陡峻山区输电线路覆冰不平衡张力技术研究
关键词：山区；覆冰；不平衡张力
随着西部水电开发的不断推进以及水电外送发展战略的实施，将有越来越多的高压输电线路在陡峻山区走线。陡峻山区输电线路往往具有地形相对复杂多变，相对高差较一般地区偏大的特点，且输电线路的设计容易受到微地形、微气象的影响。山区输电线路由于地形及气象等各方面因素影响，设计过程中容易出现档距、高差差异大等情况，从而使得线路在覆冰期间出现不均匀覆冰情况。不平衡张力是用于杆塔设计的控制荷载参数，不均匀覆冰导致悬垂型杆塔两侧出现不平衡张力，使铁塔受到弯矩和扭矩，是悬垂型杆塔倒塔和损坏的主要原因。对山区输电线路的不平衡张力进行计算，对山区输电线路的设计具有实际意义。
1 不平衡张力计算方法
1.1 档距变化与电线应力间的关系
设耐张段内有n个连续档，架线时的天气条件为：无风；气温为tm。导线上无冰，各直线塔上悬垂绝缘子串均处于铅锤位置，档内导线的水平应力均为？滓m。气候条件变化时，各档导线的水平应力发生变化，直线杆塔导线悬挂点发生偏移，造成耐张段内档距变化。可以近似列出第i档档距增量？驻li与档内应力？滓i之间的关系式为：
（1-1）
式中：li为初始条件下第i档的档距；？茁i为初始条件下第i档的高差角；？琢为导线的膨胀系数；E为导线的弹性系数；？驻te为架线时考虑初伸长降低的等效温度；？酌m为架线时导线的自重力比载；t为气温；？酌i为气温t时第i档的水平应力。
1.2 悬垂绝缘子串偏移和两侧导线应力间的关系
根据第i档档距增量？驻li与档内应力？滓i可求解得出第i+1档内应力？滓i+1，计算式如下：
式中：？啄i为第i基直线塔悬垂串导线挂点顺线路的水平偏移，偏向大号侧为正值，反之为负值，？啄i=？驻l1+？驻l2+…+？驻li；hi、hi+1分别为第i基对第i-1和第i+1对第i基直线塔悬挂点的高差；？茁i+1为第i+1档的高差角；li+1为悬垂串处于铅垂位置时，第i+1档的档距；A为每相总导线截面积；Gi为第i基直线塔上每相悬垂串的总荷载；？姿i为悬垂串的长度。
1.3 耐张段悬挂点偏距计算
对整个耐张段，各档档距增量之和为0，因此，第n基杆塔上导线悬挂点的偏距为0，可以得到：
求解方程即可。
2 工程实例
文章以四川高海拔山区某220千伏线路工程实例来分析不平衡张力的情况。图1所示为连续9档的耐张段N47～N56，同塔双回路设计，导线采用2×JL/G1A-630/45钢芯铝绞线，地线采用两根OPGW-100光缆兼用于通信及防雷保护，海拔范围3201m～3914m，档距及高差数据如表1。
断面分布图如图1：
随海拔的增加，耐张段内各档覆冰情况会有所不同，但设计时按耐张段划分冰区，故应校验该耐张段的覆冰不平衡张力情况。从N47到N56分别定义第1档、第2档……第9档。根据地形情况，第1、2、4、6、8档的档距较大，且弧垂最低点在档内，覆冰时由于垂直荷载的增大容易对其余小档距形成下拉趋势，故进行不平衡张力校核时，按100%覆冰考虑，其余档不均匀度按50%、20%覆冰考虑。覆冰厚度分别考虑5mm、10mm、15mm计算，安全系数取2.5。通过计算分析各直线塔的不平衡度及悬垂串的偏移来对杆塔荷载承受能力进行校核。导线计算参数如表2。
表2 导线参数表
文章选择的线路计算模型基本覆盖了大档距、大高差、连续档等情况。耐张段中，塔与塔之间最大高差达159.3m，最大档距差达678m。各冰区50%覆冰下不平衡度百分数及串偏移如图2、图3所示。
由图2、图3可看出，50%覆冰下最大不平衡度发生在N55号杆塔，张力差为1904N/相（5mm）、3362 N/相（10mm）、7889 N/相（15mm），分别为最大使用张力的3.33%、5.88%、13.8%，绝缘子串向小号侧倾斜。本段线路实际按10mm覆冰设计，50%不均匀覆冰下它所能承受的最大不平衡张力小于最大使用张力的10 %，满足规范要求及铁塔规划使用条件。5mm覆冰时张力差较小，如果覆冰达到15 mm，最大不平衡张力为13.8%，N55塔张力差超过设计规划条件，需进行加强处理。
由图4、图5可看出，20%覆冰下N53、N55最大不平衡度张力差较大，N55为2032N/相（5mm）、3640 N/相（10mm）、8450 N/相（15mm），分别为最大使用张力的3.55%、6.37%、14.8%，绝缘子串向小号侧倾斜。可以看出，10mm不均匀覆冰下，本耐张段设计没有问题，但15mm不均匀覆冰时，需对N53、N55塔进行加强设计，以免由于不均匀覆冰造成倒塔事故。
3 结束语
文章从5mm、10mm、15mm角度分析了陡峻山区输电线路不均匀覆冰下的不平衡张力情况，从不平衡度、串偏移、张力差值等分析了线路铁塔的不均匀覆冰承载情况，融合了大档距、大高差、连续档等情况。但输电线路实际参数组合千变万化，实际设计过程中，线路的不均匀覆冰位置、档距、高差、绝缘子串长、导线最大使用张力等都会影响不平衡张力的大小。山区输电线路由于地形、气象的限制，对于最大不平衡张力较严重的杆塔应考虑加强设计、缩小耐张段长度和改道避开等措施， 防患于未然。
参考文献
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