紧凑型耐张塔防雷分支地线的若干问题

李健，胡守松，柏晓路，万志方，丁振

(中南电力设计院，武汉市 430071)

0 引言

紧凑型线路的直线塔由于三相导线均布置在塔窗内，实现地线对导线的负保护角［1］，因此直线塔的防雷电绕击性能较好。但对于耐张塔，由于需要借助远离塔身的绕引跳线实现导线的引流接续，使得跳线部分没有地线保护，是防雷的薄弱环节。

在我国早期建设的500 kV紧凑型线路中［2-4］，如昌平—房山500 kV线路、神木—忻州—石家庄500 kV线路，虽然耐张塔外角导线引流线均未采用特殊的防雷措施，但这些线路位于北方地区，雷害不严重，而且耐张塔普遍高度较低、地面倾斜角较小、跳线距离地面较近、地面的屏蔽作用较好，不容易造成绕击跳线;但在南方地区建设的某条500 kV紧凑型线路中，由于线路沿线雷电活动较频繁，因此在耐张塔地线支架外侧增加了跳线架并加挂分支地线，实现对其下方导线引流线的防雷保护。但在实际运行中仍然连续出现2次分支地线从普通地线脱落，落在下方导线上造成永久性单相接地短路故障的发生。

紧凑型耐张塔分支地线作为一种近年来提出的新技术，国内外的相关研究较少。本文对分支地线进行了受力分析，研究了T接金具的选用，提出采用预绞式T接线夹，优化分支地线安装位置、线长、弧垂等措施来提高线路运行的安全性。

1 故障分析

1.1 故障原因

发生故障的原因，主要是由于分支地线弧垂较小、线长较短，在大风情况下由于普通地线水平偏移造成分支地线拉紧、张力迅速增大，超过T接金具握力，从而造成分支地线从T接金具中脱落。此外，即使T接金具有足够的握力，确保分支地线不会脱落，分支地线的张力将作用在跳线支架上，可能超过跳线支架的纵向强度而破坏跳线支架，给线路安全运行带来风险;而分支地线安装时线长过长，则导致其弧垂较大，可能造成与下方跳线间隙不够。

1.2 分支地线受力模型

正常运行情况下，分支地线应保证松弛没有张力;在大风情况下，普通地线发生偏移可能将分支地线拉紧。拉紧状态下分支地线的受力模型［5-7］如图1所示。

图1 分支地线受力模型Fig.1Force model of bypass shielding wire

图1中:β1为内角分支地线的和普通地线的夹角;β2为外角分支地线和普通地线夹角;θ1为内角分支地线和地线支架的夹角;θ2为外角分支地线和地线支架的夹角;D1为内角分支地线起点至普通地线耐张挂点的距离，简称分支地线出口长度;D2为外角分支地线起点至普通地线耐张挂点的距离;S为普通地线耐张挂点至分支地线横担挂点的水平距离;W为地线支架宽度;E为地线支架单侧长度;δ为转角度数;T0为普通地线档中侧张力;T1为普通地线杆塔侧张力;T2为分支地线张力;Fh为普通地线水平荷载。分支地线和普通地线夹角为

根据图1，在普通地线最大风偏导致分支地线拉紧时有

1.3 分支地线受力计算分析

根据以上分析，计算得到分支地线拉紧时的张力如表1所示。

从表1可以看出，在普通地线风偏导致分支地线拉紧的情况下，分支地线张力会迅速增大至2～9 kN。内角分支地线张力比外角大，随着转角度数的增加，内角侧分支地线的张力也明显增加，因此应选用满足强度要求的T接金具，并且在分支地线安装时，应尽量通过线长补偿普通地线偏移造成的分支地线档距增加，尽量避免分支地线拉紧。

2 T接金具的选用

根据对分支地线脱落事故的分析，分支地线与普通地线采用并沟线夹连接，用螺栓固定。从以上受力分析中可以看出，分支地线上实际存在一定顺线张力，并且沟线夹握力较小，应采用耐张型式的T接金具。为避免分支地线从T接金具中脱落，可采用预绞式T型线夹，如图2所示。

图2 预绞式T接金具Fig.2Performed helical T-connection fittings

预绞式金具［8-9］没有任何螺栓作用在导线上，减小了金具对导线的静态压应力，同时预绞式线夹具有相对较长的预成形螺旋线条，可将导线的静态压应力均匀地分散到较大的区域内。另外预绞式金具缠绕在导线上增强了导线与金具相接触区域的弯曲刚度，削弱了在这些区域由微风振动引起的动态弯曲应力。

预绞式T型线夹在制造公差、安装工艺都满足要求的情况下，能够保证普通地线和分支地线的可靠连接。为确保连接的可靠性，要求预绞式T型线夹握力不小于普通地线拉断力的25%。此外，分支地线和普通地线之间的夹角为10°～70°，预绞式T型线夹应能灵活转动，并适应各种夹角，保证受力合理分配。

虽然预绞式T型线夹防止了分支地线从线夹中脱落，但并未减小普通地线最大风偏时分支地线的张力，反而将其转移到跳线架上，而跳线架的设计并未考虑纵向荷载，因此仍然存在安全风险。

目前国内金具厂家生产的T接金具不能从根本上解决风偏后分支地线对跳线架的张力问题，但可以研制新的T接金具，采用有弹性伸缩的T接金具连接分支地线与普通地线，卸载风偏引起的张力。

3 分支地线的安装

分支地线的安装，主要是确定分支地线的线长、弧垂及安装位置。为避免风偏时发生分支地线脱落，需要保证分支地线档内具有足够的线长，以补偿普通地线最大风偏产生的偏移量，从而确保普通地线最大风偏情况下分支地线仍处于松弛状态。为简化计算，可忽略分支地线应力变化对线长的影响［10］。

分支地线的弧垂主要受间隙控制，紧凑型耐张塔内角上相导线引流线为向上绕跳，需要校验内角分支地线对其下方导线引流线的相—地间隙［11］，如图3所示。

图3 分支地线与导线引流线Fig.3Bypass shielding wire and Wire drainage line

分支地线的安装出口位置原则上以内角上相跳线出口位置为准，以实现对其下方跳线的雷电屏蔽作用，出口长度与耐张串长度相当。分支地线的弧垂可以通过线长和张力的调整来实现，当无法用张力来控制弧垂，以满足对导线引流线的间隙要求时，可减少分支地线出口长度，从而缩短其档距线长，控制弧垂。出口长度一般取为10 m，最小取为6 m，但减小出口长度的调整效果有限，对于减小出口长度仍不能满足要求的情况，可采用避雷侧针等特殊防雷措施取消分支地线。

4 工程实例

小湾—楚雄500 kV I回线路工程为紧凑型线路，设计施工图时考虑了以上各因素，分支地线安装情况见表2。该线路投运至今已2年，未发生分支地线脱落事故。

表2 分支地线安装Tab.2Installation of bypass shielding wires

5 结论

(1)500 kV紧凑型线路耐张塔内角上相导线引流线是防雷的薄弱点，加装跳线架及分支地线对于改善防雷性能具有一定作用。

(2)分支地线弧垂较小、线长较短，在大风情况下，由于普通地线水平偏移造成分支地线拉紧、张力迅速增大，超过T接金具握力时就容易造成分支地线脱落。

(3)选用预绞式T型线夹可以防止分支地线脱落，但不能从根本上解决分支地线的安装问题，需要研制新的T接金具。

(4)给出了分支地线安装的计算方法和力学、电气方面的边界条件，对于间隙校核不满足要求的，可通过调整分支地线出口长度和采用避雷针等特殊防雷措施来保证间隙要求。

［1］DL/T 5217—2005 220～500 kV紧凑型架空送电线路设计技术规定［S］.北京:中国电力出版社，2005.

［2］马志坚，傅春蘅.500 kV紧凑型输电线路技术应用研究［J］.电力建设，2005，26(10):26-29.

［3］黄炜纲.昌平—房山500 kV紧凑型输电线路导线选型及排列［J］.中国电力，2001，34(4)，42-46.

［4］王涛，修木洪.神木—忻州—石北500 kV线路过电压计算及对安装合闸电阻的分析［J］.河北电力技术，2005(2)，17-20.

［5］黄韬，文远芳，陈敏，等.基于暴露弧投影模型的输电线路绕击耐雷性能研究［J］.水电能源科学，2010，28(6):1-4.

［6］覃华，黄文京，朱普轩.500 kV紧凑型输电线路防雷性能研究［J］.南方电网技术，2009，3(5):89-94.

［7］陈稼苗，钟一俊，劳建民，等.大跨越特高杆塔线路防雷设计中EGM的应用［J］.高电压技术，2009，34(7):1374-1378.

［8］鲍迁.预绞式金具的特点［J］.电力建设，2003，24(6):42-43.

［9］张玲.全金属预绞式金具［J］.电力建设，2007，28(10):95-96.

［10］张殿生.电力工程高压送电线路设计手册［M］.北京:中国电力出版社，1999.

［11］柏晓路，葛秦岭，余雯雯，等.架空输电线路最小相间距离计算分析［J］.电力科学与工程，2009，26(4):37-40.

(编辑:张磊)