“耐—直—耐”跨越方式下导线弛度控制及地面划印割线计算

孙德新

(湖北省输变电工程公司,武汉市,430063)

0 引言

传统的输电线路大跨越多采用“耐—直—直—耐”跨越方式,而进行弛度控制时多采用在“直—直”档内扫平的观测方式。由于档距大、高差比较小,间隔棒安装完成后不会出现左倾或右倾的情况。三峡地下电站—荆门换流站500 kV线路工程中的黑岩子长江大跨越,采用了“耐(耐张跨越塔)—直(直线跨越塔)—耐(锚塔)”的跨越方式,弛度观测只能在“耐(耐张跨越塔)—直”档内进行,易造成子导线弛度差超标及间隔棒倾斜现象。施工过程中,分别对 1、4号及 2、3号子导线采用角度法观测弛度,割线时在线长上予以考虑弛度调整的方法,确保了各项数据满足设计及验收规范的要求。

1 间隔棒倾斜原因

跟据山区大高差、大档距施工的经验,即使弛度观测时四分裂子导线线间误差满足 GB 50233—2005《110～550 kV架空送电线路施工及验收规范》[1]的要求,也会出现间隔棒倾斜。究其原因,该倾斜是由大高差引起的1-2号、4-3号子导线间隔棒安装处导线的法向距离小于分裂导线间距所致。500 kV输电线路子导线分裂间距一般为450 mm,在理想情况下,任意一个垂直于线路方向的竖直向下的断面上(见图 1)的 1-2号、4-3号子导线间距恒为450mm,而间隔棒垂直于分裂子导线[1-2],间隔棒安装处导线法向间距为450cosθmm。根据文献[1]的许可范围,子导线弛度线间误差为50mm,即间隔棒安装处导线法向间距最小可达(450-50)cosθmm。当高差及档距较大时,间隔棒承受 1-2号、4-3号的压力,呈现 2号及 3号子导线“驮”1号及 4号子导线的状况,出现间隔棒左倾或右倾的现象。线夹沿垂直方向应能承受拉(压)力重冰区为6 kN、非重冰区为 4 kN[3],但间隔棒倾斜较为严重时,验收人员走线过程中可能出现四分裂导线翻转,因此应最大限度地消除或减缓间隔棒倾斜程度。

对于普通线路中“直—直”弛度观测方式下大高差、大档距弛度控制而言,可将 2、3号子导线控制在设计弛度,1、4号子导线弛度比设计值高 30～50 mm,以达到1、4号子导线“吊”2、3号子导线的目的,使间隔棒承受1-2号间、4-3号间的拉力,即可避免间隔棒倾斜或减缓间隔棒倾斜程度。间隔棒线夹因风致振动和应力集中产生的疲劳是引起间隔棒机械破坏的最主要因素,是最易发生故障的部位[4]。因此,对于大高差、大档距档的间隔棒而言,不能因一味追求安装工艺而致使线夹间应力过大、导致线夹过早破坏。

图1 分裂导线间距大于间隔棒安装处法向距离Fig.1 Intrabundle spacinggreater than normal distance between installation positions of spacers

2 “耐—直”观测档弛度控制

2.1 分裂子导线观测角度

跨越档长1 600m,在进行弛度观测时,观测角计算不计及半横担宽度[5]。受跨越点的地形限制,仅能采取档内角度法进行观测。已知条件为:

(1)导线型号AACSR/EST-400/180,单位长度质量2.544 2 kg/m,15℃对应的导线弛度105.73 m (已考虑降温补偿蠕变伸长,对应的水平张力为75.92 kN)。

(2)观测点仪器镜头高程214.65mm。

(3)耐张跨越塔侧 1、4号子导线挂点高程309.27 m,2、3号子导线挂点高程308.73m。

(4)直线跨越塔滑车口高程 341.8 m,附件安装后,1、4号子导线挂点高程 342.46 m,2、3号子导线挂点高程341.92m。

(5)锚塔侧 1、4号子导线挂点高程 333.27m,2、3号子导线挂点高程 332.73m。

(6)分裂子导线间距为0.54m。

(7)1号子导线的锚塔挂点的投影点高程为304.12 m,2号子导线的锚塔挂点的投影点高程为304.02 m,3号子导线的锚塔挂点的投影点高程为304.15 m,4号子导线的锚塔挂点的投影点的高程为304.15 m。

(8)1、4号子导线瓷瓶串长11.14 m;2、3号子导线瓷瓶串长11.69m。

在观测弛度时,可忽略耐张塔侧联板倾斜。经计算,1、4号子导线挂点高程为 309.27m,2、3号子导线挂点高程为308.73m。因各分裂子导线的水平张力相等,根据文献[5-6]提供的档内角度法观测角计算公式,得出:1、4号子导线的观测角度为 0°25′47″, 2、3号子导线的观测角度为 0°24′7″。

2.2 微线长对导线弛度的影响

根据线长与弛度的公式,可得

式中:L为2悬挂点间的架空线长度,m;l为档距,m; f为弛度;φ为高差角[6]。

利用微分方程,左右对弛度求导,可推出

带入已知数据,得到df=2.84dL。即:线长发生1 cm的微变化,跨越档内便产生2.84 cm的弛度误差,在割线时综合考虑子导线间的误差可以此为参照。

3 耐张段内线长计算及割线划印

地面划印割线所关心的是从紧线状态到挂线完成后2种状态下(图2)导线参照点间的差值,而非实际意义上耐张跨越塔耐张线夹至锚塔耐张线夹间导线的实际长度,因而在精度及误差允许的范围内,某些使计算复杂化的因素可以忽略,如横担宽度[7]。

图2 紧线状态及挂线完成后状态Fig.2 Stringing and suspension

3.1 耐张塔挂点位置转换

为简化计算,在精度及误差允许范围内,可将子导线挂点转移至横担中心处(见图3)及挂点处(见图4)。由于瓷瓶串倾斜角度较小(耐张跨越塔约 10°,锚塔瓷瓶倒挂约-4°),上、下子导线的高程差可视为子导线间距0.54 m。

3.2 割线长度计算

3.2.1 耐张塔横担偏挠数值

进行放线准备工作时,利用 2台经纬仪同时操作将耐张跨越塔及锚塔各挂点投影至地面,完成左右两相弛度观测后,再次将耐张跨越塔的对应挂点引致地面,测量其位移值作为锚塔横担偏挠的参考值,取10 cm,每根子导线割线时考虑多割,L偏=+100mm。

3.2.2 耐张串联板倾斜对子导线割线长度影响

参照文献[6-7]的计算方法,锚塔耐张串联板的倾斜角度为-4.16°,上面2根子导线少割(540/2)× tan4.16°=20 mm,下面2根子导线多割20mm,L联上= -20 mm,L联下=+20 mm。

3.2.3 锚塔耐张串重对线长影响

参照文献[6-7]的计算方法,挂线完成后,锚塔联有耐张串将对弛度造成影响,使弛度变小,需要考虑增加线长予以抵消,4根子导线皆少割 60mm, L补=-60mm。

3.2.4 考虑子导线预留误差

考虑间隔棒安装后不发生倾斜,将上面 2根子导线弛度提高40mm,1、4号子导线多割除15 mm,2、3号子导线此项割线值为0mm,则L预上=15mm,L预下= 0mm。

3.2.5 耐张串长

1、4号子导线耐张串长 11.14 m,2、3号子导线耐张串长11.69m。

3.2.6 子导线割线长度计算

根据悬链线方程,2悬挂点之间的架空线长度为

式中:H为导线水平张力,kN;w为导线单位长度自重力,N/m;h为2悬挂点的高差,m[6]。

(1)紧线状态线长。紧线状态线长指 4根子导线皆到观测弛度时,自耐张跨越塔挂点(转换后)至直线塔滑车至锚塔挂点(转换后)导线投影点间的线长。由式(3)得:1号子导线紧线状态线长 Lj1= 1 618.798 m+226.211 m=1 845.009m;2号子导线紧线状态线长Lj2=1 618.809 m+226.226 m= 1 845.035m;3号子导线紧线状态线长Lj3=1618.809m+ 226.206m=1 845.015m;4号子导线紧线状态线长Lj4=1 618.798 m+226.206 m=1 845.004 m。

(2)挂线状态线长。挂线状态线长指 4根子导线皆到观测弛度,且直线跨越塔附件已安装完成,自耐张跨越塔挂点(转换后)至直线塔线夹至锚塔挂点(转换后)导线的线长。由式(3)可得:1号子导线挂线状态线长Lg1=1 618.811m+223.239m=1 842.050m; 2号子导线挂线状态线长 Lg2=1 618.812 m+ 223.240 m=1 842.052 m;3号子导线挂线状态线长Lg3=1 618.809m+223.240m=1 842.052 m;4号子导线挂线状态线长Lg4=1 618.811m+223.239 m= 1 842.050 m。

(3)子导线割线长度。第 i号子导线割线长度为

由式(4)得:1,2,3,4号子导线割线长度为14.133,14.733,14.713,14.128m。

3.2.7 直线塔附件印记位移

附件安装完成后,直线跨越塔各子导线的高程将发生变化,因割线计算是以整个耐张段内总线长差值进行控制,故需要根据高程变化对线长变化的影响,对上下子导线分别进行位移,以确保弛度值符合要求、间隔棒不发生倾斜以及悬垂线夹不发生迈步。

(1)1、4号子导线移印。附件安装前,耐张跨越塔至直线跨越塔间线长为 1 618.798m,附件安装后,变为 1 618.811 m,说明需将印记向锚塔侧位移13mm,根据预留子导线弛度差的多割线长,印记需向耐张跨越塔侧位移15 mm。综上因素,忽略2 mm位移,吊线砣处直接划印安装预绞丝及悬垂线夹即可。若割线时不考虑子导线预留误差因素,可将印记向锚塔侧位移13mm安装预绞丝及悬垂线夹。

(2)2、3号子导线移印。附件安装前,耐张跨越塔至直线跨越塔间线长为 1 618.809m,附件安装后,变为1 618.812m,忽略3mm的位移,吊线砣处直接划印安装预绞丝及悬垂线夹即可。

4 弛度复测及误差原因分析

对挂线完成的导线进行弛度复测,实测值大于设计值,误差满足设计及验收规范要求,其规律主要表现为:上相误差较大,下相误差为小;转角内侧三相弛度最低点恒低于转角外侧三相弛度最低点;间隔棒未发生倾斜现象;个别相需要调节调整板眼孔以确保子导线间误差。

对施工方法、自然环境、天气的进行对比分析,弛度误差可能由以下因素造成:

(1)天气原因。因三峡地区小气候现象明显,常出现薄雾天气,时间段不同,雾气程度各异,光线折射率对弛度观测及复测带来误差。架线期间,江面起风频繁,风力影响弛度观测的准确性。

(2)杆塔偏挠变形。上、中、下横担处塔身结构刚度不同,受力相等时偏挠变形不同,刚度大者,偏挠变形便小些,反之亦然。根据横担主材及斜材规格判断,以上导线横担刚度最小,下导线横担刚度最大,中横担刚度介乎两者之间,弛度复测的结果与此是具有一致性的。

(3)导线单位长度质量。钢丝直径误差几乎都为正误差,达到最大值,且铝单线在拉丝过程中模径逐渐变大,使得铝单线直径变大,虽然满足国家标准要求,但单位长度重量实际值大于理论值[8],在计算水平张力相同的情况下,弛度将大于设计值。

(4)简化计算模型忽略的因素。因简化模型将挂点位置转换,且忽略了半横担宽度的影响,将计算误差引入割线值,引起弛度误差。

(5)观测误差。各时间段的温度变化较大,根据紧线时间考虑,温度变化1℃,导线弛度便出现 8 cm差异,若外界温度发生变化,而观测角度不能与之同步调整,弛度误差同样会出现。

5 结语

通过对四分裂导线上 2根子导线及下 2根子导线分别观测弛度及地面划印控制割线线长度的方法,有效地确保了“耐—直”大跨越档内弛度符合设计及验收规范要求,并通过人为调节子导线误差的方法确保了间隔棒安装完成后不发生倾斜,确保了安装工艺。

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