李夢麗 米俊 張博 李瑋 楊曉輝 劉博

（1.河南恩湃高科集團(tuán)有限公司，河南鄭州 450052；2.國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院輸電線路舞動防治技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南鄭州 450052；3.鄭州日產(chǎn)汽車有限公司，河南鄭州 450001；4.國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院，河南鄭州 450052）

相地間隔棒對特高壓八分裂導(dǎo)線的靜態(tài)張力影響分析

李夢麗1，2米俊3張博2，4李瑋3楊曉輝2，4劉博1，2

（1.河南恩湃高科集團(tuán)有限公司，河南鄭州 450052；2.國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院輸電線路舞動防治技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南鄭州 450052；3.鄭州日產(chǎn)汽車有限公司，河南鄭州 450001；4.國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院，河南鄭州 450052）

分析相地間隔棒的不同布置方式對特高壓八分裂導(dǎo)線靜態(tài)張力的影響，結(jié)果表明：安裝相地間隔棒后整檔導(dǎo)線張力顯著增大；相地間隔棒在同一檔導(dǎo)線中的不同布置方式對導(dǎo)線張力影響較大；安裝相地間隔棒處，導(dǎo)線的張力有明顯的跳躍現(xiàn)象；靜載荷下相地間隔棒不會引起導(dǎo)線損傷。

相地間隔棒；特高壓；導(dǎo)線張力

架空輸電線路舞動造成嚴(yán)重的電網(wǎng)災(zāi)害，對桿塔、導(dǎo)線、金具等部件造成損害，引起線路頻繁跳閘與停電，影響輸電線路的安全運(yùn)行，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響［1］。2009年底至2010年初，河南電網(wǎng)覆冰舞動造成59基桿塔發(fā)生不同程度的損壞［2］。近年來，相關(guān)專家學(xué)者對輸電線路舞動防治開展了大量的科學(xué)研究工作，提出了多種防舞動措施，并應(yīng)用于工程實(shí)際。

特高壓線路具有分裂數(shù)多、導(dǎo)線截面積大、電壓等級高等特點(diǎn)，對應(yīng)于特高壓線路的防舞設(shè)計(jì)方法及防舞裝置，也應(yīng)與較低電壓等級輸電線路的防舞有所不同［3］。隨著我國電網(wǎng)的發(fā)展建設(shè)以及“西電東送和北電南送”工程的實(shí)施，我國已經(jīng)陸續(xù)建成直流±800kV和交流1 000kV特高壓線路。因此，特高壓線路的舞動防治研究是很有必要的。

國網(wǎng)輸電線路舞動防治技術(shù)實(shí)驗(yàn)室在輸電線路舞動防治方面做了大量的工作，研制出了一種新型防舞動工具——相地間隔棒。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室多次在1 000kV特高壓八分裂真型試驗(yàn)線路上的試驗(yàn)，結(jié)果表明防舞動效果顯著。但是，相地間隔棒容易造成導(dǎo)線損傷。為了考察安裝相地間隔棒后，導(dǎo)線張力的變化情況，本文結(jié)合理論和仿真分析了靜態(tài)工況下不同相地間隔棒布置方式對導(dǎo)線張力的影響。

1 線路模型

1.1 線路概況

某1 000kV特高壓線路檔距487m，無高差，導(dǎo)線型號為LGJ630/45，每相導(dǎo)線為八分裂，子導(dǎo)線分裂間距為0.4m。在該檔線路上安裝了2套相地間隔棒，每套相地間隔棒對導(dǎo)線的拉力為3kN。

1.2 相地間隔棒工作原理

圖1為相地間隔棒工作圖，由復(fù)合絕緣子和拉線組成，復(fù)合絕緣子端與導(dǎo)線相連，拉線端與地面上由水泥澆筑的地錨連接。通過相地間隔棒對導(dǎo)線的拉力作用而取得防舞動效果。

圖1 相地間隔棒

1.3 建立模型

借助有限元仿真分析軟件建立單相導(dǎo)線的模型（見圖2），其中導(dǎo)線LGJ630/45參數(shù)如表1所示［4］。

圖2 導(dǎo)線模型

表1 導(dǎo)線LGJ630/45參數(shù)

2 相關(guān)理論計(jì)算

架空輸電線路導(dǎo)線張力的計(jì)算公式為［5］：

式（1）中，F(xiàn)為導(dǎo)線張力，σ為導(dǎo)線應(yīng)力，A為導(dǎo)線橫截面積。

架空導(dǎo)線上任一點(diǎn)的應(yīng)力方向與該點(diǎn)導(dǎo)線軸向相一致，其水平分量均與導(dǎo)線最低點(diǎn)的應(yīng)力σ0相等。工程上常以最低點(diǎn)應(yīng)力σ0作為已知條件［6］。

按圖3所示坐標(biāo)位置，當(dāng)已知導(dǎo)線任一點(diǎn)的軸向傾斜角為θ時，則導(dǎo)線上任意一點(diǎn)C的應(yīng)力表達(dá)式為：

式（2）中，σx為導(dǎo)線任一點(diǎn)的應(yīng)力，γ為導(dǎo)線比載，l為該檔導(dǎo)線的檔距，x為導(dǎo)線任一點(diǎn)的橫坐標(biāo)值（m），h為該檔導(dǎo)線兩懸掛點(diǎn)之間的高差。

圖3 導(dǎo)線受力圖

導(dǎo)線任一點(diǎn)應(yīng)力σx與該點(diǎn)對最低點(diǎn)高差之間的關(guān)系式為：

σx=σ0+γ（y-y0）（3）

式（3）中，y為導(dǎo)線任一點(diǎn)的縱坐標(biāo)值（m），y0為導(dǎo)線最低點(diǎn)O處的縱坐標(biāo)值（m）。

架空線在弧垂最低點(diǎn)所允許使用的最大應(yīng)力，稱為最大使用應(yīng)力，其值由式（4）確定：

［σ］=σp/k（4）

式（4）中，σp為架空線的抗拉強(qiáng)度，k為架空線的設(shè)計(jì)安全系數(shù)。為保證導(dǎo)線的安全運(yùn)行，設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定導(dǎo)線最大應(yīng)力下的設(shè)計(jì)安全系數(shù)不小于2.5。

3 不同工況下導(dǎo)線張力分析

3.1 計(jì)算工況

為了考察不同相地間隔棒布置方式對導(dǎo)線張力的影響，相地間隔棒的布置方式分為3種工況，分別為工況一、二、三，未安裝相地間隔棒時為工況四，具體如下：工況一，相地間隔棒布置在1/3和2/3處；工況二，相地間隔棒布置在1/4和3/4處；工況三，相地間隔棒布置在2/9和7/9處；工況四，未安裝相地間隔棒。

3.2 計(jì)算結(jié)果

圖4所示為工況一的仿真計(jì)算結(jié)果?？梢钥闯鰧?dǎo)線所受軸力最大的位置位于導(dǎo)線兩懸掛點(diǎn)處，與式（3）相吻合；最大位移發(fā)生在安裝相地間隔棒處，這是由于相地間隔棒對導(dǎo)線的拉力作用。其余工況導(dǎo)線的軸力云圖和位移云圖的分布與工況一相似，計(jì)算結(jié)果云圖不再列出。

圖5為工況四仿真計(jì)算結(jié)果。對比圖4、5可知，導(dǎo)線軸力云圖分布相似，位移云圖區(qū)別較大。與工況一不同，工況四最大位移發(fā)生在弧垂最低點(diǎn)處，原因在于工況四沒有安裝相地間隔棒，最大弧垂位置發(fā)生在整檔導(dǎo)線弧垂最低點(diǎn)處。

圖4 工況一計(jì)算結(jié)果云圖

圖5 工況四計(jì)算結(jié)果云圖

圖6為4種工況下導(dǎo)線張力對比圖，由圖6可以看出，一是安裝相地間隔棒后整檔導(dǎo)線張力顯著增大，以檔距最低點(diǎn)處張力為例（見表2），安裝相地間隔棒后導(dǎo)線張力至少增加了6.2%。

二是結(jié)合表2比較3種安裝了相地間隔棒的工況，在檔距最低點(diǎn)處，工況一導(dǎo)線張力增大最多為8.1%，工況三導(dǎo)線張力增大最少為6.2%?？梢娤嗟亻g隔棒在一檔導(dǎo)線中的安裝位置對導(dǎo)線張力有較大影響。以檔距中點(diǎn)為參照點(diǎn)，兩相地間隔棒距檔距中點(diǎn)越近，導(dǎo)線張力越大。

三是由于相地間隔棒的拉力作用，3種安裝相地間隔棒的工況下，在安裝相地間隔棒處導(dǎo)線張力均有明顯的跳躍變化，間隔棒安裝位置越靠近檔距中點(diǎn)，這種跳躍變化越明顯。

四是由式（4）計(jì)算出導(dǎo)線最低點(diǎn)處所允許的最大許用應(yīng)力為89.2MPa。4種工況中工況一導(dǎo)線最低點(diǎn)處張力最大，對應(yīng)該點(diǎn)處的應(yīng)力最大，計(jì)算得該點(diǎn)處導(dǎo)線應(yīng)力為51.6MPa，小于89.2MPa?？梢娫陟o態(tài)載荷下，相間間隔棒的拉力作用不會引起導(dǎo)線的損傷。

圖6 4種工況下導(dǎo)線張力對比圖

表2 檔距最低點(diǎn)處導(dǎo)線張力及增大比例

4 結(jié)論

針對研制的新型防舞動裝置，結(jié)合理論和ANSYS仿真分析，重點(diǎn)分析某檔導(dǎo)線在相同相地間隔棒拉力作用，不同相地間隔棒布置方式下的導(dǎo)線張力。結(jié)果表明，安裝相地間隔棒后整檔導(dǎo)線張力顯著增大；相地間隔棒在同一檔導(dǎo)線中布置方式對導(dǎo)線張力影響較大；在安裝相地間隔棒處，導(dǎo)線的張力有明顯的跳躍現(xiàn)象；靜載荷下相地間隔棒不會引起導(dǎo)線損傷。本研究成果為相地間隔棒的安裝布置提供了參考，為相地間隔棒造成導(dǎo)線損傷的研究提供了基礎(chǔ)。

本文僅研究了相地間隔棒對導(dǎo)線在一種拉力作用下且靜態(tài)工況下的導(dǎo)線張力，在不同相地間隔棒拉力作用下的導(dǎo)線張力、舞動工況下的導(dǎo)線張力以及安裝相間間隔棒引起導(dǎo)線損傷的工況有待進(jìn)一步深入研究。

［1］王少華，蔣興良，孫才新.輸電線路導(dǎo)線舞動的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀［J］.高電壓技術(shù)，2005（10）：11-14.

［2］楊風(fēng)利，黨會學(xué)，楊靖波，等.500kV輸電線路塔線體系舞動響應(yīng)分析［J］.中國電力，2015（7）：139-145.

［3］朱寬軍，劉超群，任西春，等.特高壓輸電線路防舞動研究［J］.高電壓技術(shù)，2007（11）：12-20.

［4］劉振亞.國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計(jì)：1 000kV輸電線路分冊［M］.北京：中國電力出版社，2014.

［5］邵天曉.架空送電線路的電線力學(xué)計(jì)算［M］.2版.北京：中國電力出版社，2003.

［6］孟遂民，孔偉，唐波.架空輸電線路設(shè)計(jì)［M］.北京：中國電力出版社，2015.

Analysis of the Influence of Phase-to-ground Inter-spacer on the Ultra High Voltage Eight Bundled Conductor Static Tension

Li Mengli1,2Mi Jun3Zhang Bo2,4Li Wei3Yang Xiaohui2,4Liu Bo1,2
（1.Henan EPRI Gaoke Group Co.Ltd，Zhengzhou Henan 450052；2.Laboratory of Power Transmission Line Galloping Prevention and Control Technology，State Grid Henan Electric Power Research Institute，Zhengzhou Henan 450052；3.Zhengzhou Nissan Automobile Co.Ltd，Zhengzhou Henan 450001；4.State Grid Henan Electric Power Research Institute，Zhengzhou Henan 450052）

This paper analysed the influence of different configurations of phase-to-ground inter-spacer on the ultra high voltage eight bundled conductor static tension.Results showed that the tension of conductor between two towers was significantly increased with the installation of the phase-to-ground inter-spacer;it had a greater influence of dif?ferent configurations of phase-to-ground inter-spacer on the conductor tension;on the conductor where installed phase-to-ground inter-spacer,the conductor tension had obvious jump phenomena;under static tension,phase-toground inter-spacer did not cause conductor damage.

phase-to-ground inter-spacer；ultra high voltage；conductor tension

TM752

：A

：1003-5168（2017）01-0123-03

2016-12-01

李夢麗（1986-），女，碩士，工程師，研究方向：輸電線路運(yùn)維技術(shù)。