微地形對(duì)輸電線路不平衡張力的影響

劉慶豐

(湖南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，長(zhǎng)沙市，410007)

0 引言

2008年初，我國南方大部分地區(qū)相繼出現(xiàn)了持續(xù)的大范圍、災(zāi)害性冰雪天氣，此次雨雪冰凍天氣過程影響范圍大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、涉及面廣、危害程度大，給這些地區(qū)的交通、電力、通信和人民生活帶來了嚴(yán)重影響。由于輸電線路覆冰嚴(yán)重，導(dǎo)致湖北、浙江、湖南、江西、貴州、安徽、廣西境內(nèi)多條輸電線路鐵塔、導(dǎo)線、絕緣子、金具等遭到不同程度的損壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國500 kV輸電線路損壞59條，共計(jì)倒塔957基、桿塔局部受損189基。其中15 mm及以下冰區(qū)占93.8%，20 mm 及以上冰區(qū)占 6.2%［1-3］。

新設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)在微地形方面只有定性的規(guī)定，沒有量的細(xì)化，這就給具體的線路設(shè)計(jì)帶來了困難。為了尋求微地形對(duì)桿塔不平衡張力的影響，本文在對(duì)湖南省境內(nèi)幾條線路倒塔事故段的微地形進(jìn)行歸納總結(jié)的基礎(chǔ)上，選定幾種典型的微地形斷面，分別對(duì)這些情況下桿塔所受的不平衡張力進(jìn)行計(jì)算分析，從中找出能指導(dǎo)線路改造設(shè)計(jì)的原則性意見。

1 典型微地形的特征

湖南以丘陵、山地地形為主，根據(jù)對(duì)2005—2008年湖南省500 kV線路發(fā)生倒塔變形的位置進(jìn)行分析，得出微地形有如下特征:(1)線路路徑走向多數(shù)與冬季主導(dǎo)風(fēng)向夾角大于45°;(2)北坡線路覆冰較南坡嚴(yán)重，靠近河流、湖泊、風(fēng)口的電力線路覆冰相對(duì)嚴(yán)重;(3)相對(duì)高聳的山頂覆冰相對(duì)嚴(yán)重;(4)連續(xù)上下山，高程集中在200～650 m，高程越高覆冰越嚴(yán)重;(5)桿塔兩側(cè)檔距相差較大;(6)桿塔一側(cè)為大檔距，一般超過500 m［4-6］。前2條主要與線路路徑的走向有關(guān)系，對(duì)線路的安全影響也最大，這要求在路徑的選擇上應(yīng)特別注意這些問題。后面幾條可以歸納為大高差、大小檔和大檔距。對(duì)于已建線路的改造而言，在路徑無法做大調(diào)整的情況下，主要是對(duì)后3種微地形情況下的局部地段進(jìn)行分析改造。

2 典型微地形下線路的不平衡張力計(jì)算

假定500 kV線路耐張段共6檔7基桿塔，其中耐張塔2基，直線塔5基。導(dǎo)線為4×LGJ-400/50，導(dǎo)線最大使用應(yīng)力103.8 MPa，設(shè)計(jì)覆冰15 mm，設(shè)計(jì)大風(fēng)30 m/s，分別計(jì)算幾種典型與極端情況下的各塔不平衡張力［7-10］。

2.1 大高差

假定檔距相同的情況下，4號(hào)塔地面高程最高，其余塔的地面高程相同，高差50 m。3、4號(hào)桿塔檔覆冰為35 mm，其余檔覆冰為30 mm。計(jì)算此情況下的不平衡張力，結(jié)果如表1所示。

表1 大高差下不平衡張力的計(jì)算結(jié)果Tab.1 The computational results of the unbalanced tensile force under large altitude difference

從表1可看出，最大不平衡張力發(fā)生在4號(hào)桿塔上，數(shù)值為4608.5 N，方向向小號(hào)側(cè)，相當(dāng)于最大使用應(yīng)力下張力的2.5%。

2.2 大小檔

假定桿塔地面高程相同、6檔冰厚均為30 mm的情況下，4號(hào)塔小號(hào)側(cè)檔距500 m，大號(hào)側(cè)檔距200 m。計(jì)算此情況下的不平衡張力，結(jié)果如表2所示。

表2 大小檔下不平衡張力的計(jì)算結(jié)果Tab.2 The computational results of the unbalanced tensile force calculated under large distance difference

從表2可看出，最大不平衡張力發(fā)生在4號(hào)桿塔上，數(shù)值為5168.4 N，方向向大號(hào)側(cè)，相當(dāng)于最大使用應(yīng)力下張力的2.8%。

2.3 不均勻覆冰

假定地面高程、檔距相同的情況下，冰厚從15 mm開始每檔5 mm遞增。計(jì)算此情況下的不平衡張力，結(jié)果如表3所示。

從表3可看出，最大不平衡張力發(fā)生在5號(hào)桿塔上，數(shù)值為14782.4 N，方向向大號(hào)側(cè)，相當(dāng)于最大使用應(yīng)力下張力的7.9%。

表3 不均勻覆冰下不平衡張力的計(jì)算結(jié)果Tab.3 The computational results of the unbalanced tensile force under asymmetry icing

2.4 連續(xù)上下山

假定檔距相同，冰厚從15 mm開始每檔5mm遞增，地面高程按每基30 m遞增。計(jì)算此情況下的不平衡張力，結(jié)果如表4所示。

表4 連續(xù)上下山情況下不平衡張力的計(jì)算結(jié)果Tab.4 The computational results of the unbalanced tensile force under steep slope

從表4可看出，最大不平衡張力發(fā)生在5號(hào)桿塔上，數(shù)值為14521.1 N，方向向大號(hào)側(cè)，相當(dāng)于最大使用應(yīng)力下張力的7.7%。

2.5 大小檔和不均勻覆冰

假定地面高程相同，冰厚從10 mm開始每檔5 mm遞增，5號(hào)塔小號(hào)側(cè)檔距為200 m，大號(hào)側(cè)檔距為500 m。計(jì)算此情況下的不平衡張力，結(jié)果如表5所示。

從表5可看出，最大不平衡張力發(fā)生在5號(hào)桿塔上，數(shù)值為26270.4N，方向向大號(hào)側(cè)，相當(dāng)于最大使用應(yīng)力下張力的14.0%。

表5 大小檔和不均勻覆冰情況下不平衡張力的計(jì)算結(jié)果Tab.5 The computational results of the unbalanced tensile force under the distance difference and asymmetry icing

2.6 大小檔和大高差

假定檔距相同，高差每基30～50 m遞增的情況下，高差往往同時(shí)存在不均勻覆冰的情況，假設(shè)冰厚從10 mm開始每檔5 mm遞增。計(jì)算此情況下的不平衡張力，結(jié)果如表6所示。

表6 大小檔和大高差情況下不平衡張力的計(jì)算結(jié)果Tab.6 The computational results of the unbalanced tensile force under the distance and altitude difference

從表6可看出，最大不平衡張力發(fā)生在5號(hào)桿塔上，數(shù)值為36794.3 N，方向向大號(hào)側(cè)，相當(dāng)于最大使用應(yīng)力下張力的19.6%。

2.7 大小檔與高差

在控制檔距小于500 m，相鄰兩檔覆冰差不超過5 mm的情況下，變化大小檔倍數(shù)，計(jì)算張力差小于15%最大使用張力時(shí)大小檔與高差的對(duì)應(yīng)關(guān)系，結(jié)果如表7所示。

表7 大小檔與高差的對(duì)應(yīng)關(guān)系Tab.7 The relation between distance and altitude difference under given unbalanced tensile force

3 結(jié)論

(1)當(dāng)某種微地形單獨(dú)影響時(shí)，張力差較小，一般都小于10%。當(dāng)多種微地形組合(主要是大小檔和大高差組合)影響時(shí)，張力差較大，有可能大于10%。

(2)為保證主干電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性，對(duì)于已建500 kV線路要進(jìn)行微地形情況下的改造，建議按如下改造原則處理:①地面高差大于50 m，優(yōu)先采取增加桿塔方式，若有困難，可將承受不均勻覆冰張力差較大的桿塔更換為加強(qiáng)型桿塔;②當(dāng)兩側(cè)檔距相差2.5倍以上時(shí)，優(yōu)先采取增加桿塔方式，若有困難時(shí)，可將該桿塔更換為加強(qiáng)型桿塔;③當(dāng)實(shí)際檔距大于500 m，抗冰能力較弱時(shí)，優(yōu)先采取增加桿塔方式，若有困難時(shí)，可采取加強(qiáng)桿塔等措施;④對(duì)于220 kV及以下線路微地形情況下的改造，可以參照500 kV線路的改造方式適當(dāng)放寬條件執(zhí)行。

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