平丘地區特高壓直流線路冰區直線塔不平衡張力計算

張海平，慕德凱，周衛波，耿舒飛，吳 昊

（1.四川電力設計咨詢有限責任公司，四川 成都 610041；2.國網山東省電力公司日照供電公司，山東 日照 276826；3.山東送變電工程有限公司，山東 濟南 250118；4.國網山東省電力公司濱州市濱城區供電公司，山東 濱州 256600）

0 引言

±800 kV上海廟—山東特高壓直流輸電線路（以下簡稱“上山線”）起于內蒙古自治區鄂爾多斯市上海廟換流站，止于山東省臨沂市沂南縣智圣換流站。線路途經內蒙古、陜西、山西、河北、河南、山東6省（自治區），初步設計推薦路徑全長約1 112.132 km（1%裕度，含黃河大跨越2.832 km），線路航空距離965 km，線路曲折系數1.14。其中山東境內約有77.8 km線路劃分為15mm冰區，約52 km的15mm冰區線路所經地區屬于平丘地形。

按照DL/T 5440—2009《重覆冰架空送電線路設計技術規程》［1］（以下簡稱 “重冰規程”），15mm 中冰區線路直線塔導線和地線的不平衡張力取值分別不應小于15%和25%的最大使用張力。若按上述原則進行荷載應力計算，直線塔部分塔材將受不平衡張力控制。平丘地區線路連續檔距一般分布較均勻，若按規程規定的實際覆冰率進行導地線不平衡張力計算，其結果可能達不到15%和25%的最大使用張力。因此，以“上山線”實際定位結果為基礎，對典型平丘地形特高壓直流線路15mm冰區直線塔不平衡張力進行計算分析，討論降低線路導地線不平衡張力取值的可能性，進而達到降低線路工程造價的目標。

1 導線應力和懸垂絕緣子串偏移計算

耐張段架線時，各檔導地線水平應力相等，直線塔的懸垂絕緣子串垂直。當外界氣象條件變化時（非架線工況），由于檔距及高差不等或者外力 （冰、風等）荷載在各檔的不均勻分布，造成耐張段內各檔應力有差別，進而使導線上出現縱向不平衡張力，致使懸垂絕緣子串出現偏移或導地線在線夾內滑動現象［2］。重覆冰區線路不均勻覆脫冰是引起不平衡張力的主要原因。不均勻冰導地線應力和懸垂絕緣子串偏移值可通過公式進行精確迭代計算［3］：

式中：li為檔距，m；βi為高差角，（°）；α 為膨脹系數，1/℃；E 為彈性系數；tm為架線時氣溫，℃；σm為架線時應力，N/mm2；Δtm為考慮初伸長降溫等效溫度，℃；γm為架線時比載，N/cm·mm2；t為不 均勻冰時氣溫，℃；σi為不均勻冰時應力，N/mm2；γi為不均勻冰時比載，N/（cm·mm2）；Δli為不均勻冰時檔距增量，m；A 為導地線截面積，mm2；h1為高差，m；λi為懸垂絕緣子串長，m；Gi為荷載，N。

2 直線塔不平衡張力計算模型

外部邊界條件： 導線為 8×JL1/G2A-1250/100，地線一根為JLB20A-150，另一根采用OPGW-150，二者機械性能差異不大，因此僅對JLB20A-150地線進行計算。極導線采用“V”串型式，V串垂直方向串長 10.5 m，串重為 1350 kg，地線串串長 0.5 m，串重18 kg。導線覆冰厚度15mm，不加冰地線冰厚15 mm，驗算冰厚20mm。

結合“上山線”定位結果，選擇3種不同連續檔數典型平丘地形模型進行直線塔不平衡張力計算。

模型一。連續3檔模型，檔距分別為454m，449m和550m，導線掛點高差（大號塔-小號塔，下同）分別為-7.4m，-26.5m和5.6m，其斷面如圖 1所示。

圖1 連續3檔模型斷面示意

模型二。連續6檔模型，檔距分別為445m，525 m，421 m，494 m，369 m 和 460 m，導線掛點高差分別為-18.8m，-5.1m，-10m，7.7m，-13.9m 和-23.2m，其斷面如圖2所示。

圖2 連續6檔模型斷面示意

模型三。連續9檔模型，檔距分別為538m，330m，408m，330m，396m，540m，414m，487m 和 328m，導線掛點高差分別為 16.3m，-6.3m，8.7m，1.9m，-5.7m，-6.6m，4.9m，11.8m，和 5.7m，其斷面如圖 3所示。

圖3 連續9檔模型斷面示意

3 直線塔不平衡張力計算分析

模型一。根據“重冰規程”，直線塔導地線不平衡張力計算覆冰率一側取100%，另一側取20%。模型一各檔不平衡張力計算結果如表1所示。

模型二。根據上述直線塔導地線不平衡張力計算原則，模型二各檔不平衡張力計算結果如表2所示。

表1 模型一各檔不平衡張力計算值

表2 模型二各檔不平衡張力計算值

模型三。根據上述直線塔導地線不平衡張力計算原則，模型三各檔不平衡張力計算結果如表3所示。

由表1～3可以看出，導線不平衡張力最大計算值僅為最大使用張力的2.9%，遠小于重冰規程要求的15%，也小于GB 50790—2013《±800 kV直流架空輸電線路設計規范》（以下簡稱直流規程）輕冰區要求的10%［4］；地線不加冰不平衡張力最大計算值僅為最大使用張力的23.7%，小于“重冰規程”要求的25%，但大于“直流規程”輕冰區要求的 20%［5］；同時若地線出現冰過載情況，其不平衡張力可以達到最大使用張力的38.9%，超過了“重冰規程”要求的25%。

綜上所述，平丘地區特高壓直流線路15mm冰區直線塔導線絕緣子串較長，在不均勻冰工況下連續檔內調節能力較強，可適當減小不平衡張力取值，使之不成為鐵塔應力計算的控制條件；地線由于其串長較短，在不均勻冰工況下連續檔內調節能力較弱，加之存在冰過載極端情況，因此不建議降低其不平衡張力取值。

表3 模型三各檔不平衡張力計算值

4 結語

平丘地形15mm冰區直線塔導線不平衡張力最大計算值遠小于重冰規程要求的15%。

平丘地形15mm冰區直線塔地線不加冰不平衡張力最大計算值小于重冰規程要求的25%，但部分塔大于直流規程輕冰區要求的20%，對此可通過采用加長地線串的方式來降低不平衡張力值。

平丘地區特高壓直流線路15mm冰區直線塔導線可適當減小不平衡張力取值。地線由于可能出現冰過載的極端情況，因此不建議降低其不平衡張力取值。