架空線重冰運行的應(yīng)力特性分析

方欽藝 林旭鳴

（1.福建電力職業(yè)技術(shù)學院，福建 泉州362000；2.國網(wǎng)福建泉州供電公司，福建 泉州362000）

0 引言

所謂重冰運行是指冰厚超過設(shè)計值，比載發(fā)生變化，應(yīng)力特性不變的運行方式。在此運行方式下，架空線的應(yīng)力隨冰厚的增加而增加，到一定程度可造成斷線倒塔的事故。架空線重冰運行的應(yīng)力特性分析，就是探索架空線重冰運行的應(yīng)力計算方法，使線路的運檢部門在覆冰達到危險程度時，提前采取應(yīng)急措施，預防事故的發(fā)生。

1 重冰運行的比載

架空線的比載定義為每米長度、每平方毫米截面所受的內(nèi)力，比載的符號用g表示，單位為N／（m·mm2）。重冰運行的比載為自重比載、冰重比載和覆冰風壓比載的綜合體。重冰地區(qū)設(shè)計冰厚為20 mm，風速15 m／s，采用LGJ－120導線，重冰運行比載計算結(jié)果如表1所示。

表1 重冰運行比載計算結(jié)果

2 重冰運行的應(yīng)力特性分析

架空線的應(yīng)力特性是由設(shè)計選定氣象條件的控制應(yīng)力所決定的，也和安裝時弧垂相關(guān)。可見，重冰運行時架空線應(yīng)力特性不變。

2.1 架空線最大使用應(yīng)力

架空線的最大使用應(yīng)力亦稱強度設(shè)計應(yīng)力，是指架空線在最不利的氣象條件下的強度設(shè)計應(yīng)力。最不利的氣象條件通常指設(shè)計時采用的最低溫度、最大風速和最大覆冰厚度值。架空線最大使用應(yīng)力計算公式可寫成：

式中，K為架空線的強度安全系數(shù)；A為計算截面（mm2）；σP為瞬時破壞應(yīng)力（N／mm2）；TP為瞬時破壞拉力（N）。

相關(guān)設(shè)計規(guī)程規(guī)定：線路導線的設(shè)計安全系數(shù)不應(yīng)小于2.5，架空安裝時不應(yīng)小于2.0；避雷線的設(shè)計安全系數(shù)宜大于導線的設(shè)計安全系數(shù)（因為避雷線采用鋼絞線，能承受更大的拉力）。當K＝2.5時，導線按正常應(yīng)力架設(shè)；當K＞2.5時，導線按松弛應(yīng)力架設(shè)。配電線路因電壓等級低、負荷小、檔距短，通常采用鋁線或鋼芯鋁線，按松弛應(yīng)力架設(shè)，因此，導線截面小、強度低，安全系數(shù)大于2.5，最大使用應(yīng)力較小，這是配電線路容易覆冰斷線的主要原因。送電線路因電壓等級高、負荷大、檔距長，通常采用鋼芯鋁線或鋁合金線，按正常應(yīng)力架設(shè)，因此，導線截面大、強度高，安全系數(shù)在2.5左右，最大使用應(yīng)力較大，不容易斷線。

2.2 架空線應(yīng)力特性分析

在懸空狀態(tài)下，架空線的應(yīng)力可分為水平應(yīng)力和垂直應(yīng)力2個分量。水平分量應(yīng)力是指作用在架空線上的水平拉應(yīng)力。架空線在設(shè)計的強度條件下水平應(yīng)力應(yīng)等于架空線最大使用應(yīng)力，最大使用應(yīng)力取決于架空線的型號、截面和所選安全系數(shù)，與覆冰厚度無關(guān)，且檔距內(nèi)各處水平應(yīng)力均相等。

重冰運行架空線的水平應(yīng)力可用狀態(tài)方程求解：

式中，gm、gn分別為已知氣象條件和待求氣象條件下的比載［N／（m·mm2）］；tm、tn分別為已知氣象條件和待求氣象條件下的氣溫（℃）；σm、σn分別為已知氣象條件和待求氣象條件下的導線應(yīng)力（MPa）；α、β分別為架空線溫度膨脹系數(shù)和彈性伸長系數(shù)；l為檔距（m）。

重冰運行架空線水平應(yīng)力計算結(jié)果如表2所示。

表2 重冰運行架空線水平應(yīng)力計算結(jié)果

架空線重冰運行的應(yīng)力可用下式求解：

式中，σ。為架空線最低點的水平應(yīng)力（N／mm2）；g為架空線的比載［N／（m·mm2）］；yx為任意點P 的縱坐標（m），下標x為任意點P到導線最低點的水平距離。

懸掛點等高時，導線最低點在檔距中央。

因此有：

式中，σA、σB均為導線懸掛點應(yīng)力（N／mm2）；f。為檔距中點弧垂（m）。

重冰運行架空線應(yīng)力計算結(jié)果如表3所示。

3 結(jié)語

重冰條件下，架空線應(yīng)力特性不變，這一結(jié)論使繼續(xù)用狀態(tài)方程求解覆冰厚度超出設(shè)計值的架空線應(yīng)力成為可能。覆冰厚度不同的架空線應(yīng)力的計算，使冰災預報有了技術(shù)數(shù)據(jù)支撐，對提高架空線抗冰能力具有重大現(xiàn)實意義。

表3 重冰運行架空線應(yīng)力計算結(jié)果

［1］能源部東北電力設(shè)計院.電力工程高壓送電線路設(shè)計手冊［M］.北京：水利電力出版社，1991

［2］周振山.高壓架空送電線路機械計算［M］.北京：水利電力出版社，1987