山区线路多分裂导线安全系数的选择

林建营

(福建永福电力设计股份有限公司，福州350108)

山区线路多分裂导线安全系数的选择

林建营

(福建永福电力设计股份有限公司，福州350108)

导线是输电线路的主要元件之一，导线设计安全系数的选择是线路设计中的关键环节。合理选取导线的安全系数，对确保输电线路安全运行具有重要的意义。本文定性分析山区输电线路工程多分裂导线安全系数的选择过程。

导线安全系数；水平应力；悬挂点应力

随着国民经济的快速发展和本着“资源节约型、环境友好型”的建设理念，大容量、远距离、跨区域等架空输电线路尤其是超高压、特高压输电线路选用的导线截面、导线分裂根数不断增大变多，主要有4×400 mm2、4×630 mm2、4×720 mm2、4×800 mm2、6×1250 mm2、8×630 mm2、8×1250 mm2。且输电线路路径选择服从地方经济建设及符合环境保护要求，路径方案优先避让土地资源利用价值高的平丘地区，而是选择从山地、高山经过。受山区地形及气象条件的影响，工程设计过程中除了要考虑导线的电气性能也要考虑导线的机械性能，导线安全系数是导线机械性能的一个重要参数。导线安全系数即导线的瞬时破坏应力与弧垂最低点最大使用应力之比。选择导线安全系数目的在于保证导线在各种不利因素影响下能够安全运行，减少或避免因导线机械性能原因引起的电网事故。在工程设计过程中，山区架空输电线路多分裂导线的安全系数主要从以下几个方面考虑。

1 设计规范要求值

架空输电线路设计规范规定：导线在弧垂最低点的设计安全系数不应小于2.5,悬挂点的设计安全系数不应小于2.25。该条文为强制性条文，必须严格执行。导线在弧垂最低点的最大张力按下式计算[1]：

式中：Tmax为导线在弧垂最低点的最大张力，N；Tp为导线的拉断力，N；Kc为导线的设计安全系数。

2 导线悬挂点应力验算

现行设计规范规定：如悬挂点高差过大，应验算悬挂点应力，悬挂点应力可较弧垂最低点应力高10%。检查悬挂点应力可以使用悬挂点应力临界曲线计算公式[2]：

(1)

式中：h为悬挂点间高差，m；σp为导线悬挂点允许应力，N/mm2；σm为导线最低点最大使用应力，N/mm2；l为档距，m；γ为与σm相对应情况的导线比载，N/m·mm2。

将式(1)转化为下式：

通过计算导线悬挂点允许应力(σp)求出导线悬挂点的设计安全系数。当安全系数小于2.25时，应优先调整杆塔位置及高度解决，或是放松该耐张段的导线最低点最大使用应力，以提高导线安全系数，直至满足规程要求。

3 考虑间隔棒因素验算导线最低点应力

对于悬挂于铁塔的输电线路导线，当气象条件变化时即气温或荷载改变时，导线应力及弧垂也随着发生变化。常用的输电线路电线的状态方程如下式[2]：

式(2)可转化为：

σ2·(σ+A)=B

对于分裂导线，为了限制子导线之间的相对运动及在正常情况下保持分裂导线的几何形状，分裂导线必须安装间隔棒。分裂间隔棒作为一个集中荷载依附在分裂导线中，考虑分裂间隔棒是沿线布置，可以将沿线布置的分裂间隔棒重量视为均匀地分布在导线中。

目前分裂导线的现场架设工序是先按设计提供的图纸紧线后再空中安装间隔棒，此时考虑分裂间隔棒重量的导线比载(γ)将发生变化，而气温不变(t=tm)，通过式(2)计算出安装了分裂间隔棒的电线最低点水平应力(σ)，即可得知安装了分裂间隔棒的导线的安全系数。当安全系数小于2.5时，应放松该耐张段的导线最低点最大使用应力，以提高导线安全系数，直至满足规程要求。

例如，某一山区500 kV线路工程，Vmax=30 m/s、C=10 mm，导线为4×LGJ-400/35，间隔棒平均安装距离为56 m。导线设计安全系数K0=2.5，间隔棒安装后考虑间隔棒影响时，导线安全系数K=2.467<2.5，因此严格意义上说，导线设计安全系数K0取值应提高，可取K0=2.55[3]。

4 考虑串重因素验算导线悬挂点应力

耐张塔导线悬挂点除了受导线切向应力作用外，还受耐张串重力作用。对特高压大截面多分裂导线，由于耐张绝缘子数量多、吨位高等，耐张串的重量高达105～2×105N，此时耐张串的重量将对悬挂点受力产生较大的影响。

不考虑耐张串重时耐张塔导线悬挂点受力分析如图1所示(以B点为例)。

图1 不考虑耐张串重时耐张塔导线悬挂点受力Fig.1 Suspension point stress of tension towerconductor without considering tension string weight

B点悬挂点应力切线方向综合值(σB)计算式如下[2]：

式中：l为两悬挂点间之间的水平距离即档距，m；h为两悬挂点间之间的垂直距离即高差(大号-小号)，m；σ0为电线最低点水平应力，N/mm2；γ为控制工况下的电线比载， N/m·mm2。

考虑耐张串重时耐张塔导线悬挂点受力(TG)分析如图2所示，计算式如下:

式中：θB为耐张绝缘子串的倾斜角；GV为耐张绝缘子串的重力，N；g1为控制条件下导线单位长度自重力，N；T为计算条件下导线水平张力，N；TB为悬挂点张力切线方向综合值，N。

图2 考虑耐张串重时耐张塔导线悬挂点受力分析Fig.2 Suspension point stress analysis of tension towerconductor when considering tension string weight

例如，某一±800 kV直流线路工程，Vmax=30 m/s、C=20 mm，导线为6×JL1/G2A-1250/100，耐张串强度为4×550 kN，单联绝缘子片数为67片，耐张转角塔与邻塔档距l=632 m，高差h=162.7 m。不考虑耐张串重影响时，导线安全系数K=2.6，考虑串重影响时，导线安全系数K=2.75[4]。

5 耐张塔两侧张力差检验

耐张转角塔在规划设计时，两侧负荷用代表档距一般按300 m/650 m来考虑，并结合水平档距和垂直档距组成“大水平荷载、大垂直荷载、大张力，小水平荷载、小垂直荷载、小张力”等组合[5]。在工程实际设计过程中，受地形或外部设施影响，部分耐张转角塔两侧的代表档距相差悬殊，某一种工况下的两侧应用张力差额超过原设计张力差额，铁塔某一构件满应力度超过100%[6]。这种情况下电气专业可以提高大张力侧导线安全系数以控制最大风工况、覆冰工况、低温工况、平均气温工况、断线工况、安装工况等工况下两侧张力差额满足要求。

6 结 论

架空输电线路导线安全系数取值除了要必须满足设计规范要求值外，还应该考虑：

1) 对于山区线路，由于高差大档距大，应检查导线悬挂点应力是否超过允许值；

2) 多分裂导线，还应考虑安装间隔棒等防振防舞装置因素；

3) 多联大吨位耐张绝缘子安全系数应考虑串重因素，控制单侧垂直档距或导线安全系数；

4) 导线安全系数放松时考虑耐张转角塔两侧张力平衡校验。

[1] 中国电力企业联合会. 110 kV-750 kV架空输电线路设计规范[M]. 北京：中国计划出版社, 2010.

China Electricity Council. Code for design of 110 kV-750 kV overhead transmission line[M]. Beijing: China Planning Press, 2010.

[2] 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, 2003.

ZHANG Diansheng. Design handbook for power engineering high voltage transmission line[M]. Beijing: China Electrical Power Press, 2003.

[3] 龙岩-漳州500 kV线路工程导线安全系数验算计算书(考虑间隔棒影响)[R]. 福州: 福建永福工程顾问有限公司, 2010.

Statement of engineering wire safety factor selection for Longyan-Zhangzhou 500 kV transmission line (considering the influence of spacer)[R]. Fuzhou: Fuzhou: Fujian Yongfu Engineering Consultants Co., Ltd., 2010.

[4] 灵州-绍兴±800 kV特高压直流输电线路工程导线安全系数选择计算书(考虑耐张串重影响)[R]. 福州: 福建永福工程顾问有限公司, 2013.

Statement of engineering wire safety factor selection for Linzhou-Shaoxing ±800 kV UHVDC transmission line (considering the influence of weight of strain insulator-string)[R]. Fuzhou: Fujian Yongfu Engineering Consultants Co., Ltd., 2013.

[5] 灵州-绍兴±800 kV特高压直流输电线路工程杆塔计算原则[R]. 合肥: 安徽省电力设计院, 2013.

Calculation principle of engineering tower for Linzhou-Shaoxing ±800 kV UHVDC transmission line[R]. Hefei: Anhui Electric Power Design Institute, 2013.

[6] 何鹏飞. 灵州-绍兴±800 kV特高压直流输电线路架线施工方案的论证[J]. 建筑工程技术与设计, 2015(28)：1760.

HE Pengfei. Demonstration of construction schemes of Xingzhou-Shaoxing±800 kV UHVDC transmission line[J].Architectural Engineering Technology and Design,2015(28):1760.

Selection of multi-bundled conductor safety coefficient for lines in mountainous areas

LIN Jianying

(Fujian Yongfu Power Engineering Co., Ltd., Fuzhou 350108, China)

Conductor is one of the main components for the transmission lines and the choice of the conductor designed safety coefficient is the key link in the line design. Reasonable selection of the safety coefficient is of great significance to ensure the safe operation of transmission lines. In this paper, the selection process of the multi-bundled conductor safety coefficient in transmission line project of mountainous areas is qualitatively analyzed.

conductor safety coefficient; horizontal stress; suspension point stress

2017-05-10；

2017-08-13。

林建营(1977—)，男，高级工程师，主要从事输配电线路设计工作。

TM751

A

2095-6843(2017)06-0540-03

(编辑陈银娥)