胡駿+羅平

摘 要：隨著科學(xué)的飛速發(fā)展，人們生活水平的進(jìn)一步提高，同時工業(yè)的大力發(fā)展，導(dǎo)致用電負(fù)荷進(jìn)一步增大，電力己經(jīng)成為人們生活中不可缺少的一部分。在全國大部分范圍內(nèi)輸電方式上，以架空輸電線路為主，導(dǎo)線在架空輸電線路中起重要的作用，但架空導(dǎo)線大部分在野外運行，受風(fēng)載荷的影響，導(dǎo)致導(dǎo)線與線夾、導(dǎo)線線股間出現(xiàn)磨損。且這種磨損是無法避免性的，久之就對導(dǎo)線表面狀況和導(dǎo)電性能產(chǎn)生一定性影響，隨之帶來導(dǎo)線電暈的增強(qiáng)、導(dǎo)線斷股的概率增加、線路損耗增多，甚至?xí)?dǎo)致導(dǎo)線斷裂情況發(fā)生。由于導(dǎo)線線股間的磨損具有很大的隱蔽性，難以實施有效的檢測，因此，研究導(dǎo)線線股間的應(yīng)力分布，對深入研究導(dǎo)線的磨損特性具有重要指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：架空線路；受力；磨損

中圖分類號：TM726 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）19-0192-02

引言

架空導(dǎo)線經(jīng)歷了由銅絞線到鋁絞線再到復(fù)合多股絞線的演變。結(jié)合實際經(jīng)驗，一般輸電線路工程項目主要劃分如下5五個方面：（1）土石工程：主要包括材料運輸，以及土石方開挖。土石方開挖包括塔坑、拉線坑、接地槽、施工基面的土石方等工作。（2）基礎(chǔ)工程：該項目主要包括基礎(chǔ)材料的運輸，基礎(chǔ)工程中的鋪石灌漿，預(yù)制基礎(chǔ)和現(xiàn)澆混凝土、打預(yù)制樁和灌注樁基礎(chǔ)?；A(chǔ)建設(shè)完成還需要護(hù)坡、擋土墻、以及排洪砌建。（3）桿塔工程：桿塔工程包括桿塔角鋼的運輸、桿塔的組立以及拉線的制作安裝；桿塔接地的安裝。（4）架線工程：架線工程主要包括導(dǎo)地線的牽引架設(shè)、導(dǎo)地線的運輸。（5）附件安裝工程：附件安裝主要包括金具絕緣子等附件的運輸和安裝費用。

1 導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)及物理性能

圓線同心絞線就是將整根電線的所有各層圓線股都圍繞著同一根芯線扭絞而成。常用的電線都是單絞式的圓線股同心分層絞成，了解其結(jié)構(gòu)和物理性能是推導(dǎo)導(dǎo)線分層模型的基礎(chǔ)。

1.1 導(dǎo)線的扭絞理論

（1）絞線的股數(shù)與外徑。單絞型絞線的線芯可以用1～5股的圓線股扭成，而以中心為一股者最好（現(xiàn)行線標(biāo)中均為一股），這時的外徑最小。各層的股數(shù)隨該層股徑（mm）和相鄰內(nèi)層外徑（mm）而變，其近似關(guān)系式可寫為：

式中考慮了層中線股因具有扭絞斜角而在電線的垂直截面內(nèi)線股呈橢圓、長徑稍大于股經(jīng)的因素。實際生產(chǎn)中股數(shù)取與計算結(jié)果最接近的整數(shù)。

（2）電線密實系數(shù)。電線的密實系數(shù)q為電線各股圓截面總和與外徑圓面積之比值。當(dāng)股徑均相等為d時，具有n層的電線密實系數(shù)q由上式寫為：

由式可知q總是大于0.75，當(dāng)考慮扭絞斜度和層數(shù)n很多時，q接近0.75。該系數(shù)也可用作防腐涂料的計算參數(shù)。

1.2 導(dǎo)線的物理性質(zhì)

綜合拉斷力和抗拉強(qiáng)度是指架空線在均勻增大的拉力作用下，逐漸被拉長，至拉斷時所需的拉力稱為拉斷力。對于鋼芯鋁絞線來說，拉斷力由剛部和鋁部共同承受，為二者的綜合拉斷力。絞線的綜合拉斷力是指絞線受拉時其中強(qiáng)度最弱或受力最大的一股或多股出現(xiàn)拉斷時的總拉力。

相鄰兩層線之間存在正壓力和摩擦力，影響線材的強(qiáng)度和變形，從而降低了絞線的綜合拉斷力。

鋁線的強(qiáng)度損失系數(shù)：37股以上的鋁絞線取0.9，37股及以下的鋁絞線取0.95，鋼芯鋁絞線取1.0。

2 力學(xué)模型的基礎(chǔ)條件

《電力工程高壓送電線路設(shè)計手冊》里面將導(dǎo)線視為一個柔索，不考慮導(dǎo)線分層特性，滿足常規(guī)地質(zhì)、氣候條件的設(shè)計要求。但在極端氣候條件發(fā)生時，由于其導(dǎo)線自身材質(zhì)、結(jié)構(gòu)和載荷比較復(fù)雜，經(jīng)驗設(shè)計法往往不能滿足要求。本節(jié)將結(jié)合導(dǎo)線材料性能參數(shù)，推導(dǎo)了導(dǎo)線分層力學(xué)模型。在對軸向張力以及股間壓力的分析中，我們假定絞線內(nèi)各層股間之間沒有相對滑移，在此前提條件下，推導(dǎo)了得出了線股的軸向張力和股間壓力。

2.1 現(xiàn)有的張力分析方法

工程設(shè)計中，主要的導(dǎo)線應(yīng)力算法如下：

（1）張力均分模型。導(dǎo)線在張力T的作用下，鋁股總受力和鋼股總受力分別為和，計算式為：

（MPa）；EL為鋁股的彈性模量（MPa）；AG為鋼芯的總截面積（mm2）；AL為鋁股的總截面積（mm2）。

（2）電線的狀態(tài)方程：

式中？滓m為已知電線最低點的水平應(yīng)力，？滓為待求最低點應(yīng)力，N/mm2；？酌m，？酌分別為己知和待求的電線比載，N/mm2；l為電線檔距，m；E為導(dǎo)線的彈性模量，N/mm2；a為導(dǎo)線的溫度伸長系數(shù)，1/℃。

2.2 圓線同心絞載荷試驗方法

導(dǎo)線經(jīng)過加工工藝后為驗證可靠性和可用性，在出廠前需進(jìn)行一系列試驗，進(jìn)行導(dǎo)線拉斷力試驗及應(yīng)力應(yīng)變實驗，應(yīng)力應(yīng)變的實驗結(jié)果可以解釋導(dǎo)線強(qiáng)度要求。應(yīng)當(dāng)指出的是運行導(dǎo)線的載荷形式相似于應(yīng)力應(yīng)變試驗加載。圓線同心絞架空導(dǎo)線（GB/T1179-1999）中關(guān)于導(dǎo)線應(yīng)力應(yīng)變的實驗加載如下：（1）施加2%額定抗拉力的初負(fù)荷，拉直導(dǎo)線，拉直后去除初負(fù)荷；（2）施加30%額定抗拉力的負(fù)荷，保持0.5小時，在5分鐘、10分鐘、15分鐘、30分鐘時讀取結(jié)果，并卸載到初負(fù)荷；（3）分別施加50%額定抗拉力、70%額定抗拉力、85%額定抗拉力，保持1小時，分別在5分鐘、10分鐘、15分鐘、30分鐘、45分鐘、60分鐘時讀取結(jié)果，并卸載到初負(fù)荷；（4）均勻施加拉力至額定拉斷力；（5）達(dá)到30%額定抗拉力的時間介于1分鐘與2分鐘之間，負(fù)荷增長速率保持不變。

3 導(dǎo)線分層模型計算實例

通過查詢相關(guān)資料得到方程組導(dǎo)線的力學(xué)相關(guān)方程組，應(yīng)用MATLAB軟件中的Solve命令進(jìn)行求解，處理過程如下：（1）對開方項進(jìn)行級數(shù)分解，約掉對結(jié)果影響較小的高次項；（2）按5層進(jìn)行程序設(shè)計，目前實際導(dǎo)線最多只有5層絞線；（3）應(yīng)用矩陣?yán)碚撘?guī)范方程，便于MATLAB求解的通用化。

以國標(biāo)中JL/G2A-400-45/7型鋼芯鋁絞線為例，該導(dǎo)線是由45股直徑為3.36mm的硬鋁線和7股直徑為2.24mm的高強(qiáng)度A級渡鋅鋼線絞制而成，有3層鋁股，1層鋼芯和中心1根未經(jīng)絞捻的鋼芯，外層右捻，內(nèi)層依此交替，由上式可求得JL/G2A-400-45/7導(dǎo)線各層股線的螺旋角（捻角），用MATLAB編制計算程序，計算得到各股絞線的軸向張力（N）：

=0.028620T，=0.027365T，=0.017226T，=0.017325T，=0.017

331T

各股層間擠壓力（N）：

=0.0030951T，=0.0026913T，=0.0014206T，=0.00063785T

各股線的剪應(yīng)力（）：

=0.0010388T，=0.00047218T，=0.00051172T，=0.0005548T

各股線的正應(yīng)力（）：

=0.0072622T，=0.0069442T，=0.0019539T，=0.0019546T，=0.0019428T

導(dǎo)線受力情況十分復(fù)雜，根據(jù)計算結(jié)果，可以得到如下結(jié)論：（1）四種應(yīng)力中，軸向張力占主導(dǎo)地位；（2）鋼芯的軸向張力最大。這是因為鋼具有抗拉性能以及高強(qiáng)度的機(jī)械特性，也與其結(jié)構(gòu)有關(guān)；（3）鋁股軸向張力從內(nèi)到外依次增加；（4）股線間擠壓力從外到內(nèi)逐漸增大，這是可以理解的，外層作用的層間擠壓力會累計到內(nèi)層。

通過對承受已知張力的各股線受力分配，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線各股線受力情況非常復(fù)雜，而在實際運行中，由于荷載較多，將會更加復(fù)雜。

4 結(jié)束語

圓線同心絞架空導(dǎo)線是由若干股線絞合而成的復(fù)合導(dǎo)線。由于絞線在多方面所呈現(xiàn)的優(yōu)異性能，因此廣泛應(yīng)用在國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域中。絞線在其使用過程中經(jīng)受著各種各樣的荷載。為確保絞線的安全可靠運行，有必要對絞線的受力性能加以分析。本文介紹了圓線同心絞的結(jié)構(gòu)特性及其物理特性，圍繞構(gòu)建分層模型展開研究，在實踐工作中有一定參考意義。

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