输电线路不平衡和断线张力计算与分析.pdf

第 2 9卷 2 o o 9年第3期 湖南电力 研究与试验 输电线路不平衡和断线张力计算与分析 周坤 ，彭建春 ( 湖南大学，湖南 长沙4 1 0 0 8 2 ) 摘 要：2 0 0 8年 1月，我 国南方地 区遭遇大范 围雨 雪冰 冻灾害天 气，电 网严 重受损 ， 电力供应 中断 ，极大地干扰 了经济社会发展和人民生活的正常秩序。文中通过对线路在 遭遇极端天气情况时输电线路杆塔的断线、不平衡张力的求解 ，来指导输电线路杆塔设 计，以提高杆塔抗冰雪能力 ，保证 电网运行的安全。 关键词 ：输 电线路 ；断线张力 ；不平衡张力 中图分类号 ：T M7 5 3 文献标识码 ：A 文章编号 ：1 0 0 8 - 0 1 9 8 ( 2 0 0 9 ) 0 3 - 0 0 0 9 - 0 3 Ca l c ul a t i o n a n d a n a l y s i s o f un ba l a n c e a nd d i s c o nn e c t i o n t e ns i o n o n t r a ns mi s s i o n l i n e s Z HOU Ku n，P E NG J i a n c h u n ( H u n a n U n i v e r s i t y ， C h a n g s h a 4 1 0 0 8 2 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：I n J a n u a r y 2 0 08，S o u t h Ch i n a s u ffe r e d l a r g e s c a l e i c e d i s a s t e r ，r e s u l ti n g i n 8 e v e l x p o we r d d a ma g e a n d p o we r s u p p l y i n t e r r u p ti o n ， a n d e c o n o m i c d e v e l o p m e n t a n d t h e p e o p l e s d a il y l if e w e r e h e a v i l y d i s t u r b e d T h i s p a p e r c a l c u l a t ed t h e d i s c o n n e c t i o n a n d u n b a l a n c ed t e n s i o n o f t r a n s mi s s i o n l i n e t o we r u n d e r t h e c o n dit i o n o f e x t r e me we a t h e r ，t h e res u l t s We r e u s e d t o g u i d e t h e d e s i g n s t a n d a r d o f t r a n s mi s s i o n l i n e t o we r t o wi th s t a nd mo re s e v e re i c e s t o r m an d t o k e e p s a f e t y o p e r a t i o n o f p o we r d Ke y wo r d s ： t r a n s mi s s i o n fin e s ，d i s c o n n e c t i o n t e n s i o n，u n b alan e e d t e n s i o n 0 引 言 输电线路杆塔承载了导线等输电设备，需要保 证杆塔的在各种气象条件，特别是覆冰时的安全性 能。文献 1 规定了杆塔在导地线断线情况下承 受的断线张力 ，以及导地线上 的纵 向不平衡张力 ， 这些数据基本都是按导线的最大张力的某个百分比 来取值，忽略导地线在不同气象条件、不 同地形等 条件下断线张力、不平衡 张力 的差异。2 0 0 8年冰 灾发生后，国家电网公司颁布了 中重冰区输电 线路设计技术规定等标准，用来指导输电线路 设计。其中，对导地线断线、不平衡张力规定了2 种取值方法，一是按导地线在不同冰区 ( 或不同 线路等级)的覆冰率来计算 ，另一个是按导地线 最大使用张力的百分数来计算，并且取两者之大者 进行设计。而对 于按覆冰率 的计算张力，文献 收稿1 3 期： 2 0 0 9 - 0 1 - 1 2 改回1 3 期：2 0 0 9 - 0 4 - 2 2 1 没有给 出明确 的规定 。因此 ，文 中主要讨论 按覆冰率计算 断线及不平衡张力 ，并和按最大使用 张力百分比取值进行 比较。 1 断线张力计算 直线杆塔采用悬式绝缘子和固定横担、固定线 夹时，在一侧导线断落后，另一侧同相导线拉力的 作用使绝缘子串向未断线侧偏移，结果使未断线侧 的其余直线杆塔上的悬垂串也向同一方向倾斜， 但 图 1 固定线夹断线时示意图 9 研究与试验 湖南电力 第2 9 g 2 0 0 9 年第3 期 倾斜程度逐基减小，如图1 所示 】 。 断线后，各档残余张力的大小和档距的变化情 况与断线后剩余的档数有关。断线后第 i 档档距的 变化量为 ： 一 ( 甜】 + ) 式中l i 为第 i 档档距 ； 为导地线 比载 ； 为导 地线应力 ；E为电地线弹性系数 ； ， 分别为 档距发生变化 ( 断线或不均匀脱冰)前的导地线 水平应力和比载； 为第 i 档高差角。于是第 i 档 绝缘子 串的偏移为 列出一个 图解法 ，但其精度不高 ，并且不能适应千 变万化的线路实际现场情况。文中采用编制计算机 程序进行迭代 ， 现将计算结果与文献 1 列出的 百分 比进行对 比 ( 文 中以 4分裂 的 5 0 0 k V线路直 线杆塔断导线为例，下同) ，断线张力取断线档相 邻档 电线的张力 ，见表 1 。 表 1 断线张力百分比 i = z i l 1 + Z i l 2 +一 + z i l i ( 2 ) + 指平均档距， 下同； 5 0 r a m冰区 相应平均档距为3 5 0 m和4 5 0 m 。 式中i =1 ，2 ，K。 绝缘子 串的偏移 与该杆塔前后档的应力 的 关系为 o“ i +1 ， ( + “ili,1 + tan 082 hA 2 co i) + 詈 孵 。 2 c 暇 + 1 一 & ” ， ( 3 ) 式中A 为串长 ； ， 第 i 基杆 塔两侧 电线 最 低点到导线悬挂点的水平距离；G 为绝缘子串的 串重；n为分裂数 ；A为电地线截面积；0 a 和 为 第 i 档两侧悬挂点处 电线 与水平线 的夹 角 ，江 1 ， 2 。 一1 。 根据式 ( 1 ) ，( 3 )可以列出 2 K个方程 ，共有 2 K ( 其 中 = 0 )个未知数 。由于式 ( 1 ) ， ( 3 ) 皆为非线性方程，直接求解较困难，一般采取试凑 迭代法，具体为：选取第 1档应力 仃 ，根据式 ( 1 )计算 f 1 = 根据式 ( 2 )计算 6 = 根据式 ( 3 )计算 2 =根据式 ( 1 )计算 z ，依此 循环计算公式 ( 1 ) 一 ( 3 ) ，直至计算出 ，如 果 I l 8( 为足够小正数) ，则重新选择 ， 直到 I I 0 ， 但整个耐张段长度是不会发生变化的，即 & = 0 。 其计算方法也采用迭代法，和断线张力的计算方法 相同，迭代完成的标志是 I I s 。计算结果见 表2 ，表 3( 耐张段 内有 7档，前 3档正常覆冰， 后 4档不均匀覆冰) 。 2 o o 9No 3 HUNAN EI CTRI C POW ER Vo l _ 2 9 表 2 直线杆塔不平衡张力百分 比 出。 不平衡张力取计算耐张段内相邻两档张力差的最大值。 表3 耐张杆塔不平衡张力百分比 不平衡张力取设计覆冰时的张力减耐张最后一档 ( 不均匀覆冰 侧 )的张力 。 此外，计算时发现档距越大、高差越大、耐张 段档数多 ，不平衡张力也随之增大，其 中档距的影 响显著。 计算过程中，均未考虑杆塔挠度的影响，即杆 塔始终保持竖直状态。各冰区电线型号、设计应力 和文献 2 的条文说 明相同。 3 分析 线路发生事故断线时，靠近断线 附近的档距越 大、剩余档数越多，断线张力越大 ( 剩余档数超 过 5档则影 响不显著 ) J ，这和表 1的数 据相符。 此外，高差对断线张力也有影响，高差越大，断线 张力越大 ，但影响没有档距的大。文献 1 断线 张力百分比取值和表 1的数据还是有一定的差别。 随着每相导线根数 的增多 ，1相导线 同时断线的概 率变得越来越小 】 。除了考虑整相断线，还需要 考虑断 1 相、2相等时的断线张力 ，以校核最危 险 情况。 对于耐张杆塔而言，计算断线张力，可以认为 一 侧断线，另一侧正常覆冰 ，这是保守的考虑 ，即 断线张力为 1 0 0 设 计张力 ；也可 以认 为一侧 断 线，另一侧的覆冰率按文献 1 取值 ，由于未断 线侧为均匀覆冰考虑，其应力可由电线状态方程求 式 ( 2 )和文献 3 中的公式不完全相同， 文献 3 中，可认为绝缘子串所承受导线重力为 水平档距和荷载的乘积，但应该是垂直档距和荷载 的乘积； 此外文献 3 把导线张力在竖直方向的 分力取导线张力与高差角正切的乘积，实际应该是 导线张力与导线倾角的正切的乘积。文中试图修正 这一缺陷，并进行计算，且计算结果和文献 3 的条文说明中的算例基本 一致( 除了 3 0 m m冰 区 直线塔不平衡张力百分比相差较大，这和计算所选 择导线、设 计 应 力 等有 关 ) 。若 式( 2)按 文 献 1 中公式进行计算，1 5 m m覆冰时计算的不平 衡张力百分 比为 1 2 5 6 ( 1 0 0 一 2 0 ) ，比按百 分 比取值 1 5 小 ，其 它亦如此。这样 ，按覆 冰率 计算不平衡张力就显得多余。 4 结 论 在覆冰严重时，覆冰时的受力 ，特别是 电线断 线和发生不平衡时 ，是控制杆塔设 计的主要参 数。 从计算 中得知 ，断线张力 、不平衡 张力都 随档距 、 高差、档数的增大而增 大，因而在线路 的设计 中， 对于覆冰严重 的区域要尽量控制档距 、高差和耐张 段 的长度 ，特别是档距的控制 。如果难以控制 ，可 以对该 区域进行验算 ，校核杆塔的抗冰能力。 参考文献 1 Q C S G I 1 5 0 3 2 0 0 8 ，中重冰区架空输 电线路设计技术规定 ( 暂行 ) S 2 孟 遂民架 空输 电线路杆塔 设计 M 北京 ：中 国三峡 出版 社 ，1 9 9 9 3 张殿