林建營(yíng)

(福建永福電力設(shè)計(jì)股份有限公司，福州350108)

山區(qū)線路多分裂導(dǎo)線安全系數(shù)的選擇

林建營(yíng)

(福建永福電力設(shè)計(jì)股份有限公司，福州350108)

導(dǎo)線是輸電線路的主要元件之一，導(dǎo)線設(shè)計(jì)安全系數(shù)的選擇是線路設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。合理選取導(dǎo)線的安全系數(shù)，對(duì)確保輸電線路安全運(yùn)行具有重要的意義。本文定性分析山區(qū)輸電線路工程多分裂導(dǎo)線安全系數(shù)的選擇過程。

導(dǎo)線安全系數(shù)；水平應(yīng)力；懸掛點(diǎn)應(yīng)力

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和本著“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”的建設(shè)理念，大容量、遠(yuǎn)距離、跨區(qū)域等架空輸電線路尤其是超高壓、特高壓輸電線路選用的導(dǎo)線截面、導(dǎo)線分裂根數(shù)不斷增大變多，主要有4×400 mm2、4×630 mm2、4×720 mm2、4×800 mm2、6×1250 mm2、8×630 mm2、8×1250 mm2。且輸電線路路徑選擇服從地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)及符合環(huán)境保護(hù)要求，路徑方案優(yōu)先避讓土地資源利用價(jià)值高的平丘地區(qū)，而是選擇從山地、高山經(jīng)過。受山區(qū)地形及氣象條件的影響，工程設(shè)計(jì)過程中除了要考慮導(dǎo)線的電氣性能也要考慮導(dǎo)線的機(jī)械性能，導(dǎo)線安全系數(shù)是導(dǎo)線機(jī)械性能的一個(gè)重要參數(shù)。導(dǎo)線安全系數(shù)即導(dǎo)線的瞬時(shí)破壞應(yīng)力與弧垂最低點(diǎn)最大使用應(yīng)力之比。選擇導(dǎo)線安全系數(shù)目的在于保證導(dǎo)線在各種不利因素影響下能夠安全運(yùn)行，減少或避免因?qū)Ь€機(jī)械性能原因引起的電網(wǎng)事故。在工程設(shè)計(jì)過程中，山區(qū)架空輸電線路多分裂導(dǎo)線的安全系數(shù)主要從以下幾個(gè)方面考慮。

1 設(shè)計(jì)規(guī)范要求值

架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：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,懸掛點(diǎn)的設(shè)計(jì)安全系數(shù)不應(yīng)小于2.25。該條文為強(qiáng)制性條文，必須嚴(yán)格執(zhí)行。導(dǎo)線在弧垂最低點(diǎn)的最大張力按下式計(jì)算[1]：

式中：Tmax為導(dǎo)線在弧垂最低點(diǎn)的最大張力，N；Tp為導(dǎo)線的拉斷力，N；Kc為導(dǎo)線的設(shè)計(jì)安全系數(shù)。

2 導(dǎo)線懸掛點(diǎn)應(yīng)力驗(yàn)算

現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：如懸掛點(diǎn)高差過大，應(yīng)驗(yàn)算懸掛點(diǎn)應(yīng)力，懸掛點(diǎn)應(yīng)力可較弧垂最低點(diǎn)應(yīng)力高10%。檢查懸掛點(diǎn)應(yīng)力可以使用懸掛點(diǎn)應(yīng)力臨界曲線計(jì)算公式[2]：

(1)

式中：h為懸掛點(diǎn)間高差，m；σp為導(dǎo)線懸掛點(diǎn)允許應(yīng)力，N/mm2；σm為導(dǎo)線最低點(diǎn)最大使用應(yīng)力，N/mm2；l為檔距，m；γ為與σm相對(duì)應(yīng)情況的導(dǎo)線比載，N/m·mm2。

將式(1)轉(zhuǎn)化為下式：

通過計(jì)算導(dǎo)線懸掛點(diǎn)允許應(yīng)力(σp)求出導(dǎo)線懸掛點(diǎn)的設(shè)計(jì)安全系數(shù)。當(dāng)安全系數(shù)小于2.25時(shí)，應(yīng)優(yōu)先調(diào)整桿塔位置及高度解決，或是放松該耐張段的導(dǎo)線最低點(diǎn)最大使用應(yīng)力，以提高導(dǎo)線安全系數(shù)，直至滿足規(guī)程要求。

3 考慮間隔棒因素驗(yàn)算導(dǎo)線最低點(diǎn)應(yīng)力

對(duì)于懸掛于鐵塔的輸電線路導(dǎo)線，當(dāng)氣象條件變化時(shí)即氣溫或荷載改變時(shí)，導(dǎo)線應(yīng)力及弧垂也隨著發(fā)生變化。常用的輸電線路電線的狀態(tài)方程如下式[2]：

式(2)可轉(zhuǎn)化為：

σ2·(σ+A)=B

對(duì)于分裂導(dǎo)線，為了限制子導(dǎo)線之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)及在正常情況下保持分裂導(dǎo)線的幾何形狀，分裂導(dǎo)線必須安裝間隔棒。分裂間隔棒作為一個(gè)集中荷載依附在分裂導(dǎo)線中，考慮分裂間隔棒是沿線布置，可以將沿線布置的分裂間隔棒重量視為均勻地分布在導(dǎo)線中。

目前分裂導(dǎo)線的現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)工序是先按設(shè)計(jì)提供的圖紙緊線后再空中安裝間隔棒，此時(shí)考慮分裂間隔棒重量的導(dǎo)線比載(γ)將發(fā)生變化，而氣溫不變(t=tm)，通過式(2)計(jì)算出安裝了分裂間隔棒的電線最低點(diǎn)水平應(yīng)力(σ)，即可得知安裝了分裂間隔棒的導(dǎo)線的安全系數(shù)。當(dāng)安全系數(shù)小于2.5時(shí)，應(yīng)放松該耐張段的導(dǎo)線最低點(diǎn)最大使用應(yīng)力，以提高導(dǎo)線安全系數(shù)，直至滿足規(guī)程要求。

例如，某一山區(qū)500 kV線路工程，Vmax=30 m/s、C=10 mm，導(dǎo)線為4×LGJ-400/35，間隔棒平均安裝距離為56 m。導(dǎo)線設(shè)計(jì)安全系數(shù)K0=2.5，間隔棒安裝后考慮間隔棒影響時(shí)，導(dǎo)線安全系數(shù)K=2.467<2.5，因此嚴(yán)格意義上說，導(dǎo)線設(shè)計(jì)安全系數(shù)K0取值應(yīng)提高，可取K0=2.55[3]。

4 考慮串重因素驗(yàn)算導(dǎo)線懸掛點(diǎn)應(yīng)力

耐張塔導(dǎo)線懸掛點(diǎn)除了受導(dǎo)線切向應(yīng)力作用外，還受耐張串重力作用。對(duì)特高壓大截面多分裂導(dǎo)線，由于耐張絕緣子數(shù)量多、噸位高等，耐張串的重量高達(dá)105～2×105N，此時(shí)耐張串的重量將對(duì)懸掛點(diǎn)受力產(chǎn)生較大的影響。

不考慮耐張串重時(shí)耐張塔導(dǎo)線懸掛點(diǎn)受力分析如圖1所示(以B點(diǎn)為例)。

圖1 不考慮耐張串重時(shí)耐張塔導(dǎo)線懸掛點(diǎn)受力Fig.1 Suspension point stress of tension towerconductor without considering tension string weight

B點(diǎn)懸掛點(diǎn)應(yīng)力切線方向綜合值(σB)計(jì)算式如下[2]：

式中：l為兩懸掛點(diǎn)間之間的水平距離即檔距，m；h為兩懸掛點(diǎn)間之間的垂直距離即高差(大號(hào)-小號(hào))，m；σ0為電線最低點(diǎn)水平應(yīng)力，N/mm2；γ為控制工況下的電線比載， N/m·mm2。

考慮耐張串重時(shí)耐張塔導(dǎo)線懸掛點(diǎn)受力(TG)分析如圖2所示，計(jì)算式如下:

式中：θB為耐張絕緣子串的傾斜角；GV為耐張絕緣子串的重力，N；g1為控制條件下導(dǎo)線單位長(zhǎng)度自重力，N；T為計(jì)算條件下導(dǎo)線水平張力，N；TB為懸掛點(diǎn)張力切線方向綜合值，N。

圖2 考慮耐張串重時(shí)耐張塔導(dǎo)線懸掛點(diǎn)受力分析Fig.2 Suspension point stress analysis of tension towerconductor when considering tension string weight

例如，某一±800 kV直流線路工程，Vmax=30 m/s、C=20 mm，導(dǎo)線為6×JL1/G2A-1250/100，耐張串強(qiáng)度為4×550 kN，單聯(lián)絕緣子片數(shù)為67片，耐張轉(zhuǎn)角塔與鄰塔檔距l(xiāng)=632 m，高差h=162.7 m。不考慮耐張串重影響時(shí)，導(dǎo)線安全系數(shù)K=2.6，考慮串重影響時(shí)，導(dǎo)線安全系數(shù)K=2.75[4]。

5 耐張塔兩側(cè)張力差檢驗(yàn)

耐張轉(zhuǎn)角塔在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，兩側(cè)負(fù)荷用代表檔距一般按300 m/650 m來考慮，并結(jié)合水平檔距和垂直檔距組成“大水平荷載、大垂直荷載、大張力，小水平荷載、小垂直荷載、小張力”等組合[5]。在工程實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，受地形或外部設(shè)施影響，部分耐張轉(zhuǎn)角塔兩側(cè)的代表檔距相差懸殊，某一種工況下的兩側(cè)應(yīng)用張力差額超過原設(shè)計(jì)張力差額，鐵塔某一構(gòu)件滿應(yīng)力度超過100%[6]。這種情況下電氣專業(yè)可以提高大張力側(cè)導(dǎo)線安全系數(shù)以控制最大風(fēng)工況、覆冰工況、低溫工況、平均氣溫工況、斷線工況、安裝工況等工況下兩側(cè)張力差額滿足要求。

6 結(jié) 論

架空輸電線路導(dǎo)線安全系數(shù)取值除了要必須滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求值外，還應(yīng)該考慮：

1) 對(duì)于山區(qū)線路，由于高差大檔距大，應(yīng)檢查導(dǎo)線懸掛點(diǎn)應(yīng)力是否超過允許值；

2) 多分裂導(dǎo)線，還應(yīng)考慮安裝間隔棒等防振防舞裝置因素；

3) 多聯(lián)大噸位耐張絕緣子安全系數(shù)應(yīng)考慮串重因素，控制單側(cè)垂直檔距或?qū)Ь€安全系數(shù)；

4) 導(dǎo)線安全系數(shù)放松時(shí)考慮耐張轉(zhuǎn)角塔兩側(cè)張力平衡校驗(yàn)。

[1] 中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì). 110 kV-750 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范[M]. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社, 2010.

China Electricity Council. Code for design of 110 kV-750 kV overhead transmission line[M]. Beijing: China Planning Press, 2010.

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

ZHANG Diansheng. Design handbook for power engineering high voltage transmission line[M]. Beijing: China Electrical Power Press, 2003.

[3] 龍巖-漳州500 kV線路工程導(dǎo)線安全系數(shù)驗(yàn)算計(jì)算書(考慮間隔棒影響)[R]. 福州: 福建永福工程顧問有限公司, 2010.

Statement of engineering wire safety factor selection for Longyan-Zhangzhou 500 kV transmission line (considering the influence of spacer)[R]. Fuzhou: Fuzhou: Fujian Yongfu Engineering Consultants Co., Ltd., 2010.

[4] 靈州-紹興±800 kV特高壓直流輸電線路工程導(dǎo)線安全系數(shù)選擇計(jì)算書(考慮耐張串重影響)[R]. 福州: 福建永福工程顧問有限公司, 2013.

Statement of engineering wire safety factor selection for Linzhou-Shaoxing ±800 kV UHVDC transmission line (considering the influence of weight of strain insulator-string)[R]. Fuzhou: Fujian Yongfu Engineering Consultants Co., Ltd., 2013.

[5] 靈州-紹興±800 kV特高壓直流輸電線路工程桿塔計(jì)算原則[R]. 合肥: 安徽省電力設(shè)計(jì)院, 2013.

Calculation principle of engineering tower for Linzhou-Shaoxing ±800 kV UHVDC transmission line[R]. Hefei: Anhui Electric Power Design Institute, 2013.

[6] 何鵬飛. 靈州-紹興±800 kV特高壓直流輸電線路架線施工方案的論證[J]. 建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì), 2015(28)：1760.

HE Pengfei. Demonstration of construction schemes of Xingzhou-Shaoxing±800 kV UHVDC transmission line[J].Architectural Engineering Technology and Design,2015(28):1760.

Selection of multi-bundled conductor safety coefficient for lines in mountainous areas

LIN Jianying

(Fujian Yongfu Power Engineering Co., Ltd., Fuzhou 350108, China)

Conductor is one of the main components for the transmission lines and the choice of the conductor designed safety coefficient is the key link in the line design. Reasonable selection of the safety coefficient is of great significance to ensure the safe operation of transmission lines. In this paper, the selection process of the multi-bundled conductor safety coefficient in transmission line project of mountainous areas is qualitatively analyzed.

conductor safety coefficient; horizontal stress; suspension point stress

2017-05-10；

2017-08-13。

林建營(yíng)(1977—)，男，高級(jí)工程師，主要從事輸配電線路設(shè)計(jì)工作。

TM751

A

2095-6843(2017)06-0540-03

(編輯陳銀娥)