孫德新

(湖北省輸變電工程公司,武漢市,430063)

0 引言

傳統(tǒng)的輸電線路大跨越多采用“耐—直—直—耐”跨越方式,而進(jìn)行弛度控制時(shí)多采用在“直—直”檔內(nèi)掃平的觀測(cè)方式。由于檔距大、高差比較小,間隔棒安裝完成后不會(huì)出現(xiàn)左傾或右傾的情況。三峽地下電站—荊門換流站500 kV線路工程中的黑巖子長江大跨越,采用了“耐(耐張跨越塔)—直(直線跨越塔)—耐(錨塔)”的跨越方式,弛度觀測(cè)只能在“耐(耐張跨越塔)—直”檔內(nèi)進(jìn)行,易造成子導(dǎo)線弛度差超標(biāo)及間隔棒傾斜現(xiàn)象。施工過程中,分別對(duì) 1、4號(hào)及 2、3號(hào)子導(dǎo)線采用角度法觀測(cè)弛度,割線時(shí)在線長上予以考慮弛度調(diào)整的方法,確保了各項(xiàng)數(shù)據(jù)滿足設(shè)計(jì)及驗(yàn)收規(guī)范的要求。

1 間隔棒傾斜原因

跟據(jù)山區(qū)大高差、大檔距施工的經(jīng)驗(yàn),即使弛度觀測(cè)時(shí)四分裂子導(dǎo)線線間誤差滿足 GB 50233—2005《110～550 kV架空送電線路施工及驗(yàn)收規(guī)范》[1]的要求,也會(huì)出現(xiàn)間隔棒傾斜。究其原因,該傾斜是由大高差引起的1-2號(hào)、4-3號(hào)子導(dǎo)線間隔棒安裝處導(dǎo)線的法向距離小于分裂導(dǎo)線間距所致。500 kV輸電線路子導(dǎo)線分裂間距一般為450 mm,在理想情況下,任意一個(gè)垂直于線路方向的豎直向下的斷面上(見圖 1)的 1-2號(hào)、4-3號(hào)子導(dǎo)線間距恒為450mm,而間隔棒垂直于分裂子導(dǎo)線[1-2],間隔棒安裝處導(dǎo)線法向間距為450cosθmm。根據(jù)文獻(xiàn)[1]的許可范圍,子導(dǎo)線弛度線間誤差為50mm,即間隔棒安裝處導(dǎo)線法向間距最小可達(dá)(450-50)cosθmm。當(dāng)高差及檔距較大時(shí),間隔棒承受 1-2號(hào)、4-3號(hào)的壓力,呈現(xiàn) 2號(hào)及 3號(hào)子導(dǎo)線“馱”1號(hào)及 4號(hào)子導(dǎo)線的狀況,出現(xiàn)間隔棒左傾或右傾的現(xiàn)象。線夾沿垂直方向應(yīng)能承受拉(壓)力重冰區(qū)為6 kN、非重冰區(qū)為 4 kN[3],但間隔棒傾斜較為嚴(yán)重時(shí),驗(yàn)收人員走線過程中可能出現(xiàn)四分裂導(dǎo)線翻轉(zhuǎn),因此應(yīng)最大限度地消除或減緩間隔棒傾斜程度。

對(duì)于普通線路中“直—直”弛度觀測(cè)方式下大高差、大檔距弛度控制而言,可將 2、3號(hào)子導(dǎo)線控制在設(shè)計(jì)弛度,1、4號(hào)子導(dǎo)線弛度比設(shè)計(jì)值高 30～50 mm,以達(dá)到1、4號(hào)子導(dǎo)線“吊”2、3號(hào)子導(dǎo)線的目的,使間隔棒承受1-2號(hào)間、4-3號(hào)間的拉力,即可避免間隔棒傾斜或減緩間隔棒傾斜程度。間隔棒線夾因風(fēng)致振動(dòng)和應(yīng)力集中產(chǎn)生的疲勞是引起間隔棒機(jī)械破壞的最主要因素,是最易發(fā)生故障的部位[4]。因此,對(duì)于大高差、大檔距檔的間隔棒而言,不能因一味追求安裝工藝而致使線夾間應(yīng)力過大、導(dǎo)致線夾過早破壞。

圖1 分裂導(dǎo)線間距大于間隔棒安裝處法向距離Fig.1 Intrabundle spacinggreater than normal distance between installation positions of spacers

2 “耐—直”觀測(cè)檔弛度控制

2.1 分裂子導(dǎo)線觀測(cè)角度

跨越檔長1 600m,在進(jìn)行弛度觀測(cè)時(shí),觀測(cè)角計(jì)算不計(jì)及半橫擔(dān)寬度[5]。受跨越點(diǎn)的地形限制,僅能采取檔內(nèi)角度法進(jìn)行觀測(cè)。已知條件為:

(1)導(dǎo)線型號(hào)AACSR/EST-400/180,單位長度質(zhì)量2.544 2 kg/m,15℃對(duì)應(yīng)的導(dǎo)線弛度105.73 m (已考慮降溫補(bǔ)償蠕變伸長,對(duì)應(yīng)的水平張力為75.92 kN)。

(2)觀測(cè)點(diǎn)儀器鏡頭高程214.65mm。

(3)耐張跨越塔側(cè) 1、4號(hào)子導(dǎo)線掛點(diǎn)高程309.27 m,2、3號(hào)子導(dǎo)線掛點(diǎn)高程308.73m。

(4)直線跨越塔滑車口高程 341.8 m,附件安裝后,1、4號(hào)子導(dǎo)線掛點(diǎn)高程 342.46 m,2、3號(hào)子導(dǎo)線掛點(diǎn)高程341.92m。

(5)錨塔側(cè) 1、4號(hào)子導(dǎo)線掛點(diǎn)高程 333.27m,2、3號(hào)子導(dǎo)線掛點(diǎn)高程 332.73m。

(6)分裂子導(dǎo)線間距為0.54m。

(7)1號(hào)子導(dǎo)線的錨塔掛點(diǎn)的投影點(diǎn)高程為304.12 m,2號(hào)子導(dǎo)線的錨塔掛點(diǎn)的投影點(diǎn)高程為304.02 m,3號(hào)子導(dǎo)線的錨塔掛點(diǎn)的投影點(diǎn)高程為304.15 m,4號(hào)子導(dǎo)線的錨塔掛點(diǎn)的投影點(diǎn)的高程為304.15 m。

(8)1、4號(hào)子導(dǎo)線瓷瓶串長11.14 m;2、3號(hào)子導(dǎo)線瓷瓶串長11.69m。

在觀測(cè)弛度時(shí),可忽略耐張塔側(cè)聯(lián)板傾斜。經(jīng)計(jì)算,1、4號(hào)子導(dǎo)線掛點(diǎn)高程為 309.27m,2、3號(hào)子導(dǎo)線掛點(diǎn)高程為308.73m。因各分裂子導(dǎo)線的水平張力相等,根據(jù)文獻(xiàn)[5-6]提供的檔內(nèi)角度法觀測(cè)角計(jì)算公式,得出:1、4號(hào)子導(dǎo)線的觀測(cè)角度為 0°25′47″, 2、3號(hào)子導(dǎo)線的觀測(cè)角度為 0°24′7″。

2.2 微線長對(duì)導(dǎo)線弛度的影響

根據(jù)線長與弛度的公式,可得

式中:L為2懸掛點(diǎn)間的架空線長度,m;l為檔距,m; f為弛度;φ為高差角[6]。

利用微分方程,左右對(duì)弛度求導(dǎo),可推出

帶入已知數(shù)據(jù),得到df=2.84dL。即:線長發(fā)生1 cm的微變化,跨越檔內(nèi)便產(chǎn)生2.84 cm的弛度誤差,在割線時(shí)綜合考慮子導(dǎo)線間的誤差可以此為參照。

3 耐張段內(nèi)線長計(jì)算及割線劃印

地面劃印割線所關(guān)心的是從緊線狀態(tài)到掛線完成后2種狀態(tài)下(圖2)導(dǎo)線參照點(diǎn)間的差值,而非實(shí)際意義上耐張跨越塔耐張線夾至錨塔耐張線夾間導(dǎo)線的實(shí)際長度,因而在精度及誤差允許的范圍內(nèi),某些使計(jì)算復(fù)雜化的因素可以忽略,如橫擔(dān)寬度[7]。

圖2 緊線狀態(tài)及掛線完成后狀態(tài)Fig.2 Stringing and suspension

3.1 耐張塔掛點(diǎn)位置轉(zhuǎn)換

為簡化計(jì)算,在精度及誤差允許范圍內(nèi),可將子導(dǎo)線掛點(diǎn)轉(zhuǎn)移至橫擔(dān)中心處(見圖3)及掛點(diǎn)處(見圖4)。由于瓷瓶串傾斜角度較小(耐張跨越塔約 10°,錨塔瓷瓶倒掛約-4°),上、下子導(dǎo)線的高程差可視為子導(dǎo)線間距0.54 m。

3.2 割線長度計(jì)算

3.2.1 耐張塔橫擔(dān)偏撓數(shù)值

進(jìn)行放線準(zhǔn)備工作時(shí),利用 2臺(tái)經(jīng)緯儀同時(shí)操作將耐張跨越塔及錨塔各掛點(diǎn)投影至地面,完成左右兩相弛度觀測(cè)后,再次將耐張跨越塔的對(duì)應(yīng)掛點(diǎn)引致地面,測(cè)量其位移值作為錨塔橫擔(dān)偏撓的參考值,取10 cm,每根子導(dǎo)線割線時(shí)考慮多割,L偏=+100mm。

3.2.2 耐張串聯(lián)板傾斜對(duì)子導(dǎo)線割線長度影響

參照文獻(xiàn)[6-7]的計(jì)算方法,錨塔耐張串聯(lián)板的傾斜角度為-4.16°,上面2根子導(dǎo)線少割(540/2)× tan4.16°=20 mm,下面2根子導(dǎo)線多割20mm,L聯(lián)上= -20 mm,L聯(lián)下=+20 mm。

3.2.3 錨塔耐張串重對(duì)線長影響

參照文獻(xiàn)[6-7]的計(jì)算方法,掛線完成后,錨塔聯(lián)有耐張串將對(duì)弛度造成影響,使弛度變小,需要考慮增加線長予以抵消,4根子導(dǎo)線皆少割 60mm, L補(bǔ)=-60mm。

3.2.4 考慮子導(dǎo)線預(yù)留誤差

考慮間隔棒安裝后不發(fā)生傾斜,將上面 2根子導(dǎo)線弛度提高40mm,1、4號(hào)子導(dǎo)線多割除15 mm,2、3號(hào)子導(dǎo)線此項(xiàng)割線值為0mm,則L預(yù)上=15mm,L預(yù)下= 0mm。

3.2.5 耐張串長

1、4號(hào)子導(dǎo)線耐張串長 11.14 m,2、3號(hào)子導(dǎo)線耐張串長11.69m。

3.2.6 子導(dǎo)線割線長度計(jì)算

根據(jù)懸鏈線方程,2懸掛點(diǎn)之間的架空線長度為

式中:H為導(dǎo)線水平張力,kN;w為導(dǎo)線單位長度自重力,N/m;h為2懸掛點(diǎn)的高差,m[6]。

(1)緊線狀態(tài)線長。緊線狀態(tài)線長指 4根子導(dǎo)線皆到觀測(cè)弛度時(shí),自耐張跨越塔掛點(diǎn)(轉(zhuǎn)換后)至直線塔滑車至錨塔掛點(diǎn)(轉(zhuǎn)換后)導(dǎo)線投影點(diǎn)間的線長。由式(3)得:1號(hào)子導(dǎo)線緊線狀態(tài)線長 Lj1= 1 618.798 m+226.211 m=1 845.009m;2號(hào)子導(dǎo)線緊線狀態(tài)線長Lj2=1 618.809 m+226.226 m= 1 845.035m;3號(hào)子導(dǎo)線緊線狀態(tài)線長Lj3=1618.809m+ 226.206m=1 845.015m;4號(hào)子導(dǎo)線緊線狀態(tài)線長Lj4=1 618.798 m+226.206 m=1 845.004 m。

(2)掛線狀態(tài)線長。掛線狀態(tài)線長指 4根子導(dǎo)線皆到觀測(cè)弛度,且直線跨越塔附件已安裝完成,自耐張跨越塔掛點(diǎn)(轉(zhuǎn)換后)至直線塔線夾至錨塔掛點(diǎn)(轉(zhuǎn)換后)導(dǎo)線的線長。由式(3)可得:1號(hào)子導(dǎo)線掛線狀態(tài)線長Lg1=1 618.811m+223.239m=1 842.050m; 2號(hào)子導(dǎo)線掛線狀態(tài)線長 Lg2=1 618.812 m+ 223.240 m=1 842.052 m;3號(hào)子導(dǎo)線掛線狀態(tài)線長Lg3=1 618.809m+223.240m=1 842.052 m;4號(hào)子導(dǎo)線掛線狀態(tài)線長Lg4=1 618.811m+223.239 m= 1 842.050 m。

(3)子導(dǎo)線割線長度。第 i號(hào)子導(dǎo)線割線長度為

由式(4)得:1,2,3,4號(hào)子導(dǎo)線割線長度為14.133,14.733,14.713,14.128m。

3.2.7 直線塔附件印記位移

附件安裝完成后,直線跨越塔各子導(dǎo)線的高程將發(fā)生變化,因割線計(jì)算是以整個(gè)耐張段內(nèi)總線長差值進(jìn)行控制,故需要根據(jù)高程變化對(duì)線長變化的影響,對(duì)上下子導(dǎo)線分別進(jìn)行位移,以確保弛度值符合要求、間隔棒不發(fā)生傾斜以及懸垂線夾不發(fā)生邁步。

(1)1、4號(hào)子導(dǎo)線移印。附件安裝前,耐張跨越塔至直線跨越塔間線長為 1 618.798m,附件安裝后,變?yōu)?1 618.811 m,說明需將印記向錨塔側(cè)位移13mm,根據(jù)預(yù)留子導(dǎo)線弛度差的多割線長,印記需向耐張跨越塔側(cè)位移15 mm。綜上因素,忽略2 mm位移,吊線砣處直接劃印安裝預(yù)絞絲及懸垂線夾即可。若割線時(shí)不考慮子導(dǎo)線預(yù)留誤差因素,可將印記向錨塔側(cè)位移13mm安裝預(yù)絞絲及懸垂線夾。

(2)2、3號(hào)子導(dǎo)線移印。附件安裝前,耐張跨越塔至直線跨越塔間線長為 1 618.809m,附件安裝后,變?yōu)? 618.812m,忽略3mm的位移,吊線砣處直接劃印安裝預(yù)絞絲及懸垂線夾即可。

4 弛度復(fù)測(cè)及誤差原因分析

對(duì)掛線完成的導(dǎo)線進(jìn)行弛度復(fù)測(cè),實(shí)測(cè)值大于設(shè)計(jì)值,誤差滿足設(shè)計(jì)及驗(yàn)收規(guī)范要求,其規(guī)律主要表現(xiàn)為:上相誤差較大,下相誤差為小;轉(zhuǎn)角內(nèi)側(cè)三相弛度最低點(diǎn)恒低于轉(zhuǎn)角外側(cè)三相弛度最低點(diǎn);間隔棒未發(fā)生傾斜現(xiàn)象;個(gè)別相需要調(diào)節(jié)調(diào)整板眼孔以確保子導(dǎo)線間誤差。

對(duì)施工方法、自然環(huán)境、天氣的進(jìn)行對(duì)比分析,弛度誤差可能由以下因素造成:

(1)天氣原因。因三峽地區(qū)小氣候現(xiàn)象明顯,常出現(xiàn)薄霧天氣,時(shí)間段不同,霧氣程度各異,光線折射率對(duì)弛度觀測(cè)及復(fù)測(cè)帶來誤差。架線期間,江面起風(fēng)頻繁,風(fēng)力影響弛度觀測(cè)的準(zhǔn)確性。

(2)桿塔偏撓變形。上、中、下橫擔(dān)處塔身結(jié)構(gòu)剛度不同,受力相等時(shí)偏撓變形不同,剛度大者,偏撓變形便小些,反之亦然。根據(jù)橫擔(dān)主材及斜材規(guī)格判斷,以上導(dǎo)線橫擔(dān)剛度最小,下導(dǎo)線橫擔(dān)剛度最大,中橫擔(dān)剛度介乎兩者之間,弛度復(fù)測(cè)的結(jié)果與此是具有一致性的。

(3)導(dǎo)線單位長度質(zhì)量。鋼絲直徑誤差幾乎都為正誤差,達(dá)到最大值,且鋁單線在拉絲過程中模徑逐漸變大,使得鋁單線直徑變大,雖然滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求,但單位長度重量實(shí)際值大于理論值[8],在計(jì)算水平張力相同的情況下,弛度將大于設(shè)計(jì)值。

(4)簡化計(jì)算模型忽略的因素。因簡化模型將掛點(diǎn)位置轉(zhuǎn)換,且忽略了半橫擔(dān)寬度的影響,將計(jì)算誤差引入割線值,引起弛度誤差。

(5)觀測(cè)誤差。各時(shí)間段的溫度變化較大,根據(jù)緊線時(shí)間考慮,溫度變化1℃,導(dǎo)線弛度便出現(xiàn) 8 cm差異,若外界溫度發(fā)生變化,而觀測(cè)角度不能與之同步調(diào)整,弛度誤差同樣會(huì)出現(xiàn)。

5 結(jié)語

通過對(duì)四分裂導(dǎo)線上 2根子導(dǎo)線及下 2根子導(dǎo)線分別觀測(cè)弛度及地面劃印控制割線線長度的方法,有效地確保了“耐—直”大跨越檔內(nèi)弛度符合設(shè)計(jì)及驗(yàn)收規(guī)范要求,并通過人為調(diào)節(jié)子導(dǎo)線誤差的方法確保了間隔棒安裝完成后不發(fā)生傾斜,確保了安裝工藝。

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