輸電線路鋼芯鋁絞線冰過載簡要分析

摘 要：文章根據導線的狀態方程式，簡要分析了鋼芯鋁絞線在冰過載情況下的受力，以考察輸電線路導線在極端氣象條件下的的抗冰能力。

關鍵詞：輸電線路；鋼芯鋁絞線；冰過載；狀態方程

引言

覆冰厚度是輸電線路設計的一個重要氣象條件。我國湖南、四川、貴州等省山區，幾乎每年冬季都會出現凍雨天氣，尤其是2008年的大范圍、長時間低溫凍雨天氣，輸電線路覆冰嚴重，引發了一系列的事故。作者所在的云南地區2015年底～2016年初也經歷了歷史罕見的大范圍降溫、冰凍，部分輸電線路也出線倒塔、斷線等事故。

由于輸電線路覆冰無明顯規律，特別是山區，缺乏氣象觀測資料，此外還有微地形、微氣象地區的存在，給覆冰條件的選擇增加了難度。覆冰條件在很大程度上影響了線路的經濟性。文章僅對輸電線路鋼芯鋁絞線在冰過載條件下的受力進行分析，希冀對斷線事故分析、線路導線抗冰能力分析以及已有線路抗冰改造方面有所助益。

1 分析思路

根據有關規范，導線在弧垂最低點的設計安全系數不應小于2.5，在稀有風速或稀有覆冰氣象條件時，弧垂最低點的最大張力不應超過其拉斷力的70%。對于鋼芯鋁絞線來說，導線所受應力在鋼芯和鋁股中分配是不均勻的，實際的情況是鋁股的安全系數要低于導線整體的安全系數。因而易于發生鋁線斷股，甚至是整體斷線，因而在分析中不僅要考慮導線整體受力，也應分析鋁股的受力。

在分析中，根據導線的狀態方程式，可以由已知覆冰工況下導線的比載和應力，計算在較其更重的覆冰情況下導線所受的應力，并計算鋁股應力，以判斷在更重覆冰情況下導線的安全性。

2 計算原理

（1）導線的狀態方程式

式中：σa-鋁部應力；σ-絞線應力；Ea-鋁的彈性模量；Es-鋼的彈性模量；?-鋼鋁截面比。

經過比對，式（2）和（3）計算結果差異較小，故工程上可以式（3）作為簡化計算。

通過狀態方程（1），根據已知氣象條件下導線的比載、應力以及待求氣象條件導線的比載，求出待求氣象條件下導線的應力σ，并根據式（3）求出鋁股所受的應力。當待求導線的應力滿足安全系數要求，鋁股受力滿足不受破壞的條件時，認為導線在該氣象條件（覆冰更重）下導線整體是安全的。

3 算例分析

以導線JL/G1A-240/30為例，設計安全系數2.5，設計氣象區為云南II區，驗證氣象條件分別取20mm（云南III區）和25mm冰厚，覆冰風速均取15m/s。主要的相關計算參數如表1。

根據式（1）和（3）以及以上參數，采用編程的手段，不難得出在不同檔距情況下，上述驗證氣象條件下導線及鋁股的應力如表2。

由計算結果看出，在200m～800m檔距情況下，當采用10mm覆冰設計時，若發生20mm的覆冰，導線應力仍未超過181.0Mpa（安全系數為1.43），鋁股應力均未超過鋁線可承受的破壞應力（以160MPa考慮），可見導線具有較好的抗冰過載能力，同時導線和鋁股受力對檔距的變化并不敏感。當冰厚增加到25mm，檔距為300m時，導線應力已無法滿足規程要求，且鋁股應力也開始接近破壞應力，因而在此條件下，若檔距控制不超過300m時，導線整體仍具有一定的安全性。

4 結束語

近年來，世界范圍內不利的氣候呈增多趨勢，因此在輸電電路氣象條件尤其是覆冰條件的選取時，除應采取相對保守的態度外，也應該對線路抗冰的能力進行一定的評估，做到“心中有譜”，從而打造安全、合理、經濟的工程。

參考文獻

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