山區(qū)線路多分裂導線安全系數(shù)的選擇

林建營

(福建永福電力設計股份有限公司，福州350108)

山區(qū)線路多分裂導線安全系數(shù)的選擇

林建營

(福建永福電力設計股份有限公司，福州350108)

導線是輸電線路的主要元件之一，導線設計安全系數(shù)的選擇是線路設計中的關鍵環(huán)節(jié)。合理選取導線的安全系數(shù)，對確保輸電線路安全運行具有重要的意義。本文定性分析山區(qū)輸電線路工程多分裂導線安全系數(shù)的選擇過程。

導線安全系數(shù)；水平應力；懸掛點應力

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和本著“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”的建設理念，大容量、遠距離、跨區(qū)域等架空輸電線路尤其是超高壓、特高壓輸電線路選用的導線截面、導線分裂根數(shù)不斷增大變多，主要有4×400 mm2、4×630 mm2、4×720 mm2、4×800 mm2、6×1250 mm2、8×630 mm2、8×1250 mm2。且輸電線路路徑選擇服從地方經(jīng)濟建設及符合環(huán)境保護要求，路徑方案優(yōu)先避讓土地資源利用價值高的平丘地區(qū)，而是選擇從山地、高山經(jīng)過。受山區(qū)地形及氣象條件的影響，工程設計過程中除了要考慮導線的電氣性能也要考慮導線的機械性能，導線安全系數(shù)是導線機械性能的一個重要參數(shù)。導線安全系數(shù)即導線的瞬時破壞應力與弧垂最低點最大使用應力之比。選擇導線安全系數(shù)目的在于保證導線在各種不利因素影響下能夠安全運行，減少或避免因?qū)Ь€機械性能原因引起的電網(wǎng)事故。在工程設計過程中，山區(qū)架空輸電線路多分裂導線的安全系數(shù)主要從以下幾個方面考慮。

1 設計規(guī)范要求值

架空輸電線路設計規(guī)范規(guī)定：導線在弧垂最低點的設計安全系數(shù)不應小于2.5,懸掛點的設計安全系數(shù)不應小于2.25。該條文為強制性條文，必須嚴格執(zhí)行。導線在弧垂最低點的最大張力按下式計算[1]：

式中：Tmax為導線在弧垂最低點的最大張力，N；Tp為導線的拉斷力，N；Kc為導線的設計安全系數(shù)。

2 導線懸掛點應力驗算

現(xiàn)行設計規(guī)范規(guī)定：如懸掛點高差過大，應驗算懸掛點應力，懸掛點應力可較弧垂最低點應力高10%。檢查懸掛點應力可以使用懸掛點應力臨界曲線計算公式[2]：

(1)

式中：h為懸掛點間高差，m；σp為導線懸掛點允許應力，N/mm2；σm為導線最低點最大使用應力，N/mm2；l為檔距，m；γ為與σm相對應情況的導線比載，N/m·mm2。

將式(1)轉(zhuǎn)化為下式：

通過計算導線懸掛點允許應力(σp)求出導線懸掛點的設計安全系數(shù)。當安全系數(shù)小于2.25時，應優(yōu)先調(diào)整桿塔位置及高度解決，或是放松該耐張段的導線最低點最大使用應力，以提高導線安全系數(shù)，直至滿足規(guī)程要求。

3 考慮間隔棒因素驗算導線最低點應力

對于懸掛于鐵塔的輸電線路導線，當氣象條件變化時即氣溫或荷載改變時，導線應力及弧垂也隨著發(fā)生變化。常用的輸電線路電線的狀態(tài)方程如下式[2]：

式(2)可轉(zhuǎn)化為：

σ2·(σ+A)=B

對于分裂導線，為了限制子導線之間的相對運動及在正常情況下保持分裂導線的幾何形狀，分裂導線必須安裝間隔棒。分裂間隔棒作為一個集中荷載依附在分裂導線中，考慮分裂間隔棒是沿線布置，可以將沿線布置的分裂間隔棒重量視為均勻地分布在導線中。

目前分裂導線的現(xiàn)場架設工序是先按設計提供的圖紙緊線后再空中安裝間隔棒，此時考慮分裂間隔棒重量的導線比載(γ)將發(fā)生變化，而氣溫不變(t=tm)，通過式(2)計算出安裝了分裂間隔棒的電線最低點水平應力(σ)，即可得知安裝了分裂間隔棒的導線的安全系數(shù)。當安全系數(shù)小于2.5時，應放松該耐張段的導線最低點最大使用應力，以提高導線安全系數(shù)，直至滿足規(guī)程要求。

例如，某一山區(qū)500 kV線路工程，Vmax=30 m/s、C=10 mm，導線為4×LGJ-400/35，間隔棒平均安裝距離為56 m。導線設計安全系數(shù)K0=2.5，間隔棒安裝后考慮間隔棒影響時，導線安全系數(shù)K=2.467<2.5，因此嚴格意義上說，導線設計安全系數(shù)K0取值應提高，可取K0=2.55[3]。

4 考慮串重因素驗算導線懸掛點應力

耐張塔導線懸掛點除了受導線切向應力作用外，還受耐張串重力作用。對特高壓大截面多分裂導線，由于耐張絕緣子數(shù)量多、噸位高等，耐張串的重量高達105～2×105N，此時耐張串的重量將對懸掛點受力產(chǎn)生較大的影響。

不考慮耐張串重時耐張塔導線懸掛點受力分析如圖1所示(以B點為例)。

圖1 不考慮耐張串重時耐張塔導線懸掛點受力Fig.1 Suspension point stress of tension towerconductor without considering tension string weight

B點懸掛點應力切線方向綜合值(σB)計算式如下[2]：

式中：l為兩懸掛點間之間的水平距離即檔距，m；h為兩懸掛點間之間的垂直距離即高差(大號-小號)，m；σ0為電線最低點水平應力，N/mm2；γ為控制工況下的電線比載， N/m·mm2。

考慮耐張串重時耐張塔導線懸掛點受力(TG)分析如圖2所示，計算式如下:

式中：θB為耐張絕緣子串的傾斜角；GV為耐張絕緣子串的重力，N；g1為控制條件下導線單位長度自重力，N；T為計算條件下導線水平張力，N；TB為懸掛點張力切線方向綜合值，N。

圖2 考慮耐張串重時耐張塔導線懸掛點受力分析Fig.2 Suspension point stress analysis of tension towerconductor when considering tension string weight

例如，某一±800 kV直流線路工程，Vmax=30 m/s、C=20 mm，導線為6×JL1/G2A-1250/100，耐張串強度為4×550 kN，單聯(lián)絕緣子片數(shù)為67片，耐張轉(zhuǎn)角塔與鄰塔檔距l(xiāng)=632 m，高差h=162.7 m。不考慮耐張串重影響時，導線安全系數(shù)K=2.6，考慮串重影響時，導線安全系數(shù)K=2.75[4]。

5 耐張塔兩側(cè)張力差檢驗

耐張轉(zhuǎn)角塔在規(guī)劃設計時，兩側(cè)負荷用代表檔距一般按300 m/650 m來考慮，并結(jié)合水平檔距和垂直檔距組成“大水平荷載、大垂直荷載、大張力，小水平荷載、小垂直荷載、小張力”等組合[5]。在工程實際設計過程中，受地形或外部設施影響，部分耐張轉(zhuǎn)角塔兩側(cè)的代表檔距相差懸殊，某一種工況下的兩側(cè)應用張力差額超過原設計張力差額，鐵塔某一構(gòu)件滿應力度超過100%[6]。這種情況下電氣專業(yè)可以提高大張力側(cè)導線安全系數(shù)以控制最大風工況、覆冰工況、低溫工況、平均氣溫工況、斷線工況、安裝工況等工況下兩側(cè)張力差額滿足要求。

6 結(jié) 論

架空輸電線路導線安全系數(shù)取值除了要必須滿足設計規(guī)范要求值外，還應該考慮：

1) 對于山區(qū)線路，由于高差大檔距大，應檢查導線懸掛點應力是否超過允許值；

2) 多分裂導線，還應考慮安裝間隔棒等防振防舞裝置因素；

3) 多聯(lián)大噸位耐張絕緣子安全系數(shù)應考慮串重因素，控制單側(cè)垂直檔距或?qū)Ь€安全系數(shù)；

4) 導線安全系數(shù)放松時考慮耐張轉(zhuǎn)角塔兩側(cè)張力平衡校驗。

[1] 中國電力企業(yè)聯(lián)合會. 110 kV-750 kV架空輸電線路設計規(guī)范[M]. 北京：中國計劃出版社, 2010.

China Electricity Council. Code for design of 110 kV-750 kV overhead transmission line[M]. Beijing: China Planning Press, 2010.

[2] 張殿生. 電力工程高壓送電線路設計手冊[M]. 北京：中國電力出版社, 2003.

ZHANG Diansheng. Design handbook for power engineering high voltage transmission line[M]. Beijing: China Electrical Power Press, 2003.

[3] 龍巖-漳州500 kV線路工程導線安全系數(shù)驗算計算書(考慮間隔棒影響)[R]. 福州: 福建永福工程顧問有限公司, 2010.

Statement of engineering wire safety factor selection for Longyan-Zhangzhou 500 kV transmission line (considering the influence of spacer)[R]. Fuzhou: Fuzhou: Fujian Yongfu Engineering Consultants Co., Ltd., 2010.

[4] 靈州-紹興±800 kV特高壓直流輸電線路工程導線安全系數(shù)選擇計算書(考慮耐張串重影響)[R]. 福州: 福建永福工程顧問有限公司, 2013.

Statement of engineering wire safety factor selection for Linzhou-Shaoxing ±800 kV UHVDC transmission line (considering the influence of weight of strain insulator-string)[R]. Fuzhou: Fujian Yongfu Engineering Consultants Co., Ltd., 2013.

[5] 靈州-紹興±800 kV特高壓直流輸電線路工程桿塔計算原則[R]. 合肥: 安徽省電力設計院, 2013.

Calculation principle of engineering tower for Linzhou-Shaoxing ±800 kV UHVDC transmission line[R]. Hefei: Anhui Electric Power Design Institute, 2013.

[6] 何鵬飛. 靈州-紹興±800 kV特高壓直流輸電線路架線施工方案的論證[J]. 建筑工程技術與設計, 2015(28)：1760.

HE Pengfei. Demonstration of construction schemes of Xingzhou-Shaoxing±800 kV UHVDC transmission line[J].Architectural Engineering Technology and Design,2015(28):1760.

Selection of multi-bundled conductor safety coefficient for lines in mountainous areas

LIN Jianying

(Fujian Yongfu Power Engineering Co., Ltd., Fuzhou 350108, China)

Conductor is one of the main components for the transmission lines and the choice of the conductor designed safety coefficient is the key link in the line design. Reasonable selection of the safety coefficient is of great significance to ensure the safe operation of transmission lines. In this paper, the selection process of the multi-bundled conductor safety coefficient in transmission line project of mountainous areas is qualitatively analyzed.

conductor safety coefficient; horizontal stress; suspension point stress

2017-05-10；

2017-08-13。

林建營(1977—)，男，高級工程師，主要從事輸配電線路設計工作。

TM751

A

2095-6843(2017)06-0540-03

(編輯陳銀娥)