架空輸電線(xiàn)路交叉跨越距離檢查及計(jì)算方法探討

李盛杰，王瓊晶

(國(guó)網(wǎng)瀘州供電公司，四川 瀘州 646000)

架空輸電線(xiàn)路交叉跨越距離檢查及計(jì)算方法探討

李盛杰，王瓊晶

(國(guó)網(wǎng)瀘州供電公司，四川 瀘州 646000)

氣溫的升降引起架空線(xiàn)的熱脹冷縮，使弧垂、應(yīng)力發(fā)生相應(yīng)的變化。采用狀態(tài)方程式進(jìn)行在運(yùn)輸電線(xiàn)路弧垂計(jì)算、判定運(yùn)行最大弧垂，可使計(jì)算結(jié)果更為準(zhǔn)確，且能計(jì)算出不同氣象條件下的架空線(xiàn)弧垂，對(duì)交叉跨越距離測(cè)量有著重要的意義。

弧垂檢查;最大弧垂計(jì)算;懸高測(cè)量

0 引 言

線(xiàn)路運(yùn)行人員測(cè)量架空線(xiàn)路與交叉跨越物的距離常用方法是用測(cè)距桿測(cè)距或使用經(jīng)緯儀、全站儀進(jìn)行懸高測(cè)量，得出距離后結(jié)合運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)或查看架線(xiàn)弧垂表估算弧垂變化量判定架空線(xiàn)對(duì)交叉跨越物的距離是否滿(mǎn)足要求。此類(lèi)方法簡(jiǎn)單、易操作但卻缺乏準(zhǔn)確度，且不能計(jì)算出架空線(xiàn)在不同氣象條件時(shí)對(duì)跨越物的距離，合理地選擇弧垂檢查方法和準(zhǔn)確地計(jì)算線(xiàn)路運(yùn)行最大弧垂對(duì)從事線(xiàn)路運(yùn)行維護(hù)的人員至關(guān)重要。結(jié)合某供電企業(yè)110 kV林赤線(xiàn)的弧垂檢查實(shí)例對(duì)架空線(xiàn)與交叉跨越的距離測(cè)量方法進(jìn)行一次探討。

1 案例簡(jiǎn)介

2010年5月，110 kV林赤線(xiàn)77號(hào)塔至78號(hào)塔下修建高速公路，施工單位采取人工取土的方式平整場(chǎng)地，無(wú)安全隱患。但由于高速公路基面高度將增加3 m，高速公路修好后對(duì)地距離可能不滿(mǎn)足規(guī)程要求，需進(jìn)行距離測(cè)量。110 kV林赤線(xiàn)77號(hào)至78號(hào)三相導(dǎo)線(xiàn)之中C相導(dǎo)線(xiàn)與高速公路基面的垂直距離最近，77號(hào)至78號(hào)處于75至80號(hào)這一耐張段之中，兩基鐵塔均為直線(xiàn)貓頭塔。通過(guò)查取設(shè)計(jì)圖紙查得77號(hào)呼稱(chēng)高為19.5 m，78號(hào)呼稱(chēng)高為21 m，絕緣子串長(zhǎng)均為1.5 m，兩基鐵塔導(dǎo)線(xiàn)懸掛點(diǎn)高差為7 m，77至78檔距l(xiāng)為425 m，代表檔距l(xiāng)db為378 m，最高溫為t2為40 ℃，最大覆冰厚度b為10 mm，溫度t3為-5 ℃，導(dǎo)線(xiàn)型號(hào)為L(zhǎng)GJ-185。導(dǎo)線(xiàn)物理參數(shù)如表1。

表1 導(dǎo)線(xiàn)物理參數(shù)

2 弧垂測(cè)量

弧垂測(cè)量方法有等長(zhǎng)法、異長(zhǎng)法和檔端角度法3種，輸電線(xiàn)路弧垂測(cè)量應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇合理、適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行弧垂測(cè)量。

1)等長(zhǎng)法(如圖1)，又稱(chēng)平行四邊形法。觀(guān)測(cè)人員在觀(guān)測(cè)檔兩側(cè)的桿塔上綁上弧垂板，利用三點(diǎn)一線(xiàn)的原理觀(guān)測(cè)弧垂。操作步驟如下：①計(jì)算觀(guān)測(cè)檔弧垂理論值f。②測(cè)點(diǎn)工作人員在距架空線(xiàn)懸掛點(diǎn)C垂直距離為理論弧垂值f的點(diǎn)B懸掛弧垂板，另一側(cè)桿塔上的視點(diǎn)觀(guān)測(cè)人員在距架空線(xiàn)懸掛點(diǎn)點(diǎn)D垂直距離為f的點(diǎn)A觀(guān)測(cè)對(duì)側(cè)的弧垂板懸掛點(diǎn)點(diǎn)B。視線(xiàn)與架空線(xiàn)相切，則該檔的弧垂即為理論弧垂值；視線(xiàn)與架空線(xiàn)交叉，則理論弧垂偏?。灰暰€(xiàn)上無(wú)架空線(xiàn)，則理論弧垂值偏大。③根據(jù)觀(guān)測(cè)情況，同時(shí)調(diào)整觀(guān)測(cè)人員以及弧垂板與架空線(xiàn)懸掛點(diǎn)的垂直距離并保持大小一致，視線(xiàn)與架空線(xiàn)相切后記錄觀(guān)測(cè)人員與架空線(xiàn)懸掛點(diǎn)的垂直距離即為此時(shí)的弧垂。采用等長(zhǎng)法檢查弧垂，架空線(xiàn)懸點(diǎn)高差應(yīng)小于20%檔距，最大弧垂應(yīng)比桿塔呼稱(chēng)高小2 m以上。

圖1 等長(zhǎng)法

圖2 異長(zhǎng)法

3)檔端角度法(如圖3)，是一種適用、易操作的檢查弧垂方法，該方法是將儀器支于檔距距端點(diǎn)進(jìn)行弧垂觀(guān)測(cè)，觀(guān)測(cè)人員使用全站儀、經(jīng)緯儀等站在一檔線(xiàn)路兩側(cè)桿塔的下方觀(guān)測(cè)弧垂，視線(xiàn)與架空線(xiàn)相切便可記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

圖3 檔端角度法

檔端角度法的計(jì)算公式為

式中，h為觀(guān)測(cè)點(diǎn)與架空線(xiàn)懸掛點(diǎn)的垂直距離；θ為觀(guān)測(cè)點(diǎn)與視點(diǎn)架空線(xiàn)懸掛點(diǎn)的豎直夾角；η為觀(guān)測(cè)點(diǎn)與架空線(xiàn)弧垂切點(diǎn)的豎直夾角；L為觀(guān)測(cè)檔檔距。

該方法檢查架空線(xiàn)弧垂與異長(zhǎng)法進(jìn)行弧垂觀(guān)測(cè)計(jì)算原理相同，檔端角度法是一種特殊的異長(zhǎng)法，其計(jì)算公式與異長(zhǎng)法的經(jīng)驗(yàn)公式相同，推證過(guò)程如下。

根據(jù)110 kV林赤線(xiàn)的實(shí)際情況，3種方法都可進(jìn)行弧垂檢查。對(duì)比以上3種方法不難發(fā)現(xiàn)，等長(zhǎng)法和異長(zhǎng)法進(jìn)行弧垂檢查都存在以下2個(gè)缺點(diǎn)：①觀(guān)測(cè)人員需登上桿塔作業(yè)，線(xiàn)路帶電時(shí)需與帶電體保持相應(yīng)的安全距離，存在一定的安全隱患;②采用目測(cè)或借助望遠(yuǎn)鏡觀(guān)測(cè)，視距較小且準(zhǔn)確度偏低。而選擇角度法進(jìn)行弧垂檢查即可較少工作量，也能提高準(zhǔn)確度，故選擇檔端角度法進(jìn)行弧垂測(cè)量。

觀(guān)測(cè)人員用在77號(hào)塔下架鏡，用皮尺測(cè)得鏡高1.5 m，鐵塔基礎(chǔ)相對(duì)地面上升0.3 m，用經(jīng)緯儀測(cè)得距離高速公路垂直距離最小的C相導(dǎo)線(xiàn)弧垂切點(diǎn)的豎直角η=1°2′10″，觀(guān)測(cè)點(diǎn)與視點(diǎn)架空線(xiàn)懸掛點(diǎn)的豎直夾角θ=2°3′50″，檢測(cè)時(shí)氣溫t1為26 ℃。

h=19.5-1.5+0.3-1.5=16.8 m

3 運(yùn)行最大弧垂計(jì)算

準(zhǔn)確地判斷架空線(xiàn)對(duì)跨越物的距離必須判定最大弧垂，架空線(xiàn)的最大弧垂只發(fā)生在兩種氣象情況下，即覆冰無(wú)風(fēng)或最高氣溫。狀態(tài)方程式是線(xiàn)路設(shè)計(jì)階段弧垂計(jì)算的公式，在運(yùn)輸電線(xiàn)路的弧垂計(jì)算采用該公式進(jìn)行相對(duì)其他弧垂換算公式更為準(zhǔn)確、可信。判定最大弧垂應(yīng)先算出當(dāng)前應(yīng)力，然后計(jì)算出最大弧垂氣象條件下的應(yīng)力(采用狀態(tài)方程式進(jìn)行)，最后算出最大弧垂。

式中,q為單位長(zhǎng)度質(zhì)量；A為導(dǎo)線(xiàn)截面積；g為重力加速度。

2)最大弧垂判定。不同氣象條件下架空線(xiàn)的各參數(shù)存在一定的關(guān)系，揭示架空線(xiàn)從一種氣象條件下(第Ⅰ狀態(tài))改變到另一種氣象條件(第Ⅱ狀態(tài))下的各個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系的方程稱(chēng)為架空線(xiàn)的狀態(tài)方程式。同一耐張段同一氣象條件下，各檔導(dǎo)線(xiàn)的比載及弧垂最低點(diǎn)的應(yīng)力相等，對(duì)于連續(xù)檔，應(yīng)力換算應(yīng)選用代表檔距l(xiāng)db進(jìn)行計(jì)算。

換算應(yīng)力采用狀態(tài)方程式進(jìn)行，計(jì)算公式如下。

式中,σ1為第Ⅰ狀態(tài)架空線(xiàn)弧垂最低的應(yīng)力；γ1為第Ⅰ狀態(tài)架空線(xiàn)比載；t1為第Ⅰ狀態(tài)時(shí)的溫度；α為溫度線(xiàn)膨脹系數(shù)；E為架空線(xiàn)的彈性模量；ldb為代表檔距；σ2為第Ⅱ狀態(tài)架空線(xiàn)的應(yīng)力；γ2為第Ⅱ狀態(tài)的導(dǎo)線(xiàn)比載；t2為第Ⅱ狀態(tài)時(shí)的溫度。

利用狀態(tài)方程式，可計(jì)算出林赤線(xiàn)77號(hào)至78號(hào)導(dǎo)線(xiàn)在各種氣象條件下的應(yīng)力 。計(jì)算導(dǎo)線(xiàn)運(yùn)行最大弧垂有兩種方法：一種方法是分別計(jì)算出導(dǎo)線(xiàn)在最高氣溫和覆冰無(wú)風(fēng)時(shí)的應(yīng)力后，根據(jù)應(yīng)力、比載、檔距計(jì)算出兩種氣象條件下的弧垂，較大的即為最大弧垂；另一種是計(jì)算出一種氣象條件下的應(yīng)力后采用臨界氣溫法，判定最大弧垂發(fā)生的氣象條件，從而計(jì)算出最大弧垂。林赤線(xiàn)77號(hào)至78號(hào)所處地區(qū)的最高氣溫為40 ℃，根據(jù)狀態(tài)方程式，帶入數(shù)據(jù)計(jì)算最高氣溫時(shí)的導(dǎo)線(xiàn)應(yīng)力。

采用臨界氣溫法判定林赤線(xiàn)的最大弧垂發(fā)生的氣象條件，林赤線(xiàn)77號(hào)至78號(hào)段覆冰無(wú)風(fēng)的氣象參數(shù)為覆冰厚度10 mm，氣溫-5 ℃，冰重比載為

式中,b為冰厚；d為導(dǎo)線(xiàn)直徑；A為導(dǎo)線(xiàn)總截面積。

覆冰綜合比載γ4=γ1+γ3=34.99×10-3+

37.12×10-3=72.11×10-3MPa/m

式中tj為臨界氣溫；tb為覆冰時(shí)的溫度;α為溫脹系數(shù)，E為彈性模量。

因?yàn)閠j

3)運(yùn)行最大弧垂值

4 任意點(diǎn)弧垂變化量計(jì)算

由前面的計(jì)算可知110 kV林赤線(xiàn)77號(hào)至78號(hào)弧垂變化量為

Δf=fmax-f=12.52-11.77=0.75 m

任意點(diǎn)弧垂的計(jì)算公式為

式中，fr為任意點(diǎn)弧垂；x為架空線(xiàn)上任意點(diǎn)至一側(cè)桿塔的水平距離。

測(cè)量人員使用全站儀測(cè)出跨越點(diǎn)與林赤線(xiàn)77號(hào)塔的水平距離為198 m，帶入數(shù)據(jù)算得跨越點(diǎn)的弧垂變化量為

5 懸高測(cè)量檢測(cè)架空線(xiàn)對(duì)跨越物的垂直距離

全站儀和經(jīng)緯儀是最為常用的測(cè)距儀器，全站儀通過(guò)發(fā)射紅外線(xiàn)光測(cè)出觀(guān)測(cè)點(diǎn)與棱鏡之間的距離并通過(guò)夾角測(cè)量可計(jì)算出架空線(xiàn)以及被跨越物對(duì)地的距離，從而計(jì)算出兩者之間的垂直距離。經(jīng)緯儀自身不具備距離測(cè)量的功能，但可準(zhǔn)確地測(cè)出角度，借助標(biāo)桿輔助可測(cè)出距離，經(jīng)緯儀測(cè)量示意圖如圖4。

圖4 經(jīng)緯儀測(cè)量示意圖

采用經(jīng)緯儀檢查時(shí)在視點(diǎn)架設(shè)經(jīng)緯儀，另一工作人員在架空線(xiàn)在跨越物的跨越點(diǎn)下方豎直放置一根有刻度的標(biāo)桿，視點(diǎn)檢查人員測(cè)出視點(diǎn)與標(biāo)桿上已知刻度點(diǎn)的夾角A和B后根據(jù)以下公式計(jì)算出標(biāo)桿樹(shù)立點(diǎn)與視點(diǎn)的水平距離為

式中,S為視點(diǎn)架空線(xiàn)與跨越物下方的水平距離；H為標(biāo)桿視點(diǎn)高度。

架空線(xiàn)對(duì)交叉跨越物的計(jì)算公式為

h1=S(tanD-tanC)

式中,h1為架空線(xiàn)對(duì)跨越物的距離；S為視點(diǎn)架空線(xiàn)與跨越物下方的水平距離。

110 kV林赤線(xiàn)測(cè)量采用全站儀進(jìn)行測(cè)量，由于全站儀自帶計(jì)算程序，不需計(jì)算可直接測(cè)出導(dǎo)線(xiàn)對(duì)高速公路的垂直距離為13.5 m。考慮高速公路基面還將上升3 m，以及導(dǎo)線(xiàn)弧垂將下降0.746 m，高速公路修好后對(duì)導(dǎo)線(xiàn)最近的距離應(yīng)為9.754 m，查取運(yùn)行規(guī)程可知滿(mǎn)足要求。

6 結(jié) 語(yǔ)

隨著電力工業(yè)的發(fā)展，架空輸電線(xiàn)路對(duì)弧垂的要求越來(lái)越高，選擇合理的弧垂檢查方法、準(zhǔn)確地計(jì)算線(xiàn)路弧垂對(duì)線(xiàn)路運(yùn)行人員愈發(fā)重要。在運(yùn)輸電線(xiàn)路的弧垂檢查若進(jìn)行登桿塔作業(yè)存在一定的安全隱患，而采用全站儀、經(jīng)緯儀進(jìn)行檢查既可保證安全，也能提高檢查精度。利用狀態(tài)方程式進(jìn)行弧垂推算，能有效地提高弧垂計(jì)算的準(zhǔn)確度，為判定架空線(xiàn)路對(duì)跨越物的距離是否合格提供準(zhǔn)確、可靠的依據(jù)。

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作者介紹：

李盛杰(1984)，工程師，從事輸電線(xiàn)路運(yùn)行、檢修管理工作7年。

The rise and decrease of temperature cause the thermal expansion and contraction of overhead line, which makes the sag and stress have a corresponding change. Using the equation of state to calculate the sag of the running transmission line and to determine the maximum sag during operation can make the calculation result be more accurate, and can calculate the sag of overhead line under different meteorological conditions, which is of important significance for the crossed crossing distance measurement.

sag inspection; maximum sag calculation; unsupported distance measurement

TM726.3

A

1003-6954(2015)03-0023-04

2015-01-20)