重覆冰地區(qū)輸電線路不平衡張力研究及應(yīng)對措施

魯修學(xué)，朱本玉，張建平

（中國電建集團江西省電力設(shè)計院有限公司，江西南昌330096）

0 引言

輸電線路桿塔可以分為直線塔和耐張塔，耐張塔與導(dǎo)線采用剛性連接，不平衡張力計算簡單，斷線時可以認(rèn)為一側(cè)1 相導(dǎo)線全斷，另一側(cè)所承受的張力即為不平衡張力，文中重點分析了直線塔的不平衡張力及應(yīng)對措施。文獻(xiàn)[1]給出了不平衡張力計算的懸鏈線公式，文獻(xiàn)[2]規(guī)定了不同電壓等級和冰區(qū)的不平衡張力的計算的邊界條件，文獻(xiàn)[3]采用該懸鏈線公式進(jìn)行了編程計算，計算結(jié)果與文獻(xiàn)[2]基本吻合，驗證了該計算方法的準(zhǔn)確性。文獻(xiàn)[4]分析了不平衡張力的影響因素，主要是進(jìn)行了理論推導(dǎo)，未進(jìn)行定量計算和總結(jié)。

工程設(shè)計時，往往需要合理規(guī)劃桿塔的不平衡張力或者桿塔不平衡張力確定后，設(shè)計應(yīng)合理規(guī)避產(chǎn)出較大不平衡張力的情況，需要設(shè)計人員對不平衡張力的影響因素有定量的認(rèn)識。文中通過幾種典型的輸電線路斷面模型，采用上述懸鏈線公式對直線塔的不平衡張力進(jìn)行了分析計算，并與文獻(xiàn)[2]進(jìn)行對比分析，定量分析總結(jié)縱向不平衡張力的主要影響因素，并提出了一定的應(yīng)對措施，對輸電線路設(shè)計、選線及定位具有較好的指導(dǎo)意義。

1 計算模型確定

輸電線路設(shè)計中斷面型式多樣，歸納起來主要有耐張段長、檔距、懸垂串長、高差、檔距差等參數(shù)。文中計算耐張段內(nèi)按7 檔（6 基直線塔）考慮，如圖1 所示。

主要選取以下3種計算模型：

1）7檔連續(xù)等檔距等高，選取不同檔斷線和懸垂串長，按80%脫冰計算斷線張力和不平衡張力；

2）7 檔連續(xù)等高，檔距自 200 m 起，以 100 m 遞增，選取不同檔斷線，按80%脫冰計算斷線張力和不平衡張力，且考慮7 檔中連續(xù)兩檔存在檔距差，且按同檔距差遞增，選取小檔距側(cè)80%脫冰計算不平衡張力；

3）7 檔檔距相等，高差與檔距之比自10%起，以5%遞增，選取不同檔斷線，按80%脫冰計算斷線張力和不平衡張力。

圖1 七檔耐張段簡化模型

2 不平衡張力計算

計算覆冰20 mm，計算導(dǎo)線JL/G1A-630/55，導(dǎo)線4 分裂，懸垂串重G=3.5 kN，串長 λ=5.6 m 或 6.0 m。不均勻覆冰率20%。斷線工況取-5°，無風(fēng)，覆冰率70%。不均勻覆冰取-5°，同時風(fēng)速10 m/s，一側(cè)覆冰率20%，另一側(cè)100%覆冰。

2.1 斷線張力計算

采用懸鏈線計算公式，通過VB 編程實現(xiàn)迭代計算，模型1 等檔等高，檔距均取300 m，依次逐檔（第1檔開始）斷線情況下計算斷線檔兩側(cè)直線塔的斷線張力，計算采用懸垂串長分別為5.6 m 和6 m，計算結(jié)果詳見表1。

通過表1 可以看出，等檔等高的情況下，直線塔的斷線張力與該塔所處耐張段的位置有關(guān)，當(dāng)某檔斷線時，斷線檔距離兩側(cè)耐張塔檔數(shù)越多，斷線處直線塔斷線張力越大。可以認(rèn)為，直線塔每增加1 基，斷線張力按2%-3%增加。另外，斷線張力值與懸垂串長也具有密切關(guān)系，根據(jù)表1 所示，懸垂串長每增加0.1 m，斷線張力減小約0.2%~0.3%。

模型2 假定7 檔連續(xù)等高，檔距自200 m 開始以100 m 遞增時，依次逐檔（第1 檔開始）斷線情況下直線塔最大斷線張力計算見表2。計算斷線張力與檔距的關(guān)系如圖2所示。

模型3假定7檔連續(xù)檔距均為400 m，高差第1檔40 m開始以20 m的高差遞增，依次逐檔（第1檔開始）斷線情況下計算直線塔最大斷線張力見表3。

表1 模型1斷線張力百分比

表2 模型2 斷線張力百分比

表3 模型3 斷線張力百分比

圖2 模型2 斷線張力百分比計算結(jié)果

2.2 不均勻張力計算

7 檔等高，平均檔距300 m 時，考慮其中3 號塔兩檔有檔距差，檔距差分別取1：1.5、1：2、1：2.5、1：3、1：3.5時，按如下兩種情況計算該塔不均勻覆冰張力：1）3號塔小號側(cè)覆冰按20%覆冰，3號塔大號側(cè)覆冰按100%覆冰；2）3號塔小號側(cè)100%覆冰，大號側(cè)按20%覆冰。計算3號塔兩側(cè)不均勻覆冰張力差見表4。

表4 不同檔距差不均勻覆冰張力百分比

通過表4 可以看出，當(dāng)直線塔兩側(cè)檔距不一致時，直線塔兩側(cè)將出現(xiàn)不均勻覆冰張力，且不均勻覆冰張力隨著檔距差增大而增大。文獻(xiàn)[2]規(guī)定，直線塔不平衡張力取值25%，從表4 可以看出，當(dāng)檔距差比超過一定值，不均勻張力差將超過規(guī)程限值，需根據(jù)實際情況計算。

7 檔等檔距，直線塔一側(cè)高差為0，另一側(cè)自10%起，以5%的高差遞增情況下，小號側(cè)檔按20%覆冰，大號側(cè)檔按100%覆冰率考慮，不均勻覆冰張力差計算見表5。計算不均勻張力值與檔間高差關(guān)系如圖3所示。

表5 不同高差比不均勻覆冰張力百分比

圖3 不同高差比不平衡張力百分比計算結(jié)果

可以看出，直線塔兩側(cè)高差不一致時同樣會造成一定的不均勻覆冰張力差，但相比檔距差的影響，高差對于不平衡張力的影響較小，可不作為不平衡張力的主要控制因數(shù)。

3 不平衡張力分析及其應(yīng)對措施

3.1 斷線張力分析

根據(jù)上述分析，斷線張力影響因素主要有：耐張段內(nèi)直線塔數(shù)量、懸垂串長、檔距、串長和高差5 個方面因素。斷線發(fā)生處桿塔與最近耐張塔間直線塔數(shù)量越多，斷線張力越大，實際工程中，緊靠耐張塔的直線塔斷線張力較大，需根據(jù)規(guī)程進(jìn)行校驗。檔距對斷線張力的影響最為顯著，根據(jù)文中分析情況，當(dāng)檔距超過500 m 時，斷線張力計算值容易超過規(guī)程值，需根據(jù)實際情況進(jìn)行校驗。增加串長可有利于減小斷線張力，但對于導(dǎo)線，將增大鐵塔塔頭間隙，造成大量的投資增加，因此導(dǎo)線懸垂串長可在塔頭間隙允許的前提下適當(dāng)增加，地線串長增加對于減小斷線張力作用顯著，也不會增加桿塔投資，可作為減小地線斷線張力的一大措施。高差對于斷線張力的影響較小，除精確計算外，可忽略其對斷線張力的影響。

不均勻覆冰張力影響因素主要有：直線塔兩側(cè)檔距差、高差及串長。檔距差對于不均勻覆冰張力影響最為顯著，當(dāng)檔距差超過1：3 時，不均勻覆冰張力差接近或突破規(guī)程允許值。高差對于不均勻覆冰張力的影響同樣較大，但一般情況下不會造成不均勻覆冰張力差突破規(guī)程值，可以認(rèn)為，在檔距差小于1：2 的情況下，高差將不會起主導(dǎo)作用，當(dāng)檔距差超過1：2時，應(yīng)充分考慮高差對不均勻覆冰的影響。串長對于不均勻張力的影響同斷線張力，地線可通過調(diào)整串長減小不均勻張力，導(dǎo)線串長應(yīng)在不調(diào)整塔頭間隙的情況適當(dāng)增加。

3.2 主要應(yīng)對措施

工程設(shè)計過程中，桿塔往往需提前規(guī)劃，選線定位之前往往桿塔設(shè)計條件已明確。為減小后續(xù)斷線張力超出設(shè)計值而造成重復(fù)性的桿塔驗算，往往需要在設(shè)計選線、定位過程中進(jìn)行充分考慮。

1）設(shè)計選線過程中應(yīng)合理避讓重冰區(qū)地區(qū)，不增加工程投資的情況下應(yīng)盡量避讓重冰區(qū)地區(qū)。

2）重冰區(qū)段線路應(yīng)充分利用最新的航拍技術(shù)和三維設(shè)計技術(shù)，指導(dǎo)后續(xù)定位定線。

3）重冰區(qū)段線路定位、定線時應(yīng)控制耐張段長和檔距，建議耐張段內(nèi)直線塔數(shù)量不超過3 基，檔距不宜超過500 m。

4）控制直線塔兩側(cè)檔距差，盡量控制在1：2 之內(nèi)，如確實無法避免，且檔距差超過規(guī)定時需采取一定的措施，如采用耐張塔開斷等。

4 結(jié)語

文中主要計算了幾種典型斷面情況的不平衡張力，定量分析并總結(jié)了不平衡張力的影響因素，并提出了一定的應(yīng)對措施。文中主要以20 mm 重冰區(qū)為例進(jìn)行了分析和總結(jié)，對中、輕冰區(qū)線路也有一定的參考意義。