黃世釗　趙斌

摘 要：文章討論了不同氣象條件下判定導線水平應力是否超過設計值的方法。該方法從輸電線路的狀態(tài)方程式出發(fā)，討論了導線水平應力達到設計極限時覆冰厚度、風速、溫度三者之間的關系，繪制其關系圖以便在運行過程中即時判斷導線應力是否處于安全范圍，并討論了不同條件下導線的抗覆冰、抗大風和抗低溫能力。

關鍵詞：架空線路；設計；導線應力；極端氣候

中圖分類號：TM752 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）29-0117-03

1 概 述

架空線路導線的應力計算一直是架空線路設計、施工和運行非常關注的問題。在線路設計中，通常是根據(jù)設計的氣象條件、導線型號等信息，計算出線路的控制條件。以控制條件作為導線最大應力的氣象條件，通過狀態(tài)方程式換算到其他氣象條件下，從而實現(xiàn)對導線應力的控制。最低氣溫、最大風速、最厚覆冰這三種氣象條件均可能導致導線最大應力的出現(xiàn)，而控制氣象條件為最低氣溫、最大風速、最厚覆冰、年均氣溫這四種氣象組合中的一種。，通過控制條件求解各溫度下無風無冰情況下的應力和弧垂，制作放線曲線圖，通過放線曲線圖進行施工緊線。當緊線完成后，架空輸電線路的導線應力則由風速、覆冰厚度、溫度這三者共同決定。

理想情況下，運行中導線的最大應力氣象條件為控制條件，但實際運行中氣象條件千變萬化，極有可能出現(xiàn)超出設計范圍的氣象條件。

由此可以判斷：一方面，非控制氣象條件下導線的應力必然低于控制氣象條件下的應力，也就是說非控制氣象條件下導線的抗拉水平留有裕度；另一方面，即使某單獨氣象條件達到或超過設計值（比如單獨的覆冰厚度高于設計值），導線應力也不一定會相應達到或超過設計值，但某些氣象組合下，單獨的氣象條件均并未超過設計值，導線應力卻有可能超出其承載極限。由此可見，尋求一種方法，迅速確定導線在各極端氣候下的承載能力，顯得非常有意義。

2 極限狀態(tài)下導線的受力分析

2.1 極限狀態(tài)下導線溫度與比載的關系

1.4 導線應力是否處于設計范圍的判定

1.4.1 計算法

把實際運行時的覆冰厚度b、風速v代入式（8），得出t2值。把當前溫度t與t2相比較，有如下關系：

①t>t2，導線處于安全范圍內，其最低點應力的安全系數(shù)大于設計值。

②t=t2，導線處于極限狀態(tài)，其最低點應力的安全系數(shù)等于設計值。

③t

1.4.2 作圖法

為避免計算，可間隔一定數(shù)值取風速v為固定值，在平面上繪制出b和t2的關系，現(xiàn)場直接查閱。

現(xiàn)場測出風速v（并經過修正）、覆冰厚度b、溫度t后，可使用如下方法判定：

①判定風速：b和t2（t2取現(xiàn)場溫度t的值）在平面圖中的點落在值為v的曲線上方，則說明導線應力處于安全范圍內；如果該點正好落入某曲線，則該曲線所代表的風速值為當前（覆冰厚度和溫度不變）導線所能承載的最大風速。

②判定溫度：選取風速v對應的曲線，并找出對應當前覆冰厚度的點，該點所對應的溫度即為當前（風速和覆冰厚度不變）導線所能承載的溫度下限。

③判定覆冰：選取風速v對應的曲線，找出對應當前溫度的點，該點所對應的覆冰厚度即為當前（風速和溫度不變）導線所能承載的覆冰厚度極限。

2 計算舉例

某500 kV線路的一個耐張段里，其代表檔距為lr=460 m，代表高差角余弦值為cos？茁r =0.95，設計氣象區(qū)為第一氣象區(qū)，導線型號為LGJ-400/35。試分析導線在極端天氣下的承載能力。查閱設計文檔，可知該線路在代表檔距460 m下的控制條件為最大風速?？刂茥l件下的比載？酌1=0.05748 MPa/m，溫度t1=10 ℃，最低點應力？滓c =92.85 MP。導線每千米質量為1 349 kg，直徑26.82 mm，截面積為425.24 mm2。把相關參數(shù)代入式（8），計算得出：

可以看出，式（10）的函數(shù)圖象為一個三維曲面，t2隨著b和v的單調增長，并且b和v較大時增長比較劇烈，其圖象如圖1所示。

間隔5 m/s取風速v為固定值，在平面上繪制出b和t2的關系，如圖2所示。

觀察此圖象，對該耐張段，可有如下結論：

①當風速較低時，曲線幾乎挨在一起，說明風速較低時風速的變化對應力影響較小；而風速較高時，曲線拉開的間距較大，說明高風速下風速對應力影響比較大。

②盡管此耐張段設計覆冰為0 mm，但只要風速和溫度滿足一定條件，此耐張段同樣具備一定的抗覆冰能力，其抗覆冰能力為溫度軸上某溫度的直線與對應的風速曲線的交點，所往下對應的覆冰值。比如溫度0 ℃、風速0 m/s的情況下，導線的抗覆冰能力為10.1 mm。

③線路設計風速為35 m/s，但同樣的，對大于35 m/s的風速，只要b和v滿足一定條件，導線應力并不會超過其安全設計值。判斷的方法是，圖象中b和v所確定的點在某風速曲線上方，則說明導線在該風速的受力情況處于安全狀態(tài)。v值為修正后的值。本例中，當風速達到40 m/s時，只要導線溫度為80 ℃就可保證導線應力處于安全范圍內；但導線運行溫度一般不會那么高，所以可以看出，此耐張段抗大風能力較低，應當予以重點關注。

④線路設計最低氣溫為-5 ℃，但從圖象上可以看出，風速和覆冰厚度都比較低的情況下，該檔線路的抗低溫能力非常強，無風無冰情況下可以承受低達-90 ℃的低溫。由此也可以看出此耐張段比載對應力的影響高于溫度對應力的影響。

值得一提的是，最低點應力滿足設計條件并不代表懸掛點應力滿足設計條件，懸掛點應力影響桿塔和基礎的受力情況，導線水平應力、導線懸掛點應力、桿塔及基礎受力這三者共同確定線路的承載能力，本文僅討論水平應力下導線的承載力，實際線路綜合承載能力應統(tǒng)籌以上三方面分析。

3 結 語

從以上分析我們得到了一種即時判斷當前極端環(huán)境下，導線水平應力是否達到安全控制極限的方法。該方法以耐張段為基本單元，避免了狀態(tài)方程式的繁瑣求解，無需計算，直接看圖直觀地給出了判斷結果，為極端氣候下線路是否能安全運行提供了判斷依據(jù)。

參考文獻：

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