李健，胡守松，柏曉路，萬志方，丁振

(中南電力設(shè)計院，武漢市 430071)

0 引言

緊湊型線路的直線塔由于三相導(dǎo)線均布置在塔窗內(nèi)，實現(xiàn)地線對導(dǎo)線的負保護角［1］，因此直線塔的防雷電繞擊性能較好。但對于耐張塔，由于需要借助遠離塔身的繞引跳線實現(xiàn)導(dǎo)線的引流接續(xù)，使得跳線部分沒有地線保護，是防雷的薄弱環(huán)節(jié)。

在我國早期建設(shè)的500 kV緊湊型線路中［2-4］，如昌平—房山500 kV線路、神木—忻州—石家莊500 kV線路，雖然耐張塔外角導(dǎo)線引流線均未采用特殊的防雷措施，但這些線路位于北方地區(qū)，雷害不嚴重，而且耐張塔普遍高度較低、地面傾斜角較小、跳線距離地面較近、地面的屏蔽作用較好，不容易造成繞擊跳線;但在南方地區(qū)建設(shè)的某條500 kV緊湊型線路中，由于線路沿線雷電活動較頻繁，因此在耐張塔地線支架外側(cè)增加了跳線架并加掛分支地線，實現(xiàn)對其下方導(dǎo)線引流線的防雷保護。但在實際運行中仍然連續(xù)出現(xiàn)2次分支地線從普通地線脫落，落在下方導(dǎo)線上造成永久性單相接地短路故障的發(fā)生。

緊湊型耐張塔分支地線作為一種近年來提出的新技術(shù)，國內(nèi)外的相關(guān)研究較少。本文對分支地線進行了受力分析，研究了T接金具的選用，提出采用預(yù)絞式T接線夾，優(yōu)化分支地線安裝位置、線長、弧垂等措施來提高線路運行的安全性。

1 故障分析

1.1 故障原因

發(fā)生故障的原因，主要是由于分支地線弧垂較小、線長較短，在大風(fēng)情況下由于普通地線水平偏移造成分支地線拉緊、張力迅速增大，超過T接金具握力，從而造成分支地線從T接金具中脫落。此外，即使T接金具有足夠的握力，確保分支地線不會脫落，分支地線的張力將作用在跳線支架上，可能超過跳線支架的縱向強度而破壞跳線支架，給線路安全運行帶來風(fēng)險;而分支地線安裝時線長過長，則導(dǎo)致其弧垂較大，可能造成與下方跳線間隙不夠。

1.2 分支地線受力模型

正常運行情況下，分支地線應(yīng)保證松弛沒有張力;在大風(fēng)情況下，普通地線發(fā)生偏移可能將分支地線拉緊。拉緊狀態(tài)下分支地線的受力模型［5-7］如圖1所示。

圖1 分支地線受力模型Fig.1Force model of bypass shielding wire

圖1中:β1為內(nèi)角分支地線的和普通地線的夾角;β2為外角分支地線和普通地線夾角;θ1為內(nèi)角分支地線和地線支架的夾角;θ2為外角分支地線和地線支架的夾角;D1為內(nèi)角分支地線起點至普通地線耐張掛點的距離，簡稱分支地線出口長度;D2為外角分支地線起點至普通地線耐張掛點的距離;S為普通地線耐張掛點至分支地線橫擔掛點的水平距離;W為地線支架寬度;E為地線支架單側(cè)長度;δ為轉(zhuǎn)角度數(shù);T0為普通地線檔中側(cè)張力;T1為普通地線桿塔側(cè)張力;T2為分支地線張力;Fh為普通地線水平荷載。分支地線和普通地線夾角為

根據(jù)圖1，在普通地線最大風(fēng)偏導(dǎo)致分支地線拉緊時有

1.3 分支地線受力計算分析

根據(jù)以上分析，計算得到分支地線拉緊時的張力如表1所示。

從表1可以看出，在普通地線風(fēng)偏導(dǎo)致分支地線拉緊的情況下，分支地線張力會迅速增大至2～9 kN。內(nèi)角分支地線張力比外角大，隨著轉(zhuǎn)角度數(shù)的增加，內(nèi)角側(cè)分支地線的張力也明顯增加，因此應(yīng)選用滿足強度要求的T接金具，并且在分支地線安裝時，應(yīng)盡量通過線長補償普通地線偏移造成的分支地線檔距增加，盡量避免分支地線拉緊。

2 T接金具的選用

根據(jù)對分支地線脫落事故的分析，分支地線與普通地線采用并溝線夾連接，用螺栓固定。從以上受力分析中可以看出，分支地線上實際存在一定順線張力，并且溝線夾握力較小，應(yīng)采用耐張型式的T接金具。為避免分支地線從T接金具中脫落，可采用預(yù)絞式T型線夾，如圖2所示。

圖2 預(yù)絞式T接金具Fig.2Performed helical T-connection fittings

預(yù)絞式金具［8-9］沒有任何螺栓作用在導(dǎo)線上，減小了金具對導(dǎo)線的靜態(tài)壓應(yīng)力，同時預(yù)絞式線夾具有相對較長的預(yù)成形螺旋線條，可將導(dǎo)線的靜態(tài)壓應(yīng)力均勻地分散到較大的區(qū)域內(nèi)。另外預(yù)絞式金具纏繞在導(dǎo)線上增強了導(dǎo)線與金具相接觸區(qū)域的彎曲剛度，削弱了在這些區(qū)域由微風(fēng)振動引起的動態(tài)彎曲應(yīng)力。

預(yù)絞式T型線夾在制造公差、安裝工藝都滿足要求的情況下，能夠保證普通地線和分支地線的可靠連接。為確保連接的可靠性，要求預(yù)絞式T型線夾握力不小于普通地線拉斷力的25%。此外，分支地線和普通地線之間的夾角為10°～70°，預(yù)絞式T型線夾應(yīng)能靈活轉(zhuǎn)動，并適應(yīng)各種夾角，保證受力合理分配。

雖然預(yù)絞式T型線夾防止了分支地線從線夾中脫落，但并未減小普通地線最大風(fēng)偏時分支地線的張力，反而將其轉(zhuǎn)移到跳線架上，而跳線架的設(shè)計并未考慮縱向荷載，因此仍然存在安全風(fēng)險。

目前國內(nèi)金具廠家生產(chǎn)的T接金具不能從根本上解決風(fēng)偏后分支地線對跳線架的張力問題，但可以研制新的T接金具，采用有彈性伸縮的T接金具連接分支地線與普通地線，卸載風(fēng)偏引起的張力。

3 分支地線的安裝

分支地線的安裝，主要是確定分支地線的線長、弧垂及安裝位置。為避免風(fēng)偏時發(fā)生分支地線脫落，需要保證分支地線檔內(nèi)具有足夠的線長，以補償普通地線最大風(fēng)偏產(chǎn)生的偏移量，從而確保普通地線最大風(fēng)偏情況下分支地線仍處于松弛狀態(tài)。為簡化計算，可忽略分支地線應(yīng)力變化對線長的影響［10］。

分支地線的弧垂主要受間隙控制，緊湊型耐張塔內(nèi)角上相導(dǎo)線引流線為向上繞跳，需要校驗內(nèi)角分支地線對其下方導(dǎo)線引流線的相—地間隙［11］，如圖3所示。

圖3 分支地線與導(dǎo)線引流線Fig.3Bypass shielding wire and Wire drainage line

分支地線的安裝出口位置原則上以內(nèi)角上相跳線出口位置為準，以實現(xiàn)對其下方跳線的雷電屏蔽作用，出口長度與耐張串長度相當。分支地線的弧垂可以通過線長和張力的調(diào)整來實現(xiàn)，當無法用張力來控制弧垂，以滿足對導(dǎo)線引流線的間隙要求時，可減少分支地線出口長度，從而縮短其檔距線長，控制弧垂。出口長度一般取為10 m，最小取為6 m，但減小出口長度的調(diào)整效果有限，對于減小出口長度仍不能滿足要求的情況，可采用避雷側(cè)針等特殊防雷措施取消分支地線。

4 工程實例

小灣—楚雄500 kV I回線路工程為緊湊型線路，設(shè)計施工圖時考慮了以上各因素，分支地線安裝情況見表2。該線路投運至今已2年，未發(fā)生分支地線脫落事故。

表2 分支地線安裝Tab.2Installation of bypass shielding wires

5 結(jié)論

(1)500 kV緊湊型線路耐張塔內(nèi)角上相導(dǎo)線引流線是防雷的薄弱點，加裝跳線架及分支地線對于改善防雷性能具有一定作用。

(2)分支地線弧垂較小、線長較短，在大風(fēng)情況下，由于普通地線水平偏移造成分支地線拉緊、張力迅速增大，超過T接金具握力時就容易造成分支地線脫落。

(3)選用預(yù)絞式T型線夾可以防止分支地線脫落，但不能從根本上解決分支地線的安裝問題，需要研制新的T接金具。

(4)給出了分支地線安裝的計算方法和力學(xué)、電氣方面的邊界條件，對于間隙校核不滿足要求的，可通過調(diào)整分支地線出口長度和采用避雷針等特殊防雷措施來保證間隙要求。

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(編輯:張磊)