架空线重冰运行的应力特性分析

方钦艺 林旭鸣

（1.福建电力职业技术学院，福建 泉州362000；2.国网福建泉州供电公司，福建 泉州362000）

0 引言

所谓重冰运行是指冰厚超过设计值，比载发生变化，应力特性不变的运行方式。在此运行方式下，架空线的应力随冰厚的增加而增加，到一定程度可造成断线倒塔的事故。架空线重冰运行的应力特性分析，就是探索架空线重冰运行的应力计算方法，使线路的运检部门在覆冰达到危险程度时，提前采取应急措施，预防事故的发生。

1 重冰运行的比载

架空线的比载定义为每米长度、每平方毫米截面所受的内力，比载的符号用g表示，单位为N／（m·mm2）。重冰运行的比载为自重比载、冰重比载和覆冰风压比载的综合体。重冰地区设计冰厚为20 mm，风速15 m／s，采用LGJ－120导线，重冰运行比载计算结果如表1所示。

表1 重冰运行比载计算结果

2 重冰运行的应力特性分析

架空线的应力特性是由设计选定气象条件的控制应力所决定的，也和安装时弧垂相关。可见，重冰运行时架空线应力特性不变。

2.1 架空线最大使用应力

架空线的最大使用应力亦称强度设计应力，是指架空线在最不利的气象条件下的强度设计应力。最不利的气象条件通常指设计时采用的最低温度、最大风速和最大覆冰厚度值。架空线最大使用应力计算公式可写成：

式中，K为架空线的强度安全系数；A为计算截面（mm2）；σP为瞬时破坏应力（N／mm2）；TP为瞬时破坏拉力（N）。

相关设计规程规定：线路导线的设计安全系数不应小于2.5，架空安装时不应小于2.0；避雷线的设计安全系数宜大于导线的设计安全系数（因为避雷线采用钢绞线，能承受更大的拉力）。当K＝2.5时，导线按正常应力架设；当K＞2.5时，导线按松弛应力架设。配电线路因电压等级低、负荷小、档距短，通常采用铝线或钢芯铝线，按松弛应力架设，因此，导线截面小、强度低，安全系数大于2.5，最大使用应力较小，这是配电线路容易覆冰断线的主要原因。送电线路因电压等级高、负荷大、档距长，通常采用钢芯铝线或铝合金线，按正常应力架设，因此，导线截面大、强度高，安全系数在2.5左右，最大使用应力较大，不容易断线。

2.2 架空线应力特性分析

在悬空状态下，架空线的应力可分为水平应力和垂直应力2个分量。水平分量应力是指作用在架空线上的水平拉应力。架空线在设计的强度条件下水平应力应等于架空线最大使用应力，最大使用应力取决于架空线的型号、截面和所选安全系数，与覆冰厚度无关，且档距内各处水平应力均相等。

重冰运行架空线的水平应力可用状态方程求解：

式中，gm、gn分别为已知气象条件和待求气象条件下的比载［N／（m·mm2）］；tm、tn分别为已知气象条件和待求气象条件下的气温（℃）；σm、σn分别为已知气象条件和待求气象条件下的导线应力（MPa）；α、β分别为架空线温度膨胀系数和弹性伸长系数；l为档距（m）。

重冰运行架空线水平应力计算结果如表2所示。

表2 重冰运行架空线水平应力计算结果

架空线重冰运行的应力可用下式求解：

式中，σ。为架空线最低点的水平应力（N／mm2）；g为架空线的比载［N／（m·mm2）］；yx为任意点P 的纵坐标（m），下标x为任意点P到导线最低点的水平距离。

悬挂点等高时，导线最低点在档距中央。

因此有：

式中，σA、σB均为导线悬挂点应力（N／mm2）；f。为档距中点弧垂（m）。

重冰运行架空线应力计算结果如表3所示。

3 结语

重冰条件下，架空线应力特性不变，这一结论使继续用状态方程求解覆冰厚度超出设计值的架空线应力成为可能。覆冰厚度不同的架空线应力的计算，使冰灾预报有了技术数据支撑，对提高架空线抗冰能力具有重大现实意义。

表3 重冰运行架空线应力计算结果

［1］能源部东北电力设计院.电力工程高压送电线路设计手册［M］.北京：水利电力出版社，1991

［2］周振山.高压架空送电线路机械计算［M］.北京：水利电力出版社，1987