程思勇，薛志方

（廣西電力工業(yè)勘察設計研究院，廣西 南寧 530012）

2008年南方地區(qū)的冰雪災害天氣使廣西境內大量輸電線路斷線倒塔，據(jù)不完全統(tǒng)計，截止2008年2月21日，廣西電網(wǎng)500 kV線路地線斷線1處；10條220 kV線路發(fā)生倒塔斷線，其中倒塔56基，桿塔受損13基，斷線39處；16條110 kV線路發(fā)生倒塔斷線，其中倒塔66基，桿塔受損34基，斷線45處。產生倒塔斷線的一個很重要的原因是線路不均勻覆冰時所產生的不平衡張力，這點在重覆冰線路的技術規(guī)程上得到了很好的體現(xiàn)。當導地線覆冰嚴重時，因線路檔距或高差不等或各檔荷載不均勻，會引起各檔電線的水平張力不等從而使直線桿塔上出現(xiàn)不平衡張力。當其值較大時，會對桿塔造成破壞甚至引起更嚴重的事故。規(guī)程上雖然規(guī)定了不同冰區(qū)的覆冰不平衡張力的一般性取值，但由于地形、冰區(qū)分布的復雜性，有時必須對其進行具體的計算才能得到更為經濟合理的不平衡張力取值[1-4]。另外，目前不平衡張力僅限于計算其值，而線路各種參數(shù)對其產生影響的分析較為少見。本文對各種線路參數(shù)對不平衡張力產生的影響進行了詳細分析，以期為實際線路工程設計與分析提供參考依據(jù)。

1 計算方法

根據(jù)南方電網(wǎng)企業(yè)標準（Q/CSG 11502-2008），不均勻覆冰按-5益，有不均勻冰、在10 m/s風速氣象條件下計算。

本文采用的不平衡張力求解過程如下：

1）根據(jù)各檔檔距變化量△Li與張力Ti之間的關系：f（Ti，△Li）=0，i=1耀n；共n方程，f的表達式為[5-7]

2）各直線塔絕緣子串偏移量啄i與其前后2檔張力Ti+1、Ti之間的關系：f（Ti+1，Ti，啄i）=0，i=1耀n；共n個方程[8-9]，即

3）各直線塔絕緣子串偏移量啄i與其后側檔距變化△Li、后側直線臨塔絕緣子串偏移量啄i-1之間共n各方程組[10]

以上共3n個方程組，3n個未知數(shù)，可以用非線性方程組的數(shù)值解法進行求解。

式中，n為耐張段內總的檔數(shù)；Li為懸垂串處于中垂位置時第i檔的檔距，m；E為電線彈性系數(shù)，N/mm2；Ti為計算不均勻覆冰工況時第2檔每根電線水平張力，N；Pi為計算不均勻覆冰工況時第2檔每根單位荷載，N/m；△Li為不均勻覆冰工況時第i檔檔距變化量，檔距增加取正，m；A0為一根電線的截面，mm2；啄i為不均勻覆冰工況下第2基直線塔的電線懸掛點偏移距離，m；姿i為第i基直線塔懸垂串長度，m；Gsi為不均勻覆冰工況時第2基直線塔懸垂串重量，N。

采用牛頓迭代法進行計算求解。牛頓法收斂較快，一般情況下，迭代10次左右即可得到滿足精度要求的解。

2 計算實例

2.1 測試分析算例

本文算例取自《輸電線路不平衡張力與斷線張力取值測算分析報告》中不平衡張力計算部分，條件與其中所述相同。

2.2 計算條件

輕冰區(qū)采用LGJ-400/50鋼芯率絞線，30 mm以上冰區(qū)采用A3/S3A-465/60鋼芯鋁合金絞線。懸垂串重2.79 kN，每根自導線最大使用張力Tp越46.89 kN（對應安全系數(shù)2.50）；

30 mm冰區(qū)，每根子導線最大使用張力為Tp越71.306 kN（安全系數(shù)為3.12）；

40 mm冰區(qū)，每根子導線最大使用張力為Tp越77.43 kN（安全系數(shù)為2.87）；

50 mm冰區(qū)，每根子導線最大使用張力為Tp越83.56 kN（安全系數(shù)為2.66）；

計算模型采用等7檔，僅中間一基桿塔前后有高差，其余塔前后檔無高差。前4檔覆100豫冰，后3檔取相關規(guī)定覆冰率，在第4檔和第5檔取15豫檔距高差，計算不平衡張力。

根據(jù)以上條件，不同冰區(qū)下的不平衡張力如表1、表2所示。

表1 覆冰最大不平衡張力百分數(shù)（姿＝8.5 m;6分裂）%

表2 檔距變化量、絕緣子串偏移量及各檔應力（100豫/20豫）

從以上計算可知，采用本文所述方法計算的不平衡張力角規(guī)程計算結果稍大，但基本接近?？梢姳疚姆椒ǖ恼_性。

3 覆冰不平衡張力影響因素分析

計算發(fā)現(xiàn)，導線安全系數(shù)、絕緣子串長、檔距與高差等均會影響覆冰不平衡張力，分別分析它們對其的影響，對工程設計具有實際意義。

3.1 導線安全系數(shù)的影響

檔距按等7檔，第4檔與第5檔有15豫檔距的高差。前4檔100豫覆冰，后3檔按規(guī)定覆冰。當其它條件均不變，僅改變安全系數(shù)時，覆冰不平衡張力的隨安全系數(shù)變化見表3。

表3 覆冰不平衡張力與最大使用張力百分比%

從表3可知：當電線安全系數(shù)增大時，覆冰不平衡張力差百分比有增大的趨勢，應力絕對值差亦有增大的趨勢；隨著覆冰厚度的增加，覆冰不平衡張力將隨之增加，如10 mm冰區(qū)時，安全系數(shù)從2.5變至3.0時，覆冰不平衡張力百分比增加3豫，而20 mm冰區(qū)時則增加4.67豫?？梢?，當增大導地線安全系數(shù)時，不平衡張力將增加。

3.2 絕緣子串長的影響

檔距仍取等7檔，第4檔與第5檔有15豫的檔距高差。前4檔100豫覆冰，后3檔按規(guī)定覆冰。當其他條件均不變，僅改變懸垂串絕緣子串長時，覆冰不平衡張力隨串長變化見表4。

表4 覆冰不平衡張力百分數(shù)%

從表4可以看出：隨著絕緣子串長的增加，覆冰不平衡張力逐漸減??；經計算，增加串長，在覆冰較嚴重的地區(qū)不平衡張力下降更加明顯。串長每增加0.5 m，不平衡張力減少約0.8豫。因此，在冰區(qū)，通過適當增加串長能夠有效緩解不平衡張力。

3.3 耐張段內檔距數(shù)的影響

假設一耐張段長3.0 km，通過設置不同的檔距數(shù)來改變每檔的檔距長度。覆冰率為前一半檔距覆冰100豫，后一半檔距覆冰20豫。當檔距為奇數(shù)n時，按前檔覆冰100豫、其余檔覆冰20豫考慮。分析不同檔距數(shù)對覆冰不平衡張力的影響，計算結果見表5。

表5 覆冰不平衡張力百分數(shù)%

當同一耐張段內檔距數(shù)增多時，覆冰不平衡張力下降非常明顯：檔距數(shù)由4增至5時，對10 mm冰區(qū)，下降5.4豫；20 mm冰區(qū)則下降10.3豫。這是重冰區(qū)桿塔水平檔距需較小的主要原因之一。但當檔距數(shù)由7變?yōu)?時，不平衡張力減小并不明顯，可見，當桿塔達到一定數(shù)量后，再增加，效果并不明顯。對本例而言，桿塔數(shù)量為6時已無需繼續(xù)增加。

由此可見，在覆冰的地區(qū)，通過適當增加耐張段內的檔距數(shù)，也即適當減小檔距，能明顯改善覆冰不平衡張力，從而提高桿塔在覆冰地區(qū)的安全性。

3.4 檔距不均的影響

1）2檔的耐張段。設耐張段長1.0 km，中間僅立1基直線塔，當2側檔距分布不均時，研究覆冰不平衡張力變化情況（見表6、表7）。

表6 覆冰不平衡張力百分數(shù)（不均勻覆冰）%

表7 覆冰不平衡張力百分數(shù)（均勻覆冰）%

對僅含2檔的耐張段，當檔距差較大，在不均勻覆冰情況下，產生的不平衡張力較?。辉诰鶆蚋脖鶗r，檔距差隨不平衡張力的變化較復雜，并不一定是檔距差越小，不平衡張力越小。但有一點可以肯定：在不均勻覆冰情況下，檔距分布不均勻要比分布均勻時產生的縱向張力差??；在均勻覆冰且無高差情況下，等檔距較不等檔距為優(yōu)。

2）多檔的耐張段。設耐張段長1.2 km，中間立2基直線塔，分3檔。分析3種檔距分布：分布淤400 m原400 m原400 m；分布于 400 m原600 m原200 m；分布盂 200 m原800 m原200 m；3種情況下的不平衡張力及應力情況見表8、表9。

表8 不同檔距長度下的覆冰不平衡張力情況

表9 不同檔距長度下的覆冰不平衡張力情況

從表8可知，多檔距（3檔）均勻覆冰時，等檔距不平衡張力最小，分布盂最大，但3種檔距分布情況相差不大，約4.0豫；這說明，均勻覆冰時，等檔距要較不等檔距產生的不平衡張力小，但相差不大。

從表9可知，不均勻覆冰時，等檔距產生的不平衡張力最大，與不等檔距產生的不平衡張力最大相差達9.8豫，分布于較分布盂產生的不平衡張力小，但相差較小，約1.5豫。這說明，檔距分布不均勻時，產生的縱向張力差要較均勻時小較多，且不等檔距分布之間的差別相對較小。

綜合以上計算可知：檔距分布不均將有利于減小不覆冰時的不平衡張力。

3.5 高差的影響

檔距仍按等7檔，前4檔100豫覆冰，后3檔覆冰20豫。當其他條件均不變，僅改變第4檔與第5檔的高差時，覆冰不平衡張力的變化情況見表10。

表10 覆冰不平衡張力百分比%

由表10可知，當高差增加時，不平衡張力也增大，高差從5豫升高至25豫時，不平衡張力約增加6%耀7豫，增加的幅值較大。

可見，當桿塔不均勻覆冰時，減小導地線的掛線點高差，可以較有效的降低不平衡張力。

4 結論

通過本文計算分析，得到如下結論：

1）增大導地線安全系數(shù)可增大覆冰不平衡張力；

2）適當增加串長能夠有效緩解縱向不平衡張力；

3）在覆冰的地區(qū)，通過適當增加耐張段內的檔距數(shù)，能明顯改善覆冰不平衡張力；

4）檔距分布不均將有利于減小不均勻覆冰不平衡張力；

5）減小掛線點之間的高差，可較有效的降低不平衡張力。

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