平丘地區(qū)特高壓直流線路冰區(qū)直線塔不平衡張力計(jì)算

張海平，慕德凱，周衛(wèi)波，耿舒飛，吳 昊

（1.四川電力設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 610041；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司日照供電公司，山東 日照 276826；3.山東送變電工程有限公司，山東 濟(jì)南 250118；4.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司濱州市濱城區(qū)供電公司，山東 濱州 256600）

0 引言

±800 kV上海廟—山東特高壓直流輸電線路（以下簡(jiǎn)稱“上山線”）起于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市上海廟換流站，止于山東省臨沂市沂南縣智圣換流站。線路途經(jīng)內(nèi)蒙古、陜西、山西、河北、河南、山東6?。ㄗ灾螀^(qū)），初步設(shè)計(jì)推薦路徑全長(zhǎng)約1 112.132 km（1%裕度，含黃河大跨越2.832 km），線路航空距離965 km，線路曲折系數(shù)1.14。其中山東境內(nèi)約有77.8 km線路劃分為15mm冰區(qū)，約52 km的15mm冰區(qū)線路所經(jīng)地區(qū)屬于平丘地形。

按照DL/T 5440—2009《重覆冰架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》［1］（以下簡(jiǎn)稱 “重冰規(guī)程”），15mm 中冰區(qū)線路直線塔導(dǎo)線和地線的不平衡張力取值分別不應(yīng)小于15%和25%的最大使用張力。若按上述原則進(jìn)行荷載應(yīng)力計(jì)算，直線塔部分塔材將受不平衡張力控制。平丘地區(qū)線路連續(xù)檔距一般分布較均勻，若按規(guī)程規(guī)定的實(shí)際覆冰率進(jìn)行導(dǎo)地線不平衡張力計(jì)算，其結(jié)果可能達(dá)不到15%和25%的最大使用張力。因此，以“上山線”實(shí)際定位結(jié)果為基礎(chǔ)，對(duì)典型平丘地形特高壓直流線路15mm冰區(qū)直線塔不平衡張力進(jìn)行計(jì)算分析，討論降低線路導(dǎo)地線不平衡張力取值的可能性，進(jìn)而達(dá)到降低線路工程造價(jià)的目標(biāo)。

1 導(dǎo)線應(yīng)力和懸垂絕緣子串偏移計(jì)算

耐張段架線時(shí)，各檔導(dǎo)地線水平應(yīng)力相等，直線塔的懸垂絕緣子串垂直。當(dāng)外界氣象條件變化時(shí)（非架線工況），由于檔距及高差不等或者外力 （冰、風(fēng)等）荷載在各檔的不均勻分布，造成耐張段內(nèi)各檔應(yīng)力有差別，進(jìn)而使導(dǎo)線上出現(xiàn)縱向不平衡張力，致使懸垂絕緣子串出現(xiàn)偏移或?qū)У鼐€在線夾內(nèi)滑動(dòng)現(xiàn)象［2］。重覆冰區(qū)線路不均勻覆脫冰是引起不平衡張力的主要原因。不均勻冰導(dǎo)地線應(yīng)力和懸垂絕緣子串偏移值可通過(guò)公式進(jìn)行精確迭代計(jì)算［3］：

式中：li為檔距，m；βi為高差角，（°）；α 為膨脹系數(shù)，1/℃；E 為彈性系數(shù)；tm為架線時(shí)氣溫，℃；σm為架線時(shí)應(yīng)力，N/mm2；Δtm為考慮初伸長(zhǎng)降溫等效溫度，℃；γm為架線時(shí)比載，N/cm·mm2；t為不 均勻冰時(shí)氣溫，℃；σi為不均勻冰時(shí)應(yīng)力，N/mm2；γi為不均勻冰時(shí)比載，N/（cm·mm2）；Δli為不均勻冰時(shí)檔距增量，m；A 為導(dǎo)地線截面積，mm2；h1為高差，m；λi為懸垂絕緣子串長(zhǎng)，m；Gi為荷載，N。

2 直線塔不平衡張力計(jì)算模型

外部邊界條件： 導(dǎo)線為 8×JL1/G2A-1250/100，地線一根為JLB20A-150，另一根采用OPGW-150，二者機(jī)械性能差異不大，因此僅對(duì)JLB20A-150地線進(jìn)行計(jì)算。極導(dǎo)線采用“V”串型式，V串垂直方向串長(zhǎng) 10.5 m，串重為 1350 kg，地線串串長(zhǎng) 0.5 m，串重18 kg。導(dǎo)線覆冰厚度15mm，不加冰地線冰厚15 mm，驗(yàn)算冰厚20mm。

結(jié)合“上山線”定位結(jié)果，選擇3種不同連續(xù)檔數(shù)典型平丘地形模型進(jìn)行直線塔不平衡張力計(jì)算。

模型一。連續(xù)3檔模型，檔距分別為454m，449m和550m，導(dǎo)線掛點(diǎn)高差（大號(hào)塔-小號(hào)塔，下同）分別為-7.4m，-26.5m和5.6m，其斷面如圖 1所示。

圖1 連續(xù)3檔模型斷面示意

模型二。連續(xù)6檔模型，檔距分別為445m，525 m，421 m，494 m，369 m 和 460 m，導(dǎo)線掛點(diǎn)高差分別為-18.8m，-5.1m，-10m，7.7m，-13.9m 和-23.2m，其斷面如圖2所示。

圖2 連續(xù)6檔模型斷面示意

模型三。連續(xù)9檔模型，檔距分別為538m，330m，408m，330m，396m，540m，414m，487m 和 328m，導(dǎo)線掛點(diǎn)高差分別為 16.3m，-6.3m，8.7m，1.9m，-5.7m，-6.6m，4.9m，11.8m，和 5.7m，其斷面如圖 3所示。

圖3 連續(xù)9檔模型斷面示意

3 直線塔不平衡張力計(jì)算分析

模型一。根據(jù)“重冰規(guī)程”，直線塔導(dǎo)地線不平衡張力計(jì)算覆冰率一側(cè)取100%，另一側(cè)取20%。模型一各檔不平衡張力計(jì)算結(jié)果如表1所示。

模型二。根據(jù)上述直線塔導(dǎo)地線不平衡張力計(jì)算原則，模型二各檔不平衡張力計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表1 模型一各檔不平衡張力計(jì)算值

表2 模型二各檔不平衡張力計(jì)算值

模型三。根據(jù)上述直線塔導(dǎo)地線不平衡張力計(jì)算原則，模型三各檔不平衡張力計(jì)算結(jié)果如表3所示。

由表1～3可以看出，導(dǎo)線不平衡張力最大計(jì)算值僅為最大使用張力的2.9%，遠(yuǎn)小于重冰規(guī)程要求的15%，也小于GB 50790—2013《±800 kV直流架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱直流規(guī)程）輕冰區(qū)要求的10%［4］；地線不加冰不平衡張力最大計(jì)算值僅為最大使用張力的23.7%，小于“重冰規(guī)程”要求的25%，但大于“直流規(guī)程”輕冰區(qū)要求的 20%［5］；同時(shí)若地線出現(xiàn)冰過(guò)載情況，其不平衡張力可以達(dá)到最大使用張力的38.9%，超過(guò)了“重冰規(guī)程”要求的25%。

綜上所述，平丘地區(qū)特高壓直流線路15mm冰區(qū)直線塔導(dǎo)線絕緣子串較長(zhǎng)，在不均勻冰工況下連續(xù)檔內(nèi)調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)，可適當(dāng)減小不平衡張力取值，使之不成為鐵塔應(yīng)力計(jì)算的控制條件；地線由于其串長(zhǎng)較短，在不均勻冰工況下連續(xù)檔內(nèi)調(diào)節(jié)能力較弱，加之存在冰過(guò)載極端情況，因此不建議降低其不平衡張力取值。

表3 模型三各檔不平衡張力計(jì)算值

4 結(jié)語(yǔ)

平丘地形15mm冰區(qū)直線塔導(dǎo)線不平衡張力最大計(jì)算值遠(yuǎn)小于重冰規(guī)程要求的15%。

平丘地形15mm冰區(qū)直線塔地線不加冰不平衡張力最大計(jì)算值小于重冰規(guī)程要求的25%，但部分塔大于直流規(guī)程輕冰區(qū)要求的20%，對(duì)此可通過(guò)采用加長(zhǎng)地線串的方式來(lái)降低不平衡張力值。

平丘地區(qū)特高壓直流線路15mm冰區(qū)直線塔導(dǎo)線可適當(dāng)減小不平衡張力取值。地線由于可能出現(xiàn)冰過(guò)載的極端情況，因此不建議降低其不平衡張力取值。