黃 平

（廣西水利電業(yè)集團(tuán)新疆克州水利發(fā)電有限公司）

0 引言

輸電連接線路的材料分類(lèi)連接方式有許多，按照其能夠輸送特定電流的各種類(lèi)型和材料種類(lèi)，可以依次劃分為有線交流式的輸電連接線路和直流式的輸電連接線路，按照每種輸電連接線路所用的導(dǎo)電材料不同，分別為有線架空式的輸電連接線路和無(wú)源式有線電纜式的連接線路［1］。

1 設(shè)計(jì)原始資料

（1）線路概況

擬建一回220kV線路：

1）線路所處地區(qū)海拔在3000～3300m之間，等級(jí)為II級(jí)。

2）外業(yè)定位工作已經(jīng)完成并成平斷面定位圖。

3）根據(jù)系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)論證提資，地線一根采用JLB20A-150鋁包鋼絞線，另一根采用OPGW 地線；外業(yè)定位工作已經(jīng)完成并形成平斷面定位圖。

（2）設(shè)計(jì)用氣象條件

本次設(shè)計(jì)用氣象條件取值見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)用氣象條件一覽表

（3）導(dǎo)地線選擇

導(dǎo)線管的橫向縱截面的基本設(shè)計(jì)技術(shù)要求一般應(yīng)從它的主要電氣性能特點(diǎn)和它的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性質(zhì)兩個(gè)基本方面來(lái)綜合考慮，保證安全、經(jīng)濟(jì)有效地實(shí)現(xiàn)輸出額定電能［2］。一般先按照國(guó)家規(guī)定的通用經(jīng)濟(jì)電流密度標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行測(cè)量跨越初選選型導(dǎo)線的電流截面，再按照國(guó)家規(guī)定的電流允許導(dǎo)線電壓電流損失、發(fā)熱、電暈、等各種情況對(duì)其進(jìn)行電流校驗(yàn)，大幅度跨越初選導(dǎo)線的電流截面是否適宜按照國(guó)家規(guī)定的電流允許導(dǎo)線負(fù)荷相應(yīng)電流進(jìn)行選型，并通過(guò)采用科學(xué)校驗(yàn)技術(shù)對(duì)其電流進(jìn)行負(fù)荷比較來(lái)進(jìn)行確定［3］。

2 地線校驗(yàn)及地線基本參數(shù)

（1）機(jī)械強(qiáng)度校驗(yàn)

地線在選擇采用鍍鋅鋼絞線時(shí)與引線的連接位置宜符合的要求，見(jiàn)表2。

表2 地線采用鍍鋅鋼絞線時(shí)與導(dǎo)線的配合

本線路采用的地線型號(hào)為JLB20A-150，其截面為148.07mm2＞100mm2，滿(mǎn)足條件。

（2）熱穩(wěn)定校驗(yàn)

當(dāng)一個(gè)電力系統(tǒng)在工作時(shí)發(fā)生一個(gè)單項(xiàng)性接地故障，就需要將地線返回輸出電流，由此產(chǎn)生的氣溫升高不應(yīng)大于或超過(guò)它們的允許值，以免造成機(jī)械強(qiáng)度的明顯減弱。檢驗(yàn)短路熱穩(wěn)定時(shí)的地線容許溫度，鋼芯鋁絞線、鋼芯鋁合金絞線的容許溫度可以選擇200℃，鋼芯鋁包鋼絞線、鋁包鋼絞線的容許溫度可選擇300℃，鍍鋅鋼絞線的容許溫度可選擇400℃，光纖復(fù)合地線容許的溫度要求應(yīng)該是采用本企業(yè)的試驗(yàn)質(zhì)量保證標(biāo)準(zhǔn)［4］。地線短路熱穩(wěn)定所需要的電流大小可按如下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中I為地線的短路熱穩(wěn)定允許電流；C為載流部分的熱容量；α0為載流部分20℃時(shí)的電阻溫度系數(shù)；R0為載流部分20℃時(shí)的電阻；T為短路熱穩(wěn)定的計(jì)算時(shí)間；ta為環(huán)境溫度，采用最高氣溫月的平均最高氣溫；t為地線的短路熱穩(wěn)定允許溫度。

（3）地線基本參數(shù)

整合設(shè)計(jì)原始資料列出計(jì)算用的地線JLB20A-150參數(shù)表，抗拉斷力強(qiáng)度：對(duì)相關(guān)架空軌道線路本身進(jìn)行綜合抗拉抗扯斷力額定試驗(yàn)時(shí)，要求其中的相關(guān)架空線路本身應(yīng)保證能夠同時(shí)可以承受95%的額定抗拉斷力，即對(duì)其相關(guān)架空線路的額定綜合抗拉斷力試驗(yàn)等級(jí)為95%。所以臺(tái)灣架空鐵道線路的最高抗拉應(yīng)力強(qiáng)度使用表示公式為：

地線安全系數(shù)：根據(jù)《110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50545-2010）規(guī)定導(dǎo)地線在橫向圓弧形或垂直懸掛最低點(diǎn)上軌道設(shè)計(jì)的安全強(qiáng)度系數(shù)一般適宜不應(yīng)不得大于2.5，懸掛最低點(diǎn)上的軌道設(shè)計(jì)線路安全系數(shù)也一般不宜不得小于2.25。地面導(dǎo)線的采用設(shè)計(jì)安全保護(hù)系數(shù)一般要求不宜大于超過(guò)或至少等于一條導(dǎo)線所采用設(shè)計(jì)的安全系數(shù)。

即使不完全充分考慮列車(chē)懸掛架時(shí)點(diǎn)的震動(dòng)附加彎曲應(yīng)力和列車(chē)震動(dòng)時(shí)點(diǎn)的附加應(yīng)力驅(qū)動(dòng)彎曲應(yīng)力的相互作用，最小安全系數(shù)也至少可按設(shè)計(jì)要求盡量達(dá)到1.86。為了有效保證我國(guó)架空鐵路輸電電纜線路的安全正常工作運(yùn)行，考慮到的地面導(dǎo)線大部分均直接采用不銹鋼絞線，容易長(zhǎng)期受到強(qiáng)風(fēng)腐蝕，其最大基本設(shè)計(jì)安全系數(shù)宜遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于超過(guò)輸電導(dǎo)線的最大基本設(shè)計(jì)安全系數(shù)。即K＞2.5，在本次設(shè)計(jì)中取K＝3.0。取3.0后的值和典型設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)角塔基本荷載表里面在對(duì)比，本次設(shè)計(jì)的值382是小于地線掛點(diǎn)可承受力（34034N），滿(mǎn)足桿塔安全。

3 地線應(yīng)力弧垂及地線臨界檔距計(jì)算

（1）地線比載的計(jì)算

1）自重比載

自重比載是架空線自身重量引起的比載，其大小可認(rèn)為不受氣象條件變化的影響。自重比載的計(jì)算公式為：

式中q為地線的單位長(zhǎng)度質(zhì)量；A為地線的截面積；g為重力加速度，g＝9.80665。

2）冰重比載

冰重比載是架空線的覆冰重量引起的比載。在覆冰厚度為時(shí)，單位長(zhǎng)度架空線上的覆冰體積為：

若取覆冰的密度ρ＝0.9×10－3kg／cm3，則冰重比載為：

式中b為覆冰厚度，b＝20mm；d為地線的外徑；A為地線的截面積；g為重力加速度，g＝9.80665。

3）垂直總比載

垂直總比載包括自重比載和冰重比載，其作用方向垂直向下，其值等于自重比載與冰重比載之和，即

4）無(wú)冰風(fēng)壓比載

無(wú)冰風(fēng)壓比載是指線路在無(wú)冰條件下，風(fēng)向在垂直于導(dǎo)線方向的作用力所產(chǎn)生的比載。當(dāng)最大風(fēng)速時(shí)：v＝27m／s基本風(fēng)壓為：

式中W27為風(fēng)速為27時(shí)的風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值，Pa；v2為風(fēng)速，m／s。

5）覆冰風(fēng)壓比載

（2）計(jì)算地線臨界檔距并判斷控制氣象條件

地線的瞬時(shí)破壞應(yīng)力：

控制應(yīng)力：

平均運(yùn)行應(yīng)力：

（3）臨界檔距的判定

判定有效臨界檔距的方法很多，本次設(shè)計(jì)采用的是列表法。

計(jì)算的有效臨界檔距判別見(jiàn)表3。

表3 有效臨界檔距判別表

由上表數(shù)據(jù)可得：當(dāng)有效臨界檔距為lbd＝177m，當(dāng)檔距50＜l≤177m時(shí)，控制氣象條件為b（年平均氣溫）；當(dāng)l≧177m時(shí)，控制氣象條件為d（最厚覆冰）。

4 結(jié)束語(yǔ)

本次設(shè)計(jì)根據(jù)原始資料以及實(shí)際的工程運(yùn)用，完成了最大風(fēng)速的換算、地線安全系數(shù)的選取、地線的相關(guān)校驗(yàn)、地線相關(guān)參數(shù)的計(jì)算、地線等幾個(gè)重要比載的計(jì)算，然后根據(jù)我們逐步推導(dǎo)的應(yīng)力弧垂的計(jì)算步驟用這些公式計(jì)算出應(yīng)力弧垂的條件。本次設(shè)計(jì)中用到地線JLB20A-150的幾個(gè)非常重要的參數(shù)：破壞應(yīng)力、控制應(yīng)力、平均運(yùn)行應(yīng)力。這次設(shè)計(jì)過(guò)程中最大的難點(diǎn)也是最容易出錯(cuò)的地方，就是計(jì)算是給定、或者計(jì)算得出數(shù)據(jù)的單位換算和計(jì)算公式的準(zhǔn)確性。