摘 要：首先，本文在封網(wǎng)參數(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)封網(wǎng)承力索張力進(jìn)行計(jì)算，并分析承力索最初的設(shè)置階段、正常工作階段以及承力索存在故障階段的張力。其次，確定封網(wǎng)狀態(tài)下承力索弧垂，計(jì)算交叉跨越凈空距離。最后，結(jié)果表明，算法2中空載狀態(tài)下承力索張力為4279.66N，安全系數(shù)仍為50，與施工方案規(guī)格的匹配度更理想。經(jīng)本文方法計(jì)算的承力索空載拉力值、承力索封網(wǎng)后拉力值、空載時(shí)承力索弧垂、封網(wǎng)后承力索弧垂值與測(cè)量結(jié)果相差的數(shù)值分別為26N、24N、0.075m、0.006m，最大誤差率不超過0.42%。由此可見，本文提出的計(jì)算方法更適合運(yùn)用在實(shí)際架空輸電線路建設(shè)施工中。

關(guān)鍵詞：架空輸電線路；無(wú)跨越架封網(wǎng)；承力索張力；承力索弧垂；安全系數(shù)

中圖分類號(hào)：TL 098 " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，電網(wǎng)建設(shè)也在與時(shí)俱進(jìn)，輸電線路建設(shè)作為電網(wǎng)建設(shè)的重要內(nèi)容，其建設(shè)過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)跨電力線的問題。由于工程現(xiàn)場(chǎng)的施工需求，無(wú)法對(duì)被跨越的電力線停電，因此要求在跨越電力線過程中不可以無(wú)電跨越[1]。隨著輸電線路建設(shè)方案優(yōu)化，以迪尼瑪繩索作為承力索，該繩索不僅絕緣且張力更佳，絕緣網(wǎng)的安裝離不開承力索的支撐[2]。在安裝導(dǎo)線的過程中發(fā)生故障導(dǎo)致導(dǎo)線突然掉落，絕緣網(wǎng)會(huì)接住導(dǎo)線，不會(huì)因?qū)Ь€直接掉落在其他電源線路而造成更大的事故，輸電線路施工過程需要保持帶電狀態(tài)。迪尼瑪繩索規(guī)格型號(hào)的選擇決定承力索的張力以及后續(xù)故障狀態(tài)時(shí)絕緣網(wǎng)的承接力，因此需要選擇符合施工要求的迪尼瑪繩索[3]。本文采用在塔上懸掛臨時(shí)橫擔(dān)，在臨時(shí)橫擔(dān)上懸掛滑車，在滑車?yán)镌O(shè)置承力索，在承力索上封網(wǎng)保護(hù)高壓電力線的施工方法，該方法更簡(jiǎn)單，安全風(fēng)險(xiǎn)也相對(duì)較小。但使用這種方法進(jìn)行跨越封網(wǎng)需要合理選擇迪尼瑪承力索的規(guī)格，承力索的受力計(jì)算就顯得尤為重要，為架空輸電線路不停電跨越施工提供技術(shù)支持。

1 無(wú)跨越架封網(wǎng)計(jì)算

1.1 封網(wǎng)參數(shù)確定

表1為不同軸承在220kV電壓下的紅線Ⅰ和Ⅱ的參數(shù)情況，并結(jié)合工程中實(shí)際的跨越狀態(tài)，對(duì)220kV電壓下的紅線進(jìn)行不停電封網(wǎng)，此時(shí)在工程線路的三相導(dǎo)線的部位設(shè)置單相封網(wǎng)成為主要的封網(wǎng)方法，而其具體的寬度C和單位長(zhǎng)度的風(fēng)壓W4（10）滿足的相關(guān)計(jì)算如公式（1）所示。

C≥2W4（10）[m（l-m）/（2H）+λ/ω]+b，W4（10）=0.0613kd

（1）

式中：m、l、H分別為現(xiàn)場(chǎng)線路附近的桿塔與跨越架之間的橫向長(zhǎng)度、跨越檔之間的長(zhǎng)度、導(dǎo)線水平張力；λ、ω、b、k、d分別為現(xiàn)場(chǎng)線路放線滑車的總長(zhǎng)、定量導(dǎo)線質(zhì)量、面相橫向的同相子導(dǎo)線之間的長(zhǎng)度、空氣動(dòng)力系數(shù)、導(dǎo)線直徑，這里的空氣動(dòng)力系數(shù)為1.1[4]。

此時(shí)，保護(hù)下面線路的絕緣網(wǎng)長(zhǎng)度lW須滿足lW≥n/sinα+C/tanα+2lb[2]，其中n、α、lb分別為被跨越的紅線其兩端線路之間的長(zhǎng)度、跨越過程中產(chǎn)生的角度、絕緣網(wǎng)的一端超過電力線的距離。一般會(huì)選擇一種絕緣桿作為封網(wǎng)工具，該工具通常為玻璃鋼材質(zhì)，長(zhǎng)度為6.5m，絕緣桿數(shù)量為12根，間距固定為3.5m，且絕緣桿間通過長(zhǎng)度為3.5m的繩子連接控制，并將絕緣桿橫吊在2條垂直向下的迪尼瑪繩子上，2條繩子（型號(hào)為?18）間的距離為6.5m，絕緣桿的橫吊工具通常為滑車或者環(huán)扣[5-6]。

要搭建一個(gè)臨時(shí)的橫擔(dān)，通常選擇鋼制的橫擔(dān)，尺寸為32.5m×0.55m×0.55m，鐵塔本身有一個(gè)橫擔(dān)，因此臨時(shí)的橫擔(dān)通常設(shè)置在原橫擔(dān)的下方，并距離原橫擔(dān)8.5m。

1.2 封網(wǎng)承力索張力計(jì)算

承力索的狀態(tài)分為2種，一種是正常的工作狀態(tài)，另外一種是存在故障時(shí)的工作狀態(tài)[7]。當(dāng)正常工作時(shí)，承力索承受自身質(zhì)量和封網(wǎng)設(shè)備質(zhì)量2個(gè)方面的力，此時(shí)的荷載分布均勻，且只有1個(gè)荷載。但當(dāng)承力索存在故障時(shí)，導(dǎo)線會(huì)從高處落下，掉落至保護(hù)網(wǎng)中，此時(shí)承力索除了承受自身封網(wǎng)設(shè)備的質(zhì)量外，還要承受落入保護(hù)網(wǎng)中導(dǎo)線的質(zhì)量，此時(shí)荷載分布均勻，但封網(wǎng)的兩側(cè)均要承受一個(gè)荷載，均勻分布的荷載以及聚集在一處的荷載，單根承力索承受質(zhì)量按封網(wǎng)后質(zhì)量疊加的一半計(jì)算，同時(shí)導(dǎo)線分裂成多個(gè)單位長(zhǎng)度和單位質(zhì)量的導(dǎo)線，承力索存在故障時(shí)受力如圖1所示。封網(wǎng)承力索張力要根據(jù)承力索所處的階段來(lái)計(jì)算，承力索一般處于3種階段，最初的設(shè)置狀態(tài)階段、正常工作階段、承力索存在故障時(shí)的階段。因此，要根據(jù)不同階段分別對(duì)承力索的張力進(jìn)行計(jì)算[8]。

上文獲取了承力索在最初的設(shè)置狀態(tài)階段的張力，需要通過承力索狀態(tài)公式獲取封網(wǎng)狀態(tài)下的承力索張力H1，如公式（2）所示。

（2）

式中：K0為第一階段承力索張力；l為跨越檔之間的長(zhǎng)度；ω0為承載索單位長(zhǎng)度質(zhì)量；S為承力索截面積；E為承力索彈性模量；K1為封網(wǎng)狀態(tài)下的承力索張力；h為承載索懸掛點(diǎn)之間垂直高度差。

其中，滿足ωt=ω0+ωf（ω1、K1、β分別為封網(wǎng)狀態(tài)下的承力索單位長(zhǎng)度質(zhì)量、對(duì)承力索加長(zhǎng)的系數(shù)以及跨越檔長(zhǎng)度差距，跨越檔長(zhǎng)度差距滿足tanβ=h/l）。

如果封網(wǎng)位置與跨越檔位置出現(xiàn)交集時(shí)，跨越檔長(zhǎng)度差距滿足K1=K12-K11，此時(shí)跨越檔內(nèi)部封網(wǎng)的起點(diǎn)和終點(diǎn)的長(zhǎng)度差距如公式（3）所示。

（3）

式中：ω0為承載索單位長(zhǎng)度質(zhì)量；ω1為封網(wǎng)狀態(tài)下的承力索單位長(zhǎng)度質(zhì)量；ai為承力索上的力點(diǎn)與封網(wǎng)之間的直線距離，且滿足i=1或2，此時(shí) i表示封網(wǎng)的始末點(diǎn)。

當(dāng)承力索處于故障時(shí)，分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)2個(gè)階段。當(dāng)處于故障的靜態(tài)階段時(shí)，導(dǎo)線落入封網(wǎng)內(nèi)，承力索張力增加，此時(shí)承力索張力為H2，如公式（4）所示。

（4）

式中：K3為導(dǎo)線掉落封網(wǎng)內(nèi)因重力而造成封網(wǎng)長(zhǎng)度增加的系數(shù)；K4為導(dǎo)線掉落在封網(wǎng)內(nèi)，因封網(wǎng)兩側(cè)的荷載增加而導(dǎo)致承力索長(zhǎng)度增加的系數(shù)。

同時(shí)K3=K32-K31，ω2=ω1+ωd。此時(shí)跨越檔內(nèi)部封網(wǎng)的起點(diǎn)和終點(diǎn)的長(zhǎng)度差距如公式（5）所示。

（5）

式中：ω2為封網(wǎng)設(shè)備質(zhì)量和導(dǎo)線單位質(zhì)量的總和；ωd為封網(wǎng)過程中導(dǎo)線單位質(zhì)量，且K4=K42+K41。

此時(shí)跨越檔內(nèi)部封網(wǎng)的起點(diǎn)和終點(diǎn)的長(zhǎng)度差距如公式（6）所示。

（6）

式中：Pi為封網(wǎng)兩側(cè)的荷載。

同時(shí)滿足，。

當(dāng)處于故障的動(dòng)態(tài)階段時(shí)，導(dǎo)線落入封網(wǎng)內(nèi)，承力索張力增加，此時(shí)承力索張力為H3，而承力索單位長(zhǎng)度質(zhì)量滿足 ω3=ω1+KdKhωd，且導(dǎo)線從高處掉落至封網(wǎng)中，因?yàn)樽陨碇亓υ斐梢凰查g的沖力，該沖力系數(shù)用Kd 表示，在單回路時(shí)沖力系數(shù)為1.56，雙回路時(shí)沖力系數(shù)為2.78。Kh表示導(dǎo)線掉落后的不均衡系數(shù)，該系數(shù)為1.16。承力索故障時(shí)其動(dòng)態(tài)安全系數(shù)滿足Ks=Tp/K3，且Ksgt;6。

1.3 封網(wǎng)狀態(tài)下承力索弧垂

當(dāng)承力索存在故障時(shí)，跨越物上方的封網(wǎng)最低點(diǎn)與被跨越物之間的垂直距離需要滿足安全規(guī)則的要求，計(jì)算跨越點(diǎn)封網(wǎng)最低處的弧垂，如公式（7）所示。

fx=hA+x×tgβ-s-hx （7）

式中：s、x、hx、hA、β分別為故障時(shí)封網(wǎng)凹點(diǎn)與被跨越物之間的長(zhǎng)度、被跨越物上方封網(wǎng)的最凹點(diǎn)與桿塔之間的距離、被跨越物最高點(diǎn)的高程、塔桿A點(diǎn)的承力索高程、AB兩點(diǎn)的承力索跨越過程中產(chǎn)生的角度。

1.4 交叉跨越凈空距離計(jì)算方法

結(jié)合上文獲取的封網(wǎng)承力索張力相關(guān)計(jì)算，根據(jù)電線力學(xué)理論及幾何關(guān)系可以推導(dǎo)出相關(guān)公式。

在導(dǎo)線的布置過程中，導(dǎo)線上任何一個(gè)點(diǎn)的弧垂如公式（8）所示。

（8）

式中：Wd、Td分別為子導(dǎo)線質(zhì)量以及子導(dǎo)線的張力，通常會(huì)選擇12%的破斷張力。

導(dǎo)線點(diǎn)的高程如公式（9）所示。

（9）

封網(wǎng)承力索點(diǎn)的高程如公式（10）所示。

（10）

導(dǎo)線設(shè)置時(shí)，與封網(wǎng)承力索間的凈空距離如公式（11）所示。

Δh=hDx-hx （11）

封網(wǎng)承力索距所跨線路的凈空距離如公式（12）所示。

Δh=hx-h0，x=l0 （12）

獲取承力索空載、正常運(yùn)行、靜態(tài)故障、動(dòng)態(tài)故障4種情況下凈空距離。當(dāng)交叉跨越凈空距離不符合要求時(shí)，需要對(duì)封網(wǎng)裝置點(diǎn)高程、初始安全系數(shù)等進(jìn)行調(diào)整。

2 架空輸電線路計(jì)算方法驗(yàn)證

2.1 承力索張力對(duì)比

以某地區(qū)電力設(shè)計(jì)有限公司所承包的工程項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目中存在110處封網(wǎng)跨越區(qū)域，均為不停電操作，通過本文方法在不停電的情況下完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)及布置。該項(xiàng)目整體電壓為220kV，將線路設(shè)計(jì)成同塔雙回路，選擇鋼芯鋁材質(zhì)的導(dǎo)線，該導(dǎo)線型號(hào)通常為2×JL/G1A-630/45，試驗(yàn)中需要進(jìn)行不停電施工。采用3種算法對(duì)該項(xiàng)目的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

算法1：將各工況下單根承力索受力視作均布荷載，各工況下單根承力索單位質(zhì)量以檔距為折算距離。

算法2：均勻分布的荷載以及聚集于一處的荷載，單根承力索承受質(zhì)量按封網(wǎng)后質(zhì)量疊加的一半計(jì)算，同時(shí)導(dǎo)線分裂成多個(gè)單位長(zhǎng)度和單位質(zhì)量的導(dǎo)線，算法2為本文采用的計(jì)算方法。

算法3：故障發(fā)生前的承力索受力看成一個(gè)均勻分布的荷載，故障發(fā)生時(shí)看成2種均勻分布的荷載和聚集于兩側(cè)的荷載，封網(wǎng)后單位質(zhì)量通過絕緣繩長(zhǎng)度獲取。

通過3種算法計(jì)算承力索張力，見表2。算法1與算法2計(jì)算出的承力索張力數(shù)據(jù)更接近，算法3因數(shù)據(jù)不符被排除。對(duì)比算法1和算法2可知，算法1中，空載狀態(tài)下承力索張力為2492.39N，安全系數(shù)為50。而算法2中空載狀態(tài)下承力索張力為4279.66N，安全系數(shù)仍為50。因此算法2中的承力索張力值及安全系數(shù)與其規(guī)格的匹配度更理想，本文計(jì)算方法更適合運(yùn)用在實(shí)際的輸電線路建設(shè)中。

2.2 計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

通過本文算法計(jì)算承力索空載拉力、空載時(shí)承力索弧垂、承力索封網(wǎng)后拉力、封網(wǎng)后承力索弧垂，同時(shí)通過儀器實(shí)測(cè)各個(gè)數(shù)據(jù)，2種數(shù)據(jù)如圖2所示?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的承力索空載拉力值為6462N，本文計(jì)算值為6436N，錯(cuò)誤率0.4%；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的承力索封網(wǎng)后拉力值為8175N，本文計(jì)算值為8199N，錯(cuò)誤率只有0.29%；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的空載時(shí)承力索弧垂值為1.785m，本文計(jì)算值為1.71m，錯(cuò)誤率0.42%；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的封網(wǎng)后承力索弧垂值為2.854m，本文計(jì)算值為2.86m，錯(cuò)誤率0.21%；由此可見，通過本文研究的計(jì)算方法計(jì)算出的相關(guān)數(shù)據(jù)與實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)很接近，且錯(cuò)誤率最大不超過0.42%，因此本文研究的計(jì)算方法所計(jì)算出的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率極高。

3 結(jié)語(yǔ)

在本文對(duì)架空輸電線路無(wú)跨越架封網(wǎng)算法的研究中，進(jìn)行了封網(wǎng)承力索張力、封網(wǎng)狀態(tài)下承力索弧垂、交叉跨越凈空距離的計(jì)算。因?yàn)榉饩W(wǎng)承力索張力的計(jì)算過程中，施工狀態(tài)存在多樣性，所以對(duì)不同階段的承力索張力進(jìn)行計(jì)算。試驗(yàn)結(jié)果表明，與其他算法相比，本文計(jì)算空載狀態(tài)下承力索張力為4279.66N，安全系數(shù)為50，與工程方案要求的規(guī)格匹配度更理想；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的承力索空載拉力值、承力索封網(wǎng)后拉力值、空載時(shí)承力索弧垂值、封網(wǎng)后承力索弧垂值分別為6462N、8175N、1.78m、2.85m，而本文算法得出值分別為6436N、8199N、1.71m、2.86m，計(jì)算值錯(cuò)誤率最大不超過0.42%，因此本文研究的計(jì)算方法所計(jì)算出的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率極高，且更適合運(yùn)用在實(shí)際的輸電線路建設(shè)施工方案中。

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