刘鹏
重庆交通大学 重庆市南岸区 400074
摘要：1947年美国人托马斯发明了预绞丝，经过几十年的发展，预绞丝已经应用到了光缆，高压输电线路等各领域。但是关于预绞丝的结论，专家大多以实际工程的经验结论或者实验结果中的模拟结论为参考，对于理论的研究正在逐步完善。而本文将会简要的介绍关于输电线路的简单组成、预绞丝金具的发展历程、我国电网目前状况、最后主要介绍预绞丝金具相关理论的演变过程及参考的相关实际模型。
关键词：高压输电线路，预绞丝金具、我国电网现状、理论公式
中国人民结束了被奴役被侵略的屈辱历史，站起来了；到1978年改革开放的这一基本国策的实行，我国的经济得到了日新月异的发展，中国人民富起来了；到现在5G技术的全面发展，中国科学技术越来越与世界接轨，中国开始强起来了。在人民的日常生活中，电能涉及到方方面面，在家里我们需要对随手可用的手机和平板等电子设备充电，家里的电视、空调、洗衣机等电器需要电能才可以正常工作，做饭可以使用电磁炉；出行现在可以使用油电混动的新能源汽车；以及生活中其他各行各业。在这个大的时代背景之下，人民对于生活质量的要求不断提高，而电能与人们的吃穿住行有着高度紧密的关系，即保护电力设备的正常运行和电能的正常传输尤为重要。
中国的国土面积约960万平方千米，其排名是世界第三，所以中国幅员辽阔有地大物博的美誉。因为地理位置的辽阔，导致很多地方的资源利用和开发不平衡不充分。我国东部属于沿海城市，其中上海、杭州、南京、苏州等城市为典型代表，这些城市位于沿海、因其运输便捷等原因，经济位于国内前列，但是其一次能源缺乏；西部地区位于我国内地，包括四川、重庆、甘肃等城市，但其资源丰富；广东、深圳、香港等南方城市依靠海洋，可以利用的水电资源相对丰厚；北京、天津、大连等北方城市，天气寒冷，多依靠与火电。
为了加快建设结构合理、层次分明、各区域电网联系较为紧密的全国互联电网，政府随即组织并开展“西电东送”和“南北互供”政策，有效解决电能在各地不平衡不充分的问题。输电线工程是生命工程输电线工程的不仅会造成重大的经济损失，还可能会引起一系列的自然危害，给社会和人民的生命财产安全造成重大的威胁。
在2019年，中国国网公司提出了“三型两网、世界一流”的战略目标。“两网”：以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强智能电网，“两网”是实现“三型”目标的重要手段。金具作为特高压输电线路众多元件的支撑和连接部件，是整条线路的“关节”，其健康状况直接关乎线路的安全稳定运行。
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图1.1 ±800kV溪浙线贵州和云南运维段地线金具缺陷统计
特高压输电线路输送容量大、距离远的特点决定了与之配套的金具具有以下特点：第一个，服役环境复杂；第二个，尺寸大、承载复杂；第三个，运行经验积累少，设计存在优化空间。由于特高压输电线路金具服役环境复杂、尺寸大、承载复杂以及运行经验积累少，导致运行过程中个别关键金具容易发生损伤和破坏，影响线路的安全运行，易发生损坏的金具包括耐张联板、间隔棒以及预绞式金具。图1.2是统计了±800kV溪浙线贵州和云南运营段地线金具缺陷的统计，地线金具常见的缺陷的种类有8种，其中预绞丝散股占其中的17%，耐张预绞丝散股占3%，此说明在地线金具破坏中预绞丝的缺陷到达了五分之一。预绞丝的散股等在地线金具的破坏中是一个共性问题。这些问题不利于输电线路的安全稳定运行，给电力系统的带来了严重的安全隐患。
在1947年时美国人托马斯发明了预绞丝。经过几十年的发展，预绞丝已经应用到OPGW和ADSS光缆线路的安装使用上了，并且随着不断深入的研究，将预绞丝应用到了高压输电线路中。在起初的时候仅仅将预绞丝作为防护用具，在此基础上耐心研究即出现了预绞丝金具。并且在预绞丝金具的应用中出现了多系列的产品，按不同的用途可以将预绞丝分为：耐张预绞丝、接续预绞丝、T接预绞丝、悬垂预绞丝、扎线预绞丝、防震预绞丝、间隔预绞丝、保护预绞丝、修补预绞丝；其中耐张预绞丝又可以分为：钢耐张预绞丝、铝（铝合金） 耐张预绞线、绝缘导线耐张预绞丝。预绞丝金具在电力行业和光缆行业中有其独特的特点，使的它得到广泛的应用。
由于国内对于预绞丝金具的研究才刚刚起步，故此参考文献时选择了与预绞丝金具实体结构相近的钢丝绳和弹簧相关的文献。
在1951年，Hall对钢丝绳的研究仅存在与拉伸状态，并且认为侧丝的应力会大于中丝的应力。
在1951年至1953年期间，Hruska对钢丝绳提出了经典的HR模型，此模型充分考虑了侧丝与中丝之间由于材料等其他的不同而产生的摩檫力。但是HR模型忽略掉钢丝绳由于风偏、覆冰等情况下产生的弯矩、扭矩，以及钢丝绳在变形之后会引起捻角发生的变化。
在1978年，Costcllo对钢丝绳的理论作了总结性的概括，讨论在钢丝绳的绳股之间还会存在接触应力，并且针对钢丝绳的理论建立了钢丝绳的非线性平衡方程。
在1996年，JiangWei对钢丝绳的理论进行深化研究，给出了研究钢丝绳的通用模型，此模型可以对复杂钢丝绳进行线性和非线性分析。
国内外针对于钢丝绳做的有限元模拟和试验研究，主要采用了半连续法和离散法。
在1982年，Hobbs和Raoof率先提出半连续模型，此模型的实质是将钢丝绳中钢丝的层数从数学上表示为正交各向同性圆筒，其力学性能与相应的钢丝层保持一致。
在1989年，Blouin和 Cardou也提出了半连续模型，他们这一模型是运用连续介质力学和横观各向同性材料弹性力学的方法建立的。这一模型被进一步发展，并被用于考虑轴对称加载情况和分析钢丝增强的铝导线中。
离散模型和方法的基本方程是通过绳股中的每根钢丝来建立的。
在1996年，Jolicoeur和 Cardou对以往的离散模型与试验结果进行对比，其发现离散模型的结论是足够精确的。
在1982年，Hobbs和 Raoof通过大量的试验结合理论，进而研究钢丝绳在预加轴向载荷时侧丝从无滑移到完全滑移的全过程。
在1994年，Roof和 Kraincanic给出建议，当钢丝直径和绳股直径相比较小时，绳股中单丝的扭转和弯曲刚度可以忽略，对绳股可以采用同样的方法进行讨论。
王桂兰等人在建立理论模型时，充分运用高等数学中微分几何学的知识，分析了捻角、捻距、接触角、捻距倍数和捻向组合等这些参数之间的关系以及它们对钢丝绳性能的影响。
张东文、王时龙等、萧红等在建立理论模型时，计算多股簧几何参数时沿用钢丝绳侧丝截面呈椭圆的假设。工程中通用的钢丝绳一般采用极多的细小钢丝捻制而成，钢丝绳的捻距相对来说较大，因此，在实验中取钢丝绳某一截面时，钢丝绳的侧丝在这一截面上的投影会近似于椭圆。在实际的模拟中如果直接采用椭圆假设进行计算，其计算各种工况中得到的结果也基本满足实际工程的应用。
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