相地間隔棒對特高壓八分裂導線的靜態張力影響分析

李夢麗 米俊 張博 李瑋 楊曉輝 劉博

（1.河南恩湃高科集團有限公司，河南鄭州 450052；2.國網河南省電力公司電力科學研究院輸電線路舞動防治技術重點實驗室，河南鄭州 450052；3.鄭州日產汽車有限公司，河南鄭州 450001；4.國網河南省電力公司電力科學研究院，河南鄭州 450052）

相地間隔棒對特高壓八分裂導線的靜態張力影響分析

李夢麗1，2米俊3張博2，4李瑋3楊曉輝2，4劉博1，2

（1.河南恩湃高科集團有限公司，河南鄭州 450052；2.國網河南省電力公司電力科學研究院輸電線路舞動防治技術重點實驗室，河南鄭州 450052；3.鄭州日產汽車有限公司，河南鄭州 450001；4.國網河南省電力公司電力科學研究院，河南鄭州 450052）

分析相地間隔棒的不同布置方式對特高壓八分裂導線靜態張力的影響，結果表明：安裝相地間隔棒后整檔導線張力顯著增大；相地間隔棒在同一檔導線中的不同布置方式對導線張力影響較大；安裝相地間隔棒處，導線的張力有明顯的跳躍現象；靜載荷下相地間隔棒不會引起導線損傷。

相地間隔棒；特高壓；導線張力

架空輸電線路舞動造成嚴重的電網災害，對桿塔、導線、金具等部件造成損害，引起線路頻繁跳閘與停電，影響輸電線路的安全運行，造成重大的經濟損失和社會影響［1］。2009年底至2010年初，河南電網覆冰舞動造成59基桿塔發生不同程度的損壞［2］。近年來，相關專家學者對輸電線路舞動防治開展了大量的科學研究工作，提出了多種防舞動措施，并應用于工程實際。

特高壓線路具有分裂數多、導線截面積大、電壓等級高等特點，對應于特高壓線路的防舞設計方法及防舞裝置，也應與較低電壓等級輸電線路的防舞有所不同［3］。隨著我國電網的發展建設以及“西電東送和北電南送”工程的實施，我國已經陸續建成直流±800kV和交流1 000kV特高壓線路。因此，特高壓線路的舞動防治研究是很有必要的。

國網輸電線路舞動防治技術實驗室在輸電線路舞動防治方面做了大量的工作，研制出了一種新型防舞動工具——相地間隔棒。經過實驗室多次在1 000kV特高壓八分裂真型試驗線路上的試驗，結果表明防舞動效果顯著。但是，相地間隔棒容易造成導線損傷。為了考察安裝相地間隔棒后，導線張力的變化情況，本文結合理論和仿真分析了靜態工況下不同相地間隔棒布置方式對導線張力的影響。

1 線路模型

1.1 線路概況

某1 000kV特高壓線路檔距487m，無高差，導線型號為LGJ630/45，每相導線為八分裂，子導線分裂間距為0.4m。在該檔線路上安裝了2套相地間隔棒，每套相地間隔棒對導線的拉力為3kN。

1.2 相地間隔棒工作原理

圖1為相地間隔棒工作圖，由復合絕緣子和拉線組成，復合絕緣子端與導線相連，拉線端與地面上由水泥澆筑的地錨連接。通過相地間隔棒對導線的拉力作用而取得防舞動效果。

圖1 相地間隔棒

1.3 建立模型

借助有限元仿真分析軟件建立單相導線的模型（見圖2），其中導線LGJ630/45參數如表1所示［4］。

圖2 導線模型

表1 導線LGJ630/45參數

2 相關理論計算

架空輸電線路導線張力的計算公式為［5］：

式（1）中，F為導線張力，σ為導線應力，A為導線橫截面積。

架空導線上任一點的應力方向與該點導線軸向相一致，其水平分量均與導線最低點的應力σ0相等。工程上常以最低點應力σ0作為已知條件［6］。

按圖3所示坐標位置，當已知導線任一點的軸向傾斜角為θ時，則導線上任意一點C的應力表達式為：

式（2）中，σx為導線任一點的應力，γ為導線比載，l為該檔導線的檔距，x為導線任一點的橫坐標值（m），h為該檔導線兩懸掛點之間的高差。

圖3 導線受力圖

導線任一點應力σx與該點對最低點高差之間的關系式為：

σx=σ0+γ（y-y0）（3）

式（3）中，y為導線任一點的縱坐標值（m），y0為導線最低點O處的縱坐標值（m）。

架空線在弧垂最低點所允許使用的最大應力，稱為最大使用應力，其值由式（4）確定：

［σ］=σp/k（4）

式（4）中，σp為架空線的抗拉強度，k為架空線的設計安全系數。為保證導線的安全運行，設計規范規定導線最大應力下的設計安全系數不小于2.5。

3 不同工況下導線張力分析

3.1 計算工況

為了考察不同相地間隔棒布置方式對導線張力的影響，相地間隔棒的布置方式分為3種工況，分別為工況一、二、三，未安裝相地間隔棒時為工況四，具體如下：工況一，相地間隔棒布置在1/3和2/3處；工況二，相地間隔棒布置在1/4和3/4處；工況三，相地間隔棒布置在2/9和7/9處；工況四，未安裝相地間隔棒。

3.2 計算結果

圖4所示為工況一的仿真計算結果。可以看出導線所受軸力最大的位置位于導線兩懸掛點處，與式（3）相吻合；最大位移發生在安裝相地間隔棒處，這是由于相地間隔棒對導線的拉力作用。其余工況導線的軸力云圖和位移云圖的分布與工況一相似，計算結果云圖不再列出。

圖5為工況四仿真計算結果。對比圖4、5可知，導線軸力云圖分布相似，位移云圖區別較大。與工況一不同，工況四最大位移發生在弧垂最低點處，原因在于工況四沒有安裝相地間隔棒，最大弧垂位置發生在整檔導線弧垂最低點處。

圖4 工況一計算結果云圖

圖5 工況四計算結果云圖

圖6為4種工況下導線張力對比圖，由圖6可以看出，一是安裝相地間隔棒后整檔導線張力顯著增大，以檔距最低點處張力為例（見表2），安裝相地間隔棒后導線張力至少增加了6.2%。

二是結合表2比較3種安裝了相地間隔棒的工況，在檔距最低點處，工況一導線張力增大最多為8.1%，工況三導線張力增大最少為6.2%。可見相地間隔棒在一檔導線中的安裝位置對導線張力有較大影響。以檔距中點為參照點，兩相地間隔棒距檔距中點越近，導線張力越大。

三是由于相地間隔棒的拉力作用，3種安裝相地間隔棒的工況下，在安裝相地間隔棒處導線張力均有明顯的跳躍變化，間隔棒安裝位置越靠近檔距中點，這種跳躍變化越明顯。

四是由式（4）計算出導線最低點處所允許的最大許用應力為89.2MPa。4種工況中工況一導線最低點處張力最大，對應該點處的應力最大，計算得該點處導線應力為51.6MPa，小于89.2MPa。可見在靜態載荷下，相間間隔棒的拉力作用不會引起導線的損傷。

圖6 4種工況下導線張力對比圖

表2 檔距最低點處導線張力及增大比例

4 結論

針對研制的新型防舞動裝置，結合理論和ANSYS仿真分析，重點分析某檔導線在相同相地間隔棒拉力作用，不同相地間隔棒布置方式下的導線張力。結果表明，安裝相地間隔棒后整檔導線張力顯著增大；相地間隔棒在同一檔導線中布置方式對導線張力影響較大；在安裝相地間隔棒處，導線的張力有明顯的跳躍現象；靜載荷下相地間隔棒不會引起導線損傷。本研究成果為相地間隔棒的安裝布置提供了參考，為相地間隔棒造成導線損傷的研究提供了基礎。

本文僅研究了相地間隔棒對導線在一種拉力作用下且靜態工況下的導線張力，在不同相地間隔棒拉力作用下的導線張力、舞動工況下的導線張力以及安裝相間間隔棒引起導線損傷的工況有待進一步深入研究。

［1］王少華，蔣興良，孫才新.輸電線路導線舞動的國內外研究現狀［J］.高電壓技術，2005（10）：11-14.

［2］楊風利，黨會學，楊靖波，等.500kV輸電線路塔線體系舞動響應分析［J］.中國電力，2015（7）：139-145.

［3］朱寬軍，劉超群，任西春，等.特高壓輸電線路防舞動研究［J］.高電壓技術，2007（11）：12-20.

［4］劉振亞.國家電網公司輸變電工程通用設計：1 000kV輸電線路分冊［M］.北京：中國電力出版社，2014.

［5］邵天曉.架空送電線路的電線力學計算［M］.2版.北京：中國電力出版社，2003.

［6］孟遂民，孔偉，唐波.架空輸電線路設計［M］.北京：中國電力出版社，2015.

Analysis of the Influence of Phase-to-ground Inter-spacer on the Ultra High Voltage Eight Bundled Conductor Static Tension

Li Mengli1,2Mi Jun3Zhang Bo2,4Li Wei3Yang Xiaohui2,4Liu Bo1,2
（1.Henan EPRI Gaoke Group Co.Ltd，Zhengzhou Henan 450052；2.Laboratory of Power Transmission Line Galloping Prevention and Control Technology，State Grid Henan Electric Power Research Institute，Zhengzhou Henan 450052；3.Zhengzhou Nissan Automobile Co.Ltd，Zhengzhou Henan 450001；4.State Grid Henan Electric Power Research Institute，Zhengzhou Henan 450052）

This paper analysed the influence of different configurations of phase-to-ground inter-spacer on the ultra high voltage eight bundled conductor static tension.Results showed that the tension of conductor between two towers was significantly increased with the installation of the phase-to-ground inter-spacer;it had a greater influence of dif?ferent configurations of phase-to-ground inter-spacer on the conductor tension;on the conductor where installed phase-to-ground inter-spacer,the conductor tension had obvious jump phenomena;under static tension,phase-toground inter-spacer did not cause conductor damage.

phase-to-ground inter-spacer；ultra high voltage；conductor tension

TM752

：A

：1003-5168（2017）01-0123-03

2016-12-01

李夢麗（1986-），女，碩士，工程師，研究方向：輸電線路運維技術。