10 kV帶電導(dǎo)線緊線安全性研究

廖志華，蔡俊宇，蔡曉軍，陳宇宏，潘小山，李 迎

(國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司廈門供電公司，福建 廈門 361000)

0 引言

近年來，隨著配網(wǎng)帶電作業(yè)技術(shù)研究的不斷深入，配網(wǎng)帶電作業(yè)得到大力發(fā)展及推廣應(yīng)用。在配網(wǎng)帶電作業(yè)項(xiàng)目中，經(jīng)常涉及架空線路的緊線施工作業(yè)，例如帶負(fù)荷直線桿改耐張桿、帶電更換耐張絕緣子等作業(yè)項(xiàng)目，均需對(duì)架空導(dǎo)線進(jìn)行預(yù)先收緊作業(yè)。

在架空導(dǎo)線收緊施工過程中，線路的參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致線路的應(yīng)力和弧垂發(fā)生變化。過大的拉伸力，會(huì)使導(dǎo)線產(chǎn)生過牽引，從而導(dǎo)致倒桿、帶電導(dǎo)線斷線落地的事故發(fā)生，特別是導(dǎo)線帶電的情況，帶電導(dǎo)線緊線過程除了要考慮應(yīng)力變化外，還需考慮導(dǎo)線線間距離的變化等多方面因素對(duì)作業(yè)安全的影響，因此，研究帶電導(dǎo)線的緊線過程應(yīng)力變化，對(duì)提升帶電緊線作業(yè)安全具有重要的意義[1]。

1 帶電緊線過程導(dǎo)線位移分析

架空配電線路的架設(shè)通常采用耐張桿和直線桿組合架設(shè)的方式，即一個(gè)耐張段內(nèi)包含多根直線桿。架空線路施工過程中，檔距內(nèi)導(dǎo)線位移的方式可以分為高差位移(整體拔高)、縱向位移(沿線路方向)、橫向位移(垂直線路方向)、多向位移(同時(shí)向兩個(gè)以上方向進(jìn)行)。對(duì)于單個(gè)檔距，縱向位移和多向位移檔距內(nèi)弧垂變化較大，對(duì)線路參數(shù)影響較大，而高差位移和橫向位移檔距內(nèi)弧垂變化較小，對(duì)線路參數(shù)的影響也較小。在帶電緊線施工過程中，通常只在一個(gè)檔距或多個(gè)檔距內(nèi)進(jìn)行，導(dǎo)線的收緊過程，通常只發(fā)生縱向位移，因此研究帶電緊線過程位移變化，只需研究架空線路縱向位移情況下的參數(shù)變化[2]。

2 帶電緊線過程導(dǎo)線受力計(jì)算模型

2.1 帶電緊線過程安全性分析

配網(wǎng)架空線路通常采用等高和不等高兩種架設(shè)方式，無論采用哪種架設(shè)方式，架空導(dǎo)線都存在一定的張力，帶電緊線過程，使得原來有張力的導(dǎo)線被進(jìn)一步收緊，勢(shì)必在導(dǎo)線上產(chǎn)生過牽引力，收緊的長(zhǎng)度即為過牽引長(zhǎng)度。為保證帶電導(dǎo)線收緊的作業(yè)過程安全，即考慮在作業(yè)過程中不出現(xiàn)斷線風(fēng)險(xiǎn)作為判斷依據(jù)[4-8]，必須滿足以下兩個(gè)條件：

(1) 帶電緊線過程中不出現(xiàn)斷線風(fēng)險(xiǎn)，即控制導(dǎo)線的過牽引力不超過導(dǎo)線的許用應(yīng)力[σ]。

(2) 緊線后，在中檔開斷導(dǎo)線后加裝的“連接器”所受的拉力，不會(huì)超過“連接器”的拉斷力T。

2.2 導(dǎo)線的強(qiáng)度系數(shù)計(jì)算

根據(jù)緊線后的線長(zhǎng)l'求緊線后導(dǎo)線的應(yīng)力σ'與強(qiáng)度系數(shù)K。

導(dǎo)線的應(yīng)力σ求解可按下式測(cè)算：

式中，L——施工段導(dǎo)線檔距(孤立檔為孤立檔檔距，連續(xù)檔為代表檔距)，g——導(dǎo)線的綜合比載，f——導(dǎo)線弧垂。

如果已知檔距和弧垂，可進(jìn)一步推算檔距內(nèi)導(dǎo)線的線長(zhǎng)，計(jì)算如下：

反過來知道線長(zhǎng)和檔距，可以計(jì)算出弧垂：

因此，帶電收緊導(dǎo)線施工作業(yè)后的線長(zhǎng)l'，就等于施工前線長(zhǎng)減去收緊的長(zhǎng)度，即：

根據(jù)帶電緊線過程，l即為緊線器的收緊長(zhǎng)度，根據(jù)緊線長(zhǎng)度計(jì)算出緊線后的線長(zhǎng)l'，再進(jìn)一步計(jì)算出過牽引后的弧垂f'和應(yīng)力σ'，最后算出緊線后強(qiáng)度系數(shù)K'。根據(jù)強(qiáng)度系數(shù)K'與導(dǎo)線設(shè)計(jì)最小允許安全系數(shù)K的比較，即可判斷是否滿足作業(yè)安全，即：

式中，[σD]——導(dǎo)線的瞬時(shí)破壞應(yīng)力。

2.3 導(dǎo)線允許過牽引量計(jì)算

根據(jù)緊線長(zhǎng)度來計(jì)算過牽引量，適用與觀測(cè)弧垂較小，導(dǎo)線較松弛情況下的測(cè)算。當(dāng)導(dǎo)線檔距較小、弧垂較大時(shí)，可以利用最大許用應(yīng)力法來測(cè)算導(dǎo)線的過牽引量，從而判斷導(dǎo)線是否能夠帶電收緊。具體計(jì)算方法如下：

(1) 根據(jù)導(dǎo)線的瞬時(shí)破壞應(yīng)力[σD]和安全系數(shù)K，計(jì)算出施工檔導(dǎo)線的最大許用應(yīng)力σ，即：

(2) 根據(jù)式(2)，計(jì)算施工檔導(dǎo)線的線長(zhǎng)l。

(3)根據(jù)式(1)，計(jì)算最大許用應(yīng)力下的導(dǎo)線弧垂f。

(4)根據(jù)式(2)，計(jì)算最大許用應(yīng)力下的導(dǎo)線的線長(zhǎng)l'。

(5)計(jì)算可以帶電收緊的導(dǎo)線最大長(zhǎng)度，即最大過牽引量lmax：

因此，當(dāng)緊線器收緊長(zhǎng)度小于最大過牽引量時(shí)，可以認(rèn)為作業(yè)是安全的。

3 帶電收緊導(dǎo)線安全性計(jì)算機(jī)輔助分析

根據(jù)上述計(jì)算模型，導(dǎo)線的應(yīng)力計(jì)算是一個(gè)三元一次方程，計(jì)算過于復(fù)雜，因此利用計(jì)算機(jī)輔助分析不同線徑導(dǎo)線的施工安全性。下面以JKLYJ型架空導(dǎo)線為例介紹計(jì)算及輔助分析辦法。按照行業(yè)規(guī)范，常用架空J(rèn)KLYJ型導(dǎo)線的參數(shù)如表1所示。

表1 JKLYJ導(dǎo)線參數(shù)

根據(jù)上述線路參數(shù)，以及式(1)，可以計(jì)算不同線徑JKLYJ導(dǎo)線在不同范圍檔距和弧垂下的應(yīng)力值。

首先計(jì)算各線徑導(dǎo)線的自重比載g1，具體計(jì)算如下。

根據(jù)表2給出的參數(shù)條件，以JKLYJ-240系列架空導(dǎo)線進(jìn)行驗(yàn)證，按照《10 kV架空線路典型設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，JKLYJ-240系列配電線路設(shè)計(jì)檔距范圍在20～120 m，弧垂為0.1～2.9 m，σD為144.5 N/mm2，設(shè) 計(jì) 安 全 系 數(shù) 為2.5。利 用Origin軟件進(jìn)行編程計(jì)算[9-10]，通過設(shè)定相應(yīng)參數(shù)條件，得到對(duì)應(yīng)的應(yīng)力、弧垂、檔距關(guān)系曲線以及計(jì)算數(shù)值。

根據(jù)計(jì)算機(jī)分析結(jié)果，可以參照計(jì)算條件下檔距、弧垂、應(yīng)力的對(duì)應(yīng)值進(jìn)行對(duì)比分析，因此為了保證作業(yè)安全，帶電緊線后導(dǎo)線的強(qiáng)度系數(shù)應(yīng)大于2.5，即收緊后導(dǎo)線應(yīng)力：

查找Origin計(jì)算結(jié)果，便可以得出最大許用應(yīng)力σ=57.8 N/mm2范圍內(nèi)的檔距和弧垂組合，并以此判斷緊線安全性。根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，得出JKLYJ系列導(dǎo)線自重此載計(jì)算表(表2)，JKLYJ-240架空絕緣導(dǎo)線的設(shè)計(jì)檔距范圍和弧垂組合(表3)。

表2 JKLYJ系列導(dǎo)線自重比載計(jì)算

表3 JKLYJ-240架空絕緣導(dǎo)線設(shè)計(jì)檔距范圍內(nèi)允許收緊最小弧垂 m

4 工程應(yīng)用案例

某市供電公司10 kV某線路工程需要在兩段孤立擋分別為50 m和70 m的范圍內(nèi)進(jìn)行“橋接法”旁路施工檢修架空線路作業(yè)，現(xiàn)需對(duì)兩檔導(dǎo)線中段進(jìn)行開斷，后加裝“橋接器”連接。架空線路為JKLYJ-240導(dǎo)線，查作業(yè)溫度時(shí)導(dǎo)線的弧垂分別為0.4 m和0.8 m，導(dǎo)線設(shè)計(jì)安全系數(shù)K=2.5。作業(yè)時(shí)無風(fēng)，擬采用N-1500R型絕緣緊線器進(jìn)行收緊施工作業(yè)，開斷后采用耐張絕緣子收緊恢復(fù)導(dǎo)線，現(xiàn)需判斷帶電收緊導(dǎo)線過牽引長(zhǎng)度安全性是否滿足要求。

工程安全性評(píng)估步驟如下。

(1) Origin計(jì)算機(jī)輔助分析。已知架空線路施工檔檔距L1=50 m和L2=70 m，對(duì)應(yīng)弧垂f1=0.4 m，f2=0.8 m。由 表2知，JKLYJ-240導(dǎo)線的0.4 m弧垂和0.8 m對(duì)應(yīng)的弧垂的設(shè)計(jì)檔距范圍為：L0.4≤66 m，L0.8≤93 m。

因此，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工檔檔距，該工程可以實(shí)施帶電收緊作業(yè)。

(2) 精確計(jì)算收緊高度范圍。根據(jù)式(1)，計(jì)算50 m和70 m兩個(gè)檔距最大許用應(yīng)力下的弧垂：

最大應(yīng)力下可提升導(dǎo)線的最大高度范圍：

即兩個(gè)檔距，收緊高度在17.3 cm，35.5 cm范圍內(nèi)，作業(yè)是安全的。

(3) 判斷中檔開斷導(dǎo)線連接器受力安全性分析。根據(jù)“橋接法”旁路作業(yè)施工方法，需對(duì)緊線后導(dǎo)線在緊線位置開斷后用連接器連接，因此，此工程為了確保工程安全，還需考慮連接器的受力安全，所選用連接器額定拉伸負(fù)荷應(yīng)大于導(dǎo)線最大拉斷力，不會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)線斷線和落地風(fēng)險(xiǎn)，確保該工程作業(yè)安全性。

(4) 現(xiàn)場(chǎng)施工。根據(jù)分析結(jié)果，按照配電帶電作業(yè)技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工。

收緊后開斷連接，本工程利用FXBW4-10/70型復(fù)合耐張絕緣子作為連接器，其額定拉伸負(fù)荷為70 kN，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于JKJYL-240導(dǎo)線的最大拉斷力。兩檔距范圍內(nèi)緊線收緊長(zhǎng)度及高度如表4。

表4 現(xiàn)場(chǎng)施工導(dǎo)線方案 cm

作業(yè)過程符合配網(wǎng)不停電作業(yè)規(guī)范要求，作業(yè)后導(dǎo)線運(yùn)行穩(wěn)定，工程順利實(shí)施。

5 結(jié)論

10 kV配網(wǎng)帶電作業(yè)經(jīng)常遇到緊線施工作業(yè)，配網(wǎng)架空線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，帶電緊線作業(yè)往往按照作業(yè)人員實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行判斷，缺乏科學(xué)性和安全性。建立相應(yīng)的帶電緊線受力計(jì)算模型和安全性輔助分析方法，為實(shí)際作業(yè)提供有力的理論指導(dǎo)依據(jù)，能大大提高帶電緊線作業(yè)的安全性。