摘 要：文章根據(jù)導(dǎo)線的狀態(tài)方程式，簡(jiǎn)要分析了鋼芯鋁絞線在冰過載情況下的受力，以考察輸電線路導(dǎo)線在極端氣象條件下的的抗冰能力。

關(guān)鍵詞：輸電線路；鋼芯鋁絞線；冰過載；狀態(tài)方程

引言

覆冰厚度是輸電線路設(shè)計(jì)的一個(gè)重要?dú)庀髼l件。我國(guó)湖南、四川、貴州等省山區(qū)，幾乎每年冬季都會(huì)出現(xiàn)凍雨天氣，尤其是2008年的大范圍、長(zhǎng)時(shí)間低溫凍雨天氣，輸電線路覆冰嚴(yán)重，引發(fā)了一系列的事故。作者所在的云南地區(qū)2015年底～2016年初也經(jīng)歷了歷史罕見的大范圍降溫、冰凍，部分輸電線路也出線倒塔、斷線等事故。

由于輸電線路覆冰無明顯規(guī)律，特別是山區(qū)，缺乏氣象觀測(cè)資料，此外還有微地形、微氣象地區(qū)的存在，給覆冰條件的選擇增加了難度。覆冰條件在很大程度上影響了線路的經(jīng)濟(jì)性。文章僅對(duì)輸電線路鋼芯鋁絞線在冰過載條件下的受力進(jìn)行分析，希冀對(duì)斷線事故分析、線路導(dǎo)線抗冰能力分析以及已有線路抗冰改造方面有所助益。

1 分析思路

根據(jù)有關(guān)規(guī)范，導(dǎo)線在弧垂最低點(diǎn)的設(shè)計(jì)安全系數(shù)不應(yīng)小于2.5，在稀有風(fēng)速或稀有覆冰氣象條件時(shí)，弧垂最低點(diǎn)的最大張力不應(yīng)超過其拉斷力的70%。對(duì)于鋼芯鋁絞線來說，導(dǎo)線所受應(yīng)力在鋼芯和鋁股中分配是不均勻的，實(shí)際的情況是鋁股的安全系數(shù)要低于導(dǎo)線整體的安全系數(shù)。因而易于發(fā)生鋁線斷股，甚至是整體斷線，因而在分析中不僅要考慮導(dǎo)線整體受力，也應(yīng)分析鋁股的受力。

在分析中，根據(jù)導(dǎo)線的狀態(tài)方程式，可以由已知覆冰工況下導(dǎo)線的比載和應(yīng)力，計(jì)算在較其更重的覆冰情況下導(dǎo)線所受的應(yīng)力，并計(jì)算鋁股應(yīng)力，以判斷在更重覆冰情況下導(dǎo)線的安全性。

2 計(jì)算原理

（1）導(dǎo)線的狀態(tài)方程式

式中：σa-鋁部應(yīng)力；σ-絞線應(yīng)力；Ea-鋁的彈性模量；Es-鋼的彈性模量；?-鋼鋁截面比。

經(jīng)過比對(duì)，式（2）和（3）計(jì)算結(jié)果差異較小，故工程上可以式（3）作為簡(jiǎn)化計(jì)算。

通過狀態(tài)方程（1），根據(jù)已知?dú)庀髼l件下導(dǎo)線的比載、應(yīng)力以及待求氣象條件導(dǎo)線的比載，求出待求氣象條件下導(dǎo)線的應(yīng)力σ，并根據(jù)式（3）求出鋁股所受的應(yīng)力。當(dāng)待求導(dǎo)線的應(yīng)力滿足安全系數(shù)要求，鋁股受力滿足不受破壞的條件時(shí)，認(rèn)為導(dǎo)線在該氣象條件（覆冰更重）下導(dǎo)線整體是安全的。

3 算例分析

以導(dǎo)線JL/G1A-240/30為例，設(shè)計(jì)安全系數(shù)2.5，設(shè)計(jì)氣象區(qū)為云南II區(qū)，驗(yàn)證氣象條件分別取20mm（云南III區(qū)）和25mm冰厚，覆冰風(fēng)速均取15m/s。主要的相關(guān)計(jì)算參數(shù)如表1。

根據(jù)式（1）和（3）以及以上參數(shù)，采用編程的手段，不難得出在不同檔距情況下，上述驗(yàn)證氣象條件下導(dǎo)線及鋁股的應(yīng)力如表2。

由計(jì)算結(jié)果看出，在200m～800m檔距情況下，當(dāng)采用10mm覆冰設(shè)計(jì)時(shí)，若發(fā)生20mm的覆冰，導(dǎo)線應(yīng)力仍未超過181.0Mpa（安全系數(shù)為1.43），鋁股應(yīng)力均未超過鋁線可承受的破壞應(yīng)力（以160MPa考慮），可見導(dǎo)線具有較好的抗冰過載能力，同時(shí)導(dǎo)線和鋁股受力對(duì)檔距的變化并不敏感。當(dāng)冰厚增加到25mm，檔距為300m時(shí)，導(dǎo)線應(yīng)力已無法滿足規(guī)程要求，且鋁股應(yīng)力也開始接近破壞應(yīng)力，因而在此條件下，若檔距控制不超過300m時(shí)，導(dǎo)線整體仍具有一定的安全性。

4 結(jié)束語

近年來，世界范圍內(nèi)不利的氣候呈增多趨勢(shì)，因此在輸電電路氣象條件尤其是覆冰條件的選取時(shí)，除應(yīng)采取相對(duì)保守的態(tài)度外，也應(yīng)該對(duì)線路抗冰的能力進(jìn)行一定的評(píng)估，做到“心中有譜”，從而打造安全、合理、經(jīng)濟(jì)的工程。

參考文獻(xiàn)

[1]張殿生.電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)（第二版）[M].北京：中國(guó)電力出版社，2003.

[2]GB50545-2010.110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]邵天曉.架空送電線路的電線力學(xué)計(jì)算[M].北京：中國(guó)電力出版社，2003.

[4]張子引.鋼芯鋁絞線外層鋁線的過載能力分析[J].輸配電工程與技術(shù)，2013，2：39-42.

[5]云南省電力設(shè)計(jì)院.風(fēng)電場(chǎng)電氣系統(tǒng)典型設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2011.

[6]聶國(guó)一.論重冰區(qū)送電線的最大允許冰載[J].電力建設(shè)，1991，5：1-5.

[7]巴洪武.導(dǎo)線過載能力的計(jì)算方法[J].電力建設(shè)，1989，5：30-33.