基于放松弧垂法的架空地線帶電更換方案

杜志佳，宮衍平

(南京供電公司，江蘇南京210013)

導(dǎo)線懸垂曲線的解析方程為：

架空地線又稱為避雷線，其懸掛于桿塔頂部，并在每基桿塔上通過接地線與接地體相連接。其作用是減少雷擊導(dǎo)線的幾率，保護(hù)線路絕緣免受雷電過電壓的破壞，保護(hù)線路安全。在將電能由發(fā)電廠輸送到負(fù)荷中心的過程中，輸電線路需要翻山越嶺，對(duì)重要設(shè)施進(jìn)行跨越，經(jīng)受不同溫度、不同氣候條件的考驗(yàn)，同時(shí)還有著受到外力破壞的危險(xiǎn)。因此，架空地線會(huì)出現(xiàn)損傷。對(duì)受損傷的架空地線進(jìn)行更換，有停電作業(yè)和帶電作業(yè)2種作業(yè)方法。采用帶電作業(yè)更換架空地線，避免了輸電線路停電，相應(yīng)的時(shí)間耗費(fèi)也少于停電更換。因此這一方法對(duì)于保證供電可靠性有著積極作用。

1帶電更換架空地線方法簡(jiǎn)述

帶電更換架空地線主要采用翻轉(zhuǎn)滑車和領(lǐng)頭滑車。翻轉(zhuǎn)滑車具有上、下兩個(gè)滑輪；領(lǐng)頭滑車上部具有一個(gè)滑輪，下部有一個(gè)固定裝置。使用時(shí)，上輪放置在舊架空地線上，下輪放置新的架空地線，新線的頭部固定在領(lǐng)頭滑車上。

放線時(shí)，使用絕緣繩牽引領(lǐng)頭滑車。當(dāng)新線到位后，掛線桿塔上利用雙鉤緊線器倒換新、舊架空地線耐張線夾。同時(shí)，調(diào)整雙鉤緊線器，使舊架空地線馳度較以前略大。緊線時(shí)，在緊線端利用雙鉤緊線器緊線，當(dāng)新線馳度略小于舊線馳度時(shí)，翻轉(zhuǎn)滑車自動(dòng)翻轉(zhuǎn)，新、舊架空地線位置實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)。最后安裝好新架空地線的耐張線夾，回收舊線，更換工作即可完成。

2架空地線應(yīng)力計(jì)算

2.1理論及公式準(zhǔn)備

懸掛于兩基桿塔之間的一段導(dǎo)（地）線，在自重、冰重、風(fēng)壓等荷載的作用下，任一橫截面上均有內(nèi)力存在[1]。導(dǎo)（地）線應(yīng)力是指導(dǎo)（地）線單位橫截面積上的內(nèi)力。從安全角度考慮，應(yīng)力越小，導(dǎo)（地）線的安全系數(shù)就越高。為了保證線路的安全運(yùn)行，必須在帶電作業(yè)前對(duì)架空地線能夠承受的應(yīng)力進(jìn)行校驗(yàn)，確保其滿足運(yùn)行規(guī)程要求。由于線路經(jīng)過地區(qū)的地形總是崎嶇不平的，使用桿塔的高度也不一定完全相同，因此一檔架空地線兩側(cè)懸點(diǎn)高度不同。對(duì)于高差不大于10%的線路檔，采用平拋物線近似方程進(jìn)行校驗(yàn)[2]。導(dǎo)（地）線懸重曲線示意如圖1所示。

圖1 導(dǎo)（地）線懸垂曲線示意圖

導(dǎo)線懸垂曲線的解析方程為：

因此：

高差為：

根據(jù)相似關(guān)系：

代入得：

因此：

式（7）中：f為所求的弧垂；g為對(duì)應(yīng)線材的比載；l為檔距；σ0為確定臨界條件下的應(yīng)力。

2.2帶電作業(yè)時(shí)架空地線應(yīng)力計(jì)算

根據(jù)輸電線路電壓等級(jí)的不同，所采用架空地線的型號(hào)也有不同。不同電壓等級(jí)輸電線路與其采用的架空地線型號(hào)以及參數(shù)如表1所示[3]。

表1不同電壓等級(jí)輸電線路架空地線型號(hào)

以作業(yè)地點(diǎn)檔距為例，在保持原有弧垂的情況下，采用帶電更換架空地線工具作業(yè)，需要采用領(lǐng)頭滑車1個(gè)，翻轉(zhuǎn)滑車7個(gè)，工具總質(zhì)量為10 kg。新架空地線規(guī)格與舊線相同，因此計(jì)算步驟如下。

舊導(dǎo)線承受的新、舊導(dǎo)線自重產(chǎn)生的應(yīng)力：

最低點(diǎn)應(yīng)力：

由工具重量產(chǎn)生的應(yīng)力：

于是，能夠計(jì)算出在不同斷線股數(shù)的情況下，原有架空地線在上述帶電作業(yè)過程中承受的拉力。如表2所示。

由表2可以看到，保持原架空地線弧垂不變的情況下，鋼絞線在斷股為2股及以下的情況下，OPGW光纜在斷股為6股及以下的情況下是可以采取帶電作業(yè)方式更換原架空地線的。但當(dāng)斷股數(shù)繼續(xù)增加時(shí)，這一作業(yè)方式存在隱患。

表2不同斷線股數(shù)情況下地線承受拉力

2.3放松舊架空地線后進(jìn)行作業(yè)的安全性計(jì)算

在保持原有弧垂不變的情況下不能滿足安全性要求，則考慮通過調(diào)整弧垂，達(dá)到減小舊有架空地線應(yīng)力的目的。通過設(shè)計(jì)對(duì)南京地區(qū)的桿塔設(shè)計(jì)圖紙查詢可以得到不同電壓等級(jí)的桿塔，架空地線懸掛點(diǎn)與上橫擔(dān)的距離如表3所示[3]，在不同電壓等級(jí)線路上更換架空地線時(shí)，地線與下方導(dǎo)線應(yīng)保持的安全距離應(yīng)按照臨近或交叉其他電力線工作的安全距離整定，如表4 所示[4]。

表3架空地線懸掛點(diǎn)與上橫擔(dān)的距離

表4臨近或交叉其他電力線工作的安全距離

再考慮到使用的帶電作業(yè)工具長(zhǎng)度為0.2 m，那么弧垂放松的實(shí)際裕度如表5所示。此時(shí)弧垂=f0+Δf，相應(yīng)的：

表5不同電壓等級(jí)線路弧垂放松裕度

則總的應(yīng)力：σ'=σ'1+σ'2（14）

由此按照2.2節(jié)中的計(jì)算步驟計(jì)算弧垂不同放松程度下，舊有架空地線在帶電作業(yè)過程中承受的拉力，如表6—9所示。

表6 110 kV線路不同弧垂放松程度下地線承受拉力

表7 220 kV線路不同弧垂放松程度下地線承受拉力（GJ-50）

表8 220 kV線路不同弧垂放松程度下地線承受拉力（GJ-70）

表9 500 kV線路不同弧垂放松程度下地線承受拉力（OPGW光纜）

通過以上表格的數(shù)據(jù)可以看出，通過放松架空地線的弧垂，能夠達(dá)到進(jìn)行帶電更換架空地線的目的。由于架空地線線型和絞制方式的不同，需要進(jìn)行弧垂放松的程度也不盡相同。需要特別指出的是，500 kV線路的OPGW光纜采用鋁包鋼絞線中間嵌入光纖。在作業(yè)時(shí)除了滿足應(yīng)力要求以外，還應(yīng)當(dāng)考慮作業(yè)工具對(duì)于光纖層的磨損。在作業(yè)中，應(yīng)采用在滑輪處裝設(shè)橡膠護(hù)套的方式，增強(qiáng)對(duì)OPGW光纜的保護(hù)。

3結(jié)束語(yǔ)

在對(duì)上述帶電更換架空地線作業(yè)的分析與計(jì)算檢驗(yàn)中，應(yīng)用了導(dǎo)（地）線應(yīng)力計(jì)算、弧垂計(jì)算、長(zhǎng)度計(jì)算等相關(guān)知識(shí)。又考慮到架空地線損傷程度的不同，提出了通過放松架空地線弧垂進(jìn)行帶電作業(yè)的方法。最后應(yīng)用MATLAB編制程序，把計(jì)算流程標(biāo)準(zhǔn)化，為今后同類型的輸電線路檢修工作提供依據(jù)。對(duì)于不能停電檢修，或者跨越公路、鐵路等設(shè)施的線路檔，帶電進(jìn)行架空地線的更換簡(jiǎn)化了作業(yè)流程，節(jié)約了作業(yè)時(shí)間。特別值得注意的是，這一作業(yè)方式必須根據(jù)架空地線銹蝕、斷股情況等進(jìn)行過牽引計(jì)算，校核其安全情況。在校核結(jié)果滿足安全性要求的前提下才能進(jìn)行。總體來說，帶電更換架空地線這一作業(yè)方法對(duì)于提高供電可靠性、確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行是有益處的。

[1]陳景彥，白俊峰.輸電線路運(yùn)行維護(hù)理論與技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[2]胡國(guó)榮.輸電線路基礎(chǔ)[M].北京：中國(guó)電力出版社，1997.

[3]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，2002.

[4]DL/T 741—2010，架空輸電線路運(yùn)行規(guī)程[S].