微地形對輸電線路不平衡張力的影響

劉慶豐

(湖南省電力勘測設計院，長沙市，410007)

0 引言

2008年初，我國南方大部分地區相繼出現了持續的大范圍、災害性冰雪天氣，此次雨雪冰凍天氣過程影響范圍大、持續時間長、涉及面廣、危害程度大，給這些地區的交通、電力、通信和人民生活帶來了嚴重影響。由于輸電線路覆冰嚴重，導致湖北、浙江、湖南、江西、貴州、安徽、廣西境內多條輸電線路鐵塔、導線、絕緣子、金具等遭到不同程度的損壞。據統計，全國500 kV輸電線路損壞59條，共計倒塔957基、桿塔局部受損189基。其中15 mm及以下冰區占93.8%，20 mm 及以上冰區占 6.2%［1-3］。

新設計標準在微地形方面只有定性的規定，沒有量的細化，這就給具體的線路設計帶來了困難。為了尋求微地形對桿塔不平衡張力的影響，本文在對湖南省境內幾條線路倒塔事故段的微地形進行歸納總結的基礎上，選定幾種典型的微地形斷面，分別對這些情況下桿塔所受的不平衡張力進行計算分析，從中找出能指導線路改造設計的原則性意見。

1 典型微地形的特征

湖南以丘陵、山地地形為主，根據對2005—2008年湖南省500 kV線路發生倒塔變形的位置進行分析，得出微地形有如下特征:(1)線路路徑走向多數與冬季主導風向夾角大于45°;(2)北坡線路覆冰較南坡嚴重，靠近河流、湖泊、風口的電力線路覆冰相對嚴重;(3)相對高聳的山頂覆冰相對嚴重;(4)連續上下山，高程集中在200～650 m，高程越高覆冰越嚴重;(5)桿塔兩側檔距相差較大;(6)桿塔一側為大檔距，一般超過500 m［4-6］。前2條主要與線路路徑的走向有關系，對線路的安全影響也最大，這要求在路徑的選擇上應特別注意這些問題。后面幾條可以歸納為大高差、大小檔和大檔距。對于已建線路的改造而言，在路徑無法做大調整的情況下，主要是對后3種微地形情況下的局部地段進行分析改造。

2 典型微地形下線路的不平衡張力計算

假定500 kV線路耐張段共6檔7基桿塔，其中耐張塔2基，直線塔5基。導線為4×LGJ-400/50，導線最大使用應力103.8 MPa，設計覆冰15 mm，設計大風30 m/s，分別計算幾種典型與極端情況下的各塔不平衡張力［7-10］。

2.1 大高差

假定檔距相同的情況下，4號塔地面高程最高，其余塔的地面高程相同，高差50 m。3、4號桿塔檔覆冰為35 mm，其余檔覆冰為30 mm。計算此情況下的不平衡張力，結果如表1所示。

表1 大高差下不平衡張力的計算結果Tab.1 The computational results of the unbalanced tensile force under large altitude difference

從表1可看出，最大不平衡張力發生在4號桿塔上，數值為4608.5 N，方向向小號側，相當于最大使用應力下張力的2.5%。

2.2 大小檔

假定桿塔地面高程相同、6檔冰厚均為30 mm的情況下，4號塔小號側檔距500 m，大號側檔距200 m。計算此情況下的不平衡張力，結果如表2所示。

表2 大小檔下不平衡張力的計算結果Tab.2 The computational results of the unbalanced tensile force calculated under large distance difference

從表2可看出，最大不平衡張力發生在4號桿塔上，數值為5168.4 N，方向向大號側，相當于最大使用應力下張力的2.8%。

2.3 不均勻覆冰

假定地面高程、檔距相同的情況下，冰厚從15 mm開始每檔5 mm遞增。計算此情況下的不平衡張力，結果如表3所示。

從表3可看出，最大不平衡張力發生在5號桿塔上，數值為14782.4 N，方向向大號側，相當于最大使用應力下張力的7.9%。

表3 不均勻覆冰下不平衡張力的計算結果Tab.3 The computational results of the unbalanced tensile force under asymmetry icing

2.4 連續上下山

假定檔距相同，冰厚從15 mm開始每檔5mm遞增，地面高程按每基30 m遞增。計算此情況下的不平衡張力，結果如表4所示。

表4 連續上下山情況下不平衡張力的計算結果Tab.4 The computational results of the unbalanced tensile force under steep slope

從表4可看出，最大不平衡張力發生在5號桿塔上，數值為14521.1 N，方向向大號側，相當于最大使用應力下張力的7.7%。

2.5 大小檔和不均勻覆冰

假定地面高程相同，冰厚從10 mm開始每檔5 mm遞增，5號塔小號側檔距為200 m，大號側檔距為500 m。計算此情況下的不平衡張力，結果如表5所示。

從表5可看出，最大不平衡張力發生在5號桿塔上，數值為26270.4N，方向向大號側，相當于最大使用應力下張力的14.0%。

表5 大小檔和不均勻覆冰情況下不平衡張力的計算結果Tab.5 The computational results of the unbalanced tensile force under the distance difference and asymmetry icing

2.6 大小檔和大高差

假定檔距相同，高差每基30～50 m遞增的情況下，高差往往同時存在不均勻覆冰的情況，假設冰厚從10 mm開始每檔5 mm遞增。計算此情況下的不平衡張力，結果如表6所示。

表6 大小檔和大高差情況下不平衡張力的計算結果Tab.6 The computational results of the unbalanced tensile force under the distance and altitude difference

從表6可看出，最大不平衡張力發生在5號桿塔上，數值為36794.3 N，方向向大號側，相當于最大使用應力下張力的19.6%。

2.7 大小檔與高差

在控制檔距小于500 m，相鄰兩檔覆冰差不超過5 mm的情況下，變化大小檔倍數，計算張力差小于15%最大使用張力時大小檔與高差的對應關系，結果如表7所示。

表7 大小檔與高差的對應關系Tab.7 The relation between distance and altitude difference under given unbalanced tensile force

3 結論

(1)當某種微地形單獨影響時，張力差較小，一般都小于10%。當多種微地形組合(主要是大小檔和大高差組合)影響時，張力差較大，有可能大于10%。

(2)為保證主干電網的安全穩定性，對于已建500 kV線路要進行微地形情況下的改造，建議按如下改造原則處理:①地面高差大于50 m，優先采取增加桿塔方式，若有困難，可將承受不均勻覆冰張力差較大的桿塔更換為加強型桿塔;②當兩側檔距相差2.5倍以上時，優先采取增加桿塔方式，若有困難時，可將該桿塔更換為加強型桿塔;③當實際檔距大于500 m，抗冰能力較弱時，優先采取增加桿塔方式，若有困難時，可采取加強桿塔等措施;④對于220 kV及以下線路微地形情況下的改造，可以參照500 kV線路的改造方式適當放寬條件執行。

［1］陸佳政，蔣正龍，張紅先，等.湖南電網2008年冰災技術分析［J］.湖南電力，2008，28(3):1-9.

［2］蔣興良，易輝.輸電線路覆冰及防護［M］.北京:中國電力出版社，2001.

［3］劉慶豐.輸電線路不平衡張力分析和計算［J］.電力自動化設備，2006，26(1):93-95.

［4］姚孟生.葛雙2回覆冰斷線倒塔事故的原因分析［J］.華中電力，1995，8(4):60-63.

［5］黎湘康，魏長喜.500 kV二普三線不均勻覆冰的影響及對策［J］.四川電力技術，2002(4):21-22.

［6］胡毅.輸電線路大范圍冰害事故分析及對策［J］.高電壓技術，2005，31(4):14-15.

［7］張殿生.電力工程高壓送電線路設計手冊［M］.北京:中國電力出版社，2002.

［8］邵天曉.架空送電線路的電線力學計算［M］.北京:水利電力出版社，1987.

［9］孔偉，甘鳳林，徐鳳琦.單個集中荷載作用下架空線張力計算［J］.東北電力技術，2000(4):45-48.

［10］謝運華.輸電線設計覆冰荷載計算方法的對比分析［J］.電力建設，1995，16(4):15-18.