方欽藝 林旭鳴

（1.福建電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 泉州362000；2.國(guó)網(wǎng)福建泉州供電公司，福建 泉州362000）

0 引言

所謂重冰運(yùn)行是指冰厚超過設(shè)計(jì)值，比載發(fā)生變化，應(yīng)力特性不變的運(yùn)行方式。在此運(yùn)行方式下，架空線的應(yīng)力隨冰厚的增加而增加，到一定程度可造成斷線倒塔的事故。架空線重冰運(yùn)行的應(yīng)力特性分析，就是探索架空線重冰運(yùn)行的應(yīng)力計(jì)算方法，使線路的運(yùn)檢部門在覆冰達(dá)到危險(xiǎn)程度時(shí)，提前采取應(yīng)急措施，預(yù)防事故的發(fā)生。

1 重冰運(yùn)行的比載

架空線的比載定義為每米長(zhǎng)度、每平方毫米截面所受的內(nèi)力，比載的符號(hào)用g表示，單位為N／（m·mm2）。重冰運(yùn)行的比載為自重比載、冰重比載和覆冰風(fēng)壓比載的綜合體。重冰地區(qū)設(shè)計(jì)冰厚為20 mm，風(fēng)速15 m／s，采用LGJ－120導(dǎo)線，重冰運(yùn)行比載計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 重冰運(yùn)行比載計(jì)算結(jié)果

2 重冰運(yùn)行的應(yīng)力特性分析

架空線的應(yīng)力特性是由設(shè)計(jì)選定氣象條件的控制應(yīng)力所決定的，也和安裝時(shí)弧垂相關(guān)?？梢姡乇\(yùn)行時(shí)架空線應(yīng)力特性不變。

2.1 架空線最大使用應(yīng)力

架空線的最大使用應(yīng)力亦稱強(qiáng)度設(shè)計(jì)應(yīng)力，是指架空線在最不利的氣象條件下的強(qiáng)度設(shè)計(jì)應(yīng)力。最不利的氣象條件通常指設(shè)計(jì)時(shí)采用的最低溫度、最大風(fēng)速和最大覆冰厚度值。架空線最大使用應(yīng)力計(jì)算公式可寫成：

式中，K為架空線的強(qiáng)度安全系數(shù)；A為計(jì)算截面（mm2）；σP為瞬時(shí)破壞應(yīng)力（N／mm2）；TP為瞬時(shí)破壞拉力（N）。

相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)定：線路導(dǎo)線的設(shè)計(jì)安全系數(shù)不應(yīng)小于2.5，架空安裝時(shí)不應(yīng)小于2.0；避雷線的設(shè)計(jì)安全系數(shù)宜大于導(dǎo)線的設(shè)計(jì)安全系數(shù)（因?yàn)楸芾拙€采用鋼絞線，能承受更大的拉力）。當(dāng)K＝2.5時(shí)，導(dǎo)線按正常應(yīng)力架設(shè)；當(dāng)K＞2.5時(shí)，導(dǎo)線按松弛應(yīng)力架設(shè)。配電線路因電壓等級(jí)低、負(fù)荷小、檔距短，通常采用鋁線或鋼芯鋁線，按松弛應(yīng)力架設(shè)，因此，導(dǎo)線截面小、強(qiáng)度低，安全系數(shù)大于2.5，最大使用應(yīng)力較小，這是配電線路容易覆冰斷線的主要原因。送電線路因電壓等級(jí)高、負(fù)荷大、檔距長(zhǎng)，通常采用鋼芯鋁線或鋁合金線，按正常應(yīng)力架設(shè)，因此，導(dǎo)線截面大、強(qiáng)度高，安全系數(shù)在2.5左右，最大使用應(yīng)力較大，不容易斷線。

2.2 架空線應(yīng)力特性分析

在懸空狀態(tài)下，架空線的應(yīng)力可分為水平應(yīng)力和垂直應(yīng)力2個(gè)分量。水平分量應(yīng)力是指作用在架空線上的水平拉應(yīng)力。架空線在設(shè)計(jì)的強(qiáng)度條件下水平應(yīng)力應(yīng)等于架空線最大使用應(yīng)力，最大使用應(yīng)力取決于架空線的型號(hào)、截面和所選安全系數(shù)，與覆冰厚度無關(guān)，且檔距內(nèi)各處水平應(yīng)力均相等。

重冰運(yùn)行架空線的水平應(yīng)力可用狀態(tài)方程求解：

式中，gm、gn分別為已知?dú)庀髼l件和待求氣象條件下的比載［N／（m·mm2）］；tm、tn分別為已知?dú)庀髼l件和待求氣象條件下的氣溫（℃）；σm、σn分別為已知?dú)庀髼l件和待求氣象條件下的導(dǎo)線應(yīng)力（MPa）；α、β分別為架空線溫度膨脹系數(shù)和彈性伸長(zhǎng)系數(shù)；l為檔距（m）。

重冰運(yùn)行架空線水平應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 重冰運(yùn)行架空線水平應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

架空線重冰運(yùn)行的應(yīng)力可用下式求解：

式中，σ。為架空線最低點(diǎn)的水平應(yīng)力（N／mm2）；g為架空線的比載［N／（m·mm2）］；yx為任意點(diǎn)P 的縱坐標(biāo)（m），下標(biāo)x為任意點(diǎn)P到導(dǎo)線最低點(diǎn)的水平距離。

懸掛點(diǎn)等高時(shí)，導(dǎo)線最低點(diǎn)在檔距中央。

因此有：

式中，σA、σB均為導(dǎo)線懸掛點(diǎn)應(yīng)力（N／mm2）；f。為檔距中點(diǎn)弧垂（m）。

重冰運(yùn)行架空線應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如表3所示。

3 結(jié)語(yǔ)

重冰條件下，架空線應(yīng)力特性不變，這一結(jié)論使繼續(xù)用狀態(tài)方程求解覆冰厚度超出設(shè)計(jì)值的架空線應(yīng)力成為可能。覆冰厚度不同的架空線應(yīng)力的計(jì)算，使冰災(zāi)預(yù)報(bào)有了技術(shù)數(shù)據(jù)支撐，對(duì)提高架空線抗冰能力具有重大現(xiàn)實(shí)意義。

表3 重冰運(yùn)行架空線應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

［1］能源部東北電力設(shè)計(jì)院.電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：水利電力出版社，1991

［2］周振山.高壓架空送電線路機(jī)械計(jì)算［M］.北京：水利電力出版社，1987