基于放松弧垂法的架空地线带电更换方案

杜志佳，宫衍平

(南京供电公司，江苏南京210013)

导线悬垂曲线的解析方程为：

架空地线又称为避雷线，其悬挂于杆塔顶部，并在每基杆塔上通过接地线与接地体相连接。其作用是减少雷击导线的几率，保护线路绝缘免受雷电过电压的破坏，保护线路安全。在将电能由发电厂输送到负荷中心的过程中，输电线路需要翻山越岭，对重要设施进行跨越，经受不同温度、不同气候条件的考验，同时还有着受到外力破坏的危险。因此，架空地线会出现损伤。对受损伤的架空地线进行更换，有停电作业和带电作业2种作业方法。采用带电作业更换架空地线，避免了输电线路停电，相应的时间耗费也少于停电更换。因此这一方法对于保证供电可靠性有着积极作用。

1带电更换架空地线方法简述

带电更换架空地线主要采用翻转滑车和领头滑车。翻转滑车具有上、下两个滑轮；领头滑车上部具有一个滑轮，下部有一个固定装置。使用时，上轮放置在旧架空地线上，下轮放置新的架空地线，新线的头部固定在领头滑车上。

放线时，使用绝缘绳牵引领头滑车。当新线到位后，挂线杆塔上利用双钩紧线器倒换新、旧架空地线耐张线夹。同时，调整双钩紧线器，使旧架空地线驰度较以前略大。紧线时，在紧线端利用双钩紧线器紧线，当新线驰度略小于旧线驰度时，翻转滑车自动翻转，新、旧架空地线位置实现对调。最后安装好新架空地线的耐张线夹，回收旧线，更换工作即可完成。

2架空地线应力计算

2.1理论及公式准备

悬挂于两基杆塔之间的一段导（地）线，在自重、冰重、风压等荷载的作用下，任一横截面上均有内力存在[1]。导（地）线应力是指导（地）线单位横截面积上的内力。从安全角度考虑，应力越小，导（地）线的安全系数就越高。为了保证线路的安全运行，必须在带电作业前对架空地线能够承受的应力进行校验，确保其满足运行规程要求。由于线路经过地区的地形总是崎岖不平的，使用杆塔的高度也不一定完全相同，因此一档架空地线两侧悬点高度不同。对于高差不大于10%的线路档，采用平抛物线近似方程进行校验[2]。导（地）线悬重曲线示意如图1所示。

图1 导（地）线悬垂曲线示意图

导线悬垂曲线的解析方程为：

因此：

高差为：

根据相似关系：

代入得：

因此：

式（7）中：f为所求的弧垂；g为对应线材的比载；l为档距；σ0为确定临界条件下的应力。

2.2带电作业时架空地线应力计算

根据输电线路电压等级的不同，所采用架空地线的型号也有不同。不同电压等级输电线路与其采用的架空地线型号以及参数如表1所示[3]。

表1不同电压等级输电线路架空地线型号

以作业地点档距为例，在保持原有弧垂的情况下，采用带电更换架空地线工具作业，需要采用领头滑车1个，翻转滑车7个，工具总质量为10 kg。新架空地线规格与旧线相同，因此计算步骤如下。

旧导线承受的新、旧导线自重产生的应力：

最低点应力：

由工具重量产生的应力：

于是，能够计算出在不同断线股数的情况下，原有架空地线在上述带电作业过程中承受的拉力。如表2所示。

由表2可以看到，保持原架空地线弧垂不变的情况下，钢绞线在断股为2股及以下的情况下，OPGW光缆在断股为6股及以下的情况下是可以采取带电作业方式更换原架空地线的。但当断股数继续增加时，这一作业方式存在隐患。

表2不同断线股数情况下地线承受拉力

2.3放松旧架空地线后进行作业的安全性计算

在保持原有弧垂不变的情况下不能满足安全性要求，则考虑通过调整弧垂，达到减小旧有架空地线应力的目的。通过设计对南京地区的杆塔设计图纸查询可以得到不同电压等级的杆塔，架空地线悬挂点与上横担的距离如表3所示[3]，在不同电压等级线路上更换架空地线时，地线与下方导线应保持的安全距离应按照临近或交叉其他电力线工作的安全距离整定，如表4 所示[4]。

表3架空地线悬挂点与上横担的距离

表4临近或交叉其他电力线工作的安全距离

再考虑到使用的带电作业工具长度为0.2 m，那么弧垂放松的实际裕度如表5所示。此时弧垂=f0+Δf，相应的：

表5不同电压等级线路弧垂放松裕度

则总的应力：σ'=σ'1+σ'2（14）

由此按照2.2节中的计算步骤计算弧垂不同放松程度下，旧有架空地线在带电作业过程中承受的拉力，如表6—9所示。

表6 110 kV线路不同弧垂放松程度下地线承受拉力

表7 220 kV线路不同弧垂放松程度下地线承受拉力（GJ-50）

表8 220 kV线路不同弧垂放松程度下地线承受拉力（GJ-70）

表9 500 kV线路不同弧垂放松程度下地线承受拉力（OPGW光缆）

通过以上表格的数据可以看出，通过放松架空地线的弧垂，能够达到进行带电更换架空地线的目的。由于架空地线线型和绞制方式的不同，需要进行弧垂放松的程度也不尽相同。需要特别指出的是，500 kV线路的OPGW光缆采用铝包钢绞线中间嵌入光纤。在作业时除了满足应力要求以外，还应当考虑作业工具对于光纤层的磨损。在作业中，应采用在滑轮处装设橡胶护套的方式，增强对OPGW光缆的保护。

3结束语

在对上述带电更换架空地线作业的分析与计算检验中，应用了导（地）线应力计算、弧垂计算、长度计算等相关知识。又考虑到架空地线损伤程度的不同，提出了通过放松架空地线弧垂进行带电作业的方法。最后应用MATLAB编制程序，把计算流程标准化，为今后同类型的输电线路检修工作提供依据。对于不能停电检修，或者跨越公路、铁路等设施的线路档，带电进行架空地线的更换简化了作业流程，节约了作业时间。特别值得注意的是，这一作业方式必须根据架空地线锈蚀、断股情况等进行过牵引计算，校核其安全情况。在校核结果满足安全性要求的前提下才能进行。总体来说，带电更换架空地线这一作业方法对于提高供电可靠性、确保电网安全稳定运行是有益处的。

[1]陈景彦，白俊峰.输电线路运行维护理论与技术[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2]胡国荣.输电线路基础[M].北京：中国电力出版社，1997.

[3]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，2002.

[4]DL/T 741—2010，架空输电线路运行规程[S].