110～1 000 kV 輸電線路地線耐張串設(shè)計

王茂成 ，趙 勇 ，張學凱 ，鄭 斌 ，朱小強

（1.國網(wǎng)山東省電力公司煙臺供電公司，山東 煙臺 264001；2.國網(wǎng)山東省電力公司，山東 濟南 250001；3.江蘇天南電力股份有限公司，江蘇 南通 226522）

0 引言

目前，110～1 000 kV地線耐張串的聯(lián)塔型式主要分為單聯(lián)單掛和雙聯(lián)單掛兩種。2016年9月22日，國家電網(wǎng)運檢［2016］777號文《國家電網(wǎng)公司關(guān)于印發(fā)架空輸電線路“三跨”運維管理補充規(guī)定的通知》的主要內(nèi)容是加強國家電網(wǎng)公司架空輸電線路跨越高速鐵路、高速公路和重要輸電通道的技術(shù)規(guī)定，提高線路運維安全可靠性，其中第十六條規(guī)定：“三跨”地線應采用雙掛點。2018年11月9日國家電網(wǎng)設(shè)備[2018]979號文《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施修訂版》第6.8.1.8條規(guī)定：“三跨”地線懸垂應采用獨立雙串設(shè)計，耐張串連接金具應提高一個強度等級。

文獻［1-4］對地線耐張串的標準化設(shè)計和設(shè)計注意事項作出了規(guī)定，但仍停留在單聯(lián)單掛和雙聯(lián)單掛兩種方式，顯然不滿足“三跨”技術(shù)規(guī)定；文獻［5］為雙耐張單聯(lián)單固定方案，不足夠安全；文獻［6］提出了雙聯(lián)雙掛設(shè)計方案，但未涉及LV聯(lián)板在不同線路轉(zhuǎn)角下的受力分析。在線路轉(zhuǎn)角較大情況下，LV聯(lián)板的次掛孔受力將超出其額定機械載荷，聯(lián)塔金具串中常規(guī)調(diào)整板的有限、固定的調(diào)節(jié)長度不能與不同線路轉(zhuǎn)角所產(chǎn)生的兩聯(lián)聯(lián)塔金具串所需長度差值一一對應，這將造成分岔的兩根外絞絲受力不均，或進一步發(fā)生縱向滑移、脫絲最終發(fā)生與地線拉脫現(xiàn)象，因此，不適用于兩聯(lián)聯(lián)塔金具串水平布置。文獻［7］為地線懸垂串兩側(cè)均增設(shè)預絞絲備份串，但備份串與地線的分岔處，無內(nèi)層預絞絲保護，在地線覆冰舞動或颶風情況下將磨損地線外層單絲。設(shè)計更安全可靠的地線耐張串，已成當務(wù)之急。

分析水平排列的“雙聯(lián)雙掛”地線耐張串在0°、60°和90°線路轉(zhuǎn)角情況下的受力情況，提出了LV型聯(lián)板中3個掛孔不同于以往的標稱破壞載荷設(shè)計標準，并提出了聯(lián)塔金具串的標稱破壞載荷設(shè)計標準；分析了地線耐張串雙聯(lián)垂直排列和水平排列的3掛點設(shè)計特點，提出了設(shè)計、安裝環(huán)節(jié)的注意事項，確保地線耐張串全壽命周期設(shè)計目標。

1 水平排列地線耐張串“雙聯(lián)雙掛”在不同線路轉(zhuǎn)角情況下的受力分析

“雙聯(lián)雙掛”地線（OPGW）耐張串一般由兩聯(lián)聯(lián)塔金具串、LV型聯(lián)板、U型掛環(huán)（或ZBD掛板）和耐張線夾等組成，聯(lián)塔金具串依次由U型掛環(huán)、延長環(huán)和U型掛環(huán)構(gòu)成。

1.1 線路轉(zhuǎn)角為0°

LV型聯(lián)板上的掛孔①完全承擔地線最大使用張力F，掛孔②和掛孔③各自承擔地線最大使用張力F的1／2，如圖1所示。假定地線采用JLB20A-100型鋁包鋼絞線，其計算拉斷力為121.66 kN，拉斷力FP為計算拉斷力的95%，地線安全系數(shù)取KC=4.0，則最大使用張力 F=FP／KC=121.66×95%／4.0=28.894 （kN）。

通用金具LV-1020型聯(lián)板的標稱破壞載荷為FR=100 kN，3個掛孔的設(shè)計原則是：掛孔①的標稱破壞載荷F8=FR=100 kN，掛孔②和掛孔③均按承擔標稱破壞載荷 FR的 1／2 設(shè)計，即 F9=F10=FR／2=50 （kN）；LV-1020 型聯(lián)板的安全系數(shù)為：K1=FR／F=100／28.894≈3.46，滿足設(shè)計規(guī)范關(guān)于金具在最大使用荷載情況下的安全系數(shù)最小值為2.5的要求。

1.2 線路轉(zhuǎn)角為60°

LV型聯(lián)板上的掛孔①、掛孔②和地線在同一軸線上，完全張緊，各自承擔地線張力F，即F8=F9=28.894；掛孔③處于不緊不松狀態(tài)，不承擔地線張力F，即F10=0，如圖2所示。在這種情況下，掛孔②如果仍按標稱破壞載荷FR的1／2設(shè)計，即F9=FR／2=50 kN， 金具安全系數(shù) K1=F9／F=50／28.894≈1.73，不滿足設(shè)計規(guī)范安全系數(shù)最小值為2.5的技術(shù)要求。

圖1 線路轉(zhuǎn)角為0°時鐵塔地線耐張串

1.3 線路轉(zhuǎn)角為90°

LV型聯(lián)板上的掛孔①、掛孔②和地線在同一軸線上，各自承擔地線張力F，即F8=F9=28.894 kN；與掛孔③相連的聯(lián)塔金具串處于松弛狀態(tài)，不承擔地線張力F，即F10=0，如圖3所示。在這種情況下，掛孔②如果仍按標稱破壞載荷FR的1／2設(shè)計，即F9=FR／2=50 （kN），金具安全系數(shù) K1=F9／F=50／28.894≈1.73，不滿足設(shè)計規(guī)范安全系數(shù)最小值為2.5的技術(shù)要求。

通過線路轉(zhuǎn)角為60°和90°情況下LV型聯(lián)板的受力分析，并考慮安裝方便，掛孔②和掛孔③均應按標稱破壞載荷FR設(shè)計，掛孔②和掛孔③應如同掛孔①一樣，滿焊短套管，金具型號LV-1020型應重新命名。

當線路轉(zhuǎn)角為60°～90°時，兩聯(lián)聯(lián)塔金具串中的一聯(lián)完全承受地線張力F，那么，兩聯(lián)聯(lián)塔金具串中U型掛環(huán)和延長環(huán)應與LV型聯(lián)板的標稱破壞載荷相同，且聯(lián)塔U型掛環(huán)還應提高一個強度等級，且地線掛線板的強度應按單掛點考慮。比如，適于JLB20A-100型地線的BN2Y-BG-10金具串模塊中，與NY-100BG-20型耐張線夾匹配的U型掛環(huán)為UK-1085型，則LV-1020型聯(lián)板中3個掛孔均應按相同的標稱破壞載荷設(shè)計，可標記為LV-1020-B型；每個聯(lián)塔金具串應依次由U-1290型掛環(huán)（聯(lián)塔金具）、PH-10100型延長環(huán)和U-1085型掛環(huán)組成，而非由U-1085型掛環(huán) （聯(lián)塔金具）、PH-0780型延長環(huán)和U-0770型掛環(huán)組成。

圖2 線路轉(zhuǎn)角為60°時鐵塔地線耐張串

圖3 線路轉(zhuǎn)角為90°時鐵塔地線耐張串

2 地線耐張串的三掛點設(shè)計

2.1 雙聯(lián)垂直排列

為解決LV型聯(lián)板和兩聯(lián)聯(lián)塔金具串受線路轉(zhuǎn)角的影響，嘗試將兩聯(lián)聯(lián)塔金具串垂直布置，兩聯(lián)聯(lián)塔金具串隨著線路轉(zhuǎn)角的增大而始終張緊，均分地線張力，如圖4所示。該方案的優(yōu)點為：LV型聯(lián)板不須像雙聯(lián)水平排列時3個掛孔在標稱破壞載荷方面等同設(shè)計，兩聯(lián)聯(lián)塔金具串中的一聯(lián)可按單聯(lián)單掛點標稱破壞載荷的一半設(shè)計。比如，適于JLB20A-100型地線的BN2Y-BG-10金具串模塊中，每個聯(lián)塔金具串由U-1085型掛環(huán) （聯(lián)塔金具）、PH-0780型延長環(huán)和U-0770型掛環(huán)組成。

2.2 雙聯(lián)水平排列

聯(lián)塔金具在長期運行過程中存在掉銷子情況，可能發(fā)生掉串現(xiàn)象。為了杜絕發(fā)生掉線事故，文獻［6］在地線耐張串的地線側(cè)增設(shè)了預絞絲備份串，但備份串與地線的分岔處在地線覆冰舞動或颶風情況下可能發(fā)生外層單絲磨損現(xiàn)象，應在備份串與地線之間設(shè)內(nèi)層預絞絲。如果兩聯(lián)聯(lián)塔金具串水平排列，松弛狀態(tài)的一聯(lián)聯(lián)塔金具串將與地線耐張串的金具發(fā)生摩擦、碰撞，因此備份串應設(shè)在地線耐張串的轉(zhuǎn)角外側(cè)，如圖5所示。而兩聯(lián)聯(lián)塔金具串垂直排列則不存在這個問題。備份串安裝后，不應改變地線耐張串的自由度，因此宜按松弛設(shè)計。

圖4 雙聯(lián)垂直排列

圖5 雙聯(lián)水平排列

以往，鐵塔地線橫擔的地線掛線板均為水平布置，兩聯(lián)聯(lián)塔金具串只能水平排列。為此，需要設(shè)計一種垂直排列的地線掛線機構(gòu)。由圖4可知，槽鋼和加勁板焊接，然后與地線掛線板通過若干副螺栓連接；槽鋼外側(cè)、上下預留3個掛孔，中間位置為地線耐張串掛孔，兩邊側(cè)位置分別為備份串掛孔和施工掛孔。

3 現(xiàn)場應用

2019年5月和10月，地線耐張串按雙聯(lián)水平雙掛點兼?zhèn)浞荽脑O(shè)計方案已分別應用于220 kV陽古雙回線路和220 kV古西單回“三跨”遷改工程，線路實際轉(zhuǎn)角為0°，首次實現(xiàn)地線耐張雙保險?，F(xiàn)場情況如圖6所示；順利通過竣工驗收，經(jīng)過了2020年1月份的線路覆冰舞動季節(jié)，至今運行良好；地線耐張串雙聯(lián)垂直排列方式有待在后續(xù)的其他“三跨”遷改工程中應用。

圖6 雙聯(lián)水平雙掛點兼?zhèn)浞荽?/p>

4 結(jié)語

地線耐張串按雙聯(lián)水平雙固定設(shè)計時，考慮到線路轉(zhuǎn)角的影響，LV型聯(lián)板的三個掛孔和兩聯(lián)聯(lián)塔金具串中的一聯(lián)均應按單聯(lián)單掛點的標稱破壞載荷設(shè)計；若兩聯(lián)聯(lián)塔金具串垂直布置，LV型聯(lián)板和兩聯(lián)聯(lián)塔金具串中的一聯(lián)可按常規(guī)設(shè)計；若安裝備份串，則備份串與地線之間應設(shè)內(nèi)層預絞絲，避免磨損地線。