新疆750千伏烏吐Ⅰ線247#塔引流線斷股缺陷的分析

【摘要】根據(jù)750千伏烏吐Ⅰ線247#塔引流線斷股缺陷，對線路風區(qū)、大高差情況下的引流線受力問題進行分析，找出具體原因，提出相應改進措施。

【關鍵詞】輸電線路；引流線；風振動；大高差

耐張鐵塔的跳線分為直引和繞引兩類。直引跳線是由桿塔一側的耐張線夾引出，穿過橫擔到另一側耐張線夾，類似一個很小的孤立檔距。而繞引，則是指引線經(jīng)過旁邊的絕緣子串，繞到另一側而引接的，它相當于有中間轉(zhuǎn)角的兩個小連續(xù)檔?，F(xiàn)有線路上，中相跳線普遍采用的是繞引接法。此外，跳線的弧垂和線長應充分滿足各類過電壓下的運行要求、滿足相應的風偏及荷載分布。

在實際運行中，由跳線引起的各類事故、缺陷也時有發(fā)生。2013年3月24日經(jīng)工作人員巡視發(fā)現(xiàn)，新疆750千伏烏吐Ⅰ線247#耐張塔中相大號側左上、右上、右中（面對大號方向）3根引流子線分別在壓接管口、調(diào)距線夾處出現(xiàn)嚴重斷股，其中右上子導線鋁股全部折斷，僅剩鋼芯連接。

一、現(xiàn)場基本情況

新疆750千伏烏吐Ⅰ線247#塔位于達坂城地區(qū)后溝高山山頂，與248#塔之間檔距為565米，與246#塔之間檔距為401米。247#塔高于248#塔216.1米，低于246#塔18.7米，屬于30里風區(qū)，設計風速42米/秒，常年平均風力在5級左右。

二、主要原因分析

1.風振動

當穩(wěn)定的微風吹過架空線路時，在導線的背風面，會產(chǎn)生一個上下交替變化的氣旋渦流（如圖3所示），從而使導線受到上下交變的脈沖力，當這個脈沖力的頻率與導線的固有自振頻率相等時，導線在垂直面內(nèi)將產(chǎn)生諧振——即風振動。

當風速較小時，由于風傳給導線的能量相對較小，一般不會引起振動。有數(shù)據(jù)表明，導線的起振風速大約在0.5米每秒，這是導線起振的下限風速。而導線的上限風速則與導線懸掛高度和檔距以及地形等因素有關。當懸掛高度增加時，由于風受地面的影響相對較小，更容易產(chǎn)生平穩(wěn)的氣流，所以振動的上限風速明顯增加。當風向與導線軸向夾角成45度到90度時，會產(chǎn)生穩(wěn)定的振動；夾角為30度到45度時，產(chǎn)生不穩(wěn)定的振動；夾角小于20度時基本不產(chǎn)生振動。

根據(jù)上述分析得，新疆750千伏烏吐Ⅰ線247#塔導線懸掛高度較高且位于風區(qū)，上限風速隨之增加，再加上此地常年出現(xiàn)西北風天氣，風向與導線約成60度角，所以較容易形成穩(wěn)定的氣流，造成持久的風振動。

因為跳線的張力比導線的張力小兩個數(shù)量級左右，且跳線弧垂與跳線跨距之比為0.1—0.25，導線弧垂與檔距之比為0.05左右，又因為自重的關系，跳線應力主要受氣溫控制，受比載影響較小。因此，跳線會與導線產(chǎn)生不同頻率的振動，其振動幅度更大，也更容易造成疲勞損壞。其次，跳線懸掛點在任一振動頻率下都是波節(jié)，懸掛點和支撐點本來就是承受機械力最嚴重的地方，除了張力大之外還受到壓接管口的擠壓，以及跳線變形的彎曲力，再加上振動時反復曲折變形的動態(tài)應力作用，對于跳線來說是非常不利的，因此我們發(fā)現(xiàn)此次缺陷的斷線點均在壓接管口和調(diào)距線夾附近。綜上所述，跳線的風振動是引發(fā)斷股缺陷的最主要原因之一。

2.大高差

高差——地形的起伏不平或桿塔高度不同時，會造成架空線懸掛高度不相等，同一檔距兩懸掛點間的高度差h簡稱為高差，兩懸掛點連線與水平面的夾角a稱為高差角（如圖4所示）；應力——是指導線的單位截面積（即單位長度、單位面積）上所分攤到的作用力的數(shù)值。所以說應力不是力，它反映的是受力的密度，單位N/mm2。

在輸電線路中，同一檔內(nèi)架空線任意兩點的應力差等于該兩點間高度差與比載的乘積（即σ2-σ1=r（y2-y1））。顯然，同一檔內(nèi)相對高度越高，該點應力就越大。在同一檔內(nèi)，最大應力發(fā)生在較高的懸掛點上。從現(xiàn)場情況看，247#塔高于248#塔216.1米，低于246#塔18.7米，所以最大應力主要集中在247#塔大號側掛點處，是造成斷股的又一主要原因。

新疆750千伏烏吐Ⅰ線247#至248#之間弧垂最低點落在檔外，所以此檔中247#大號側承受下壓力，248#小號側承受上拔力。在大高差線路中，承受下壓力的高懸點彎矩最大，彎曲應力也最大，基本達到最大使用應力。這樣大的彎曲應力會使鋁線受拉部分的綜合應力超過材料的屈服極限，而在所有可能發(fā)生斷線的點上，247#塔中相左上、右上、右中三根引流子線掛點不但承受最大彎曲應力，且由于相對較短受拉力較大，在彎曲應力的作用下極易產(chǎn)生斷股。

三、缺陷處理情況

1.目前已對新疆750千伏烏吐Ⅰ線247#耐張塔中相斷股的三根引流子導線進行了更換，更換后的引流子線長度在原設計值基礎上增加了30厘米。

2.在247#塔中相大小號側，分別對引流子線加裝了小引流（即利用T型線夾在導線端與引流線間增設三根小引流線），這樣既有利于電流的導通，又對以往的單節(jié)點受力進行了補強。

四、防范措施

1.線路設計階段應從應力效合、荷載分布、彎曲應力等方面入手，對各部位受力情況進行深入的計算和分析，選擇合理的連接金具或改變引流線繞引方式，以達到減小應力集中程度，改善彎曲應力過大的現(xiàn)狀，從根本上解決大高差區(qū)段因風振動造成的引線斷股、磨損。

2.在線路架線施工過程中，往往通過計算預先求出桿塔導線支持點之間的長度和耐張塔跳線的長度。但對于跳線部分，用以往的方法計算，會造成計算的長度和實際需要的長度不能完全合適，并且只是把跳線當作幾何模型來模擬計算求其長度，對跳線大小、形態(tài)變化的主要原因、如導線的剛性、線夾的種類等都未進行考慮。為了克服此類缺點，應學習研究新的計算方法，利用坐標軸將跳線視作彈簧，用花鍵曲線計算跳線長度。

3.在線路運行維護方面，應加強巡視人員技能培訓，提高責任心。風振動的破壞是一個積累的過程，并非一時間造成。在巡視過程中應對關鍵部位仔細巡查，發(fā)現(xiàn)問題及時研究并制定防范措施，以免釀成事故。為及時了解山區(qū)、交通困難地區(qū)等區(qū)段的線路運維情況，應加大科技投入，開展線路在線監(jiān)測，掌握運維情況的變化。

五、結束語

輸電線路耐張塔引流線起著導通電流的作用，是線路重要的組成部分。從線路設計、工程施工到日后的運行維護都應高度重視，尤其在大風區(qū)、大高差、大跨越、山區(qū)等特殊地段，考慮到受力過大、應力集中等原因，應加強巡視和監(jiān)察，發(fā)現(xiàn)問題及時治理。另外，造成輸電線路引流線斷股的原因很多，本文針對新疆750千伏烏吐Ⅰ線247#塔引流線斷股的缺陷從風振動和大高差兩方面入手主要對材料受力做出了解釋，在線路實際運行維護過程中，電流的熱效應、材料接觸電阻、蠕變等往往也是造成引流線各類缺陷的主要原因。各有關單位應對其展開深入研究，加大人員理論培訓，高效運用各種科技手段將引流線的運維工作推向新的高度。

參考文獻

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