参考文献
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