平丘地区特高压直流线路冰区直线塔不平衡张力计算

张海平，慕德凯，周卫波，耿舒飞，吴 昊

（1.四川电力设计咨询有限责任公司，四川 成都 610041；2.国网山东省电力公司日照供电公司，山东 日照 276826；3.山东送变电工程有限公司，山东 济南 250118；4.国网山东省电力公司滨州市滨城区供电公司，山东 滨州 256600）

0 引言

±800 kV上海庙—山东特高压直流输电线路（以下简称“上山线”）起于内蒙古自治区鄂尔多斯市上海庙换流站，止于山东省临沂市沂南县智圣换流站。线路途经内蒙古、陕西、山西、河北、河南、山东6省（自治区），初步设计推荐路径全长约1 112.132 km（1%裕度，含黄河大跨越2.832 km），线路航空距离965 km，线路曲折系数1.14。其中山东境内约有77.8 km线路划分为15mm冰区，约52 km的15mm冰区线路所经地区属于平丘地形。

按照DL/T 5440—2009《重覆冰架空送电线路设计技术规程》［1］（以下简称 “重冰规程”），15mm 中冰区线路直线塔导线和地线的不平衡张力取值分别不应小于15%和25%的最大使用张力。若按上述原则进行荷载应力计算，直线塔部分塔材将受不平衡张力控制。平丘地区线路连续档距一般分布较均匀，若按规程规定的实际覆冰率进行导地线不平衡张力计算，其结果可能达不到15%和25%的最大使用张力。因此，以“上山线”实际定位结果为基础，对典型平丘地形特高压直流线路15mm冰区直线塔不平衡张力进行计算分析，讨论降低线路导地线不平衡张力取值的可能性，进而达到降低线路工程造价的目标。

1 导线应力和悬垂绝缘子串偏移计算

耐张段架线时，各档导地线水平应力相等，直线塔的悬垂绝缘子串垂直。当外界气象条件变化时（非架线工况），由于档距及高差不等或者外力 （冰、风等）荷载在各档的不均匀分布，造成耐张段内各档应力有差别，进而使导线上出现纵向不平衡张力，致使悬垂绝缘子串出现偏移或导地线在线夹内滑动现象［2］。重覆冰区线路不均匀覆脱冰是引起不平衡张力的主要原因。不均匀冰导地线应力和悬垂绝缘子串偏移值可通过公式进行精确迭代计算［3］：

式中：li为档距，m；βi为高差角，（°）；α 为膨胀系数，1/℃；E 为弹性系数；tm为架线时气温，℃；σm为架线时应力，N/mm2；Δtm为考虑初伸长降温等效温度，℃；γm为架线时比载，N/cm·mm2；t为不 均匀冰时气温，℃；σi为不均匀冰时应力，N/mm2；γi为不均匀冰时比载，N/（cm·mm2）；Δli为不均匀冰时档距增量，m；A 为导地线截面积，mm2；h1为高差，m；λi为悬垂绝缘子串长，m；Gi为荷载，N。

2 直线塔不平衡张力计算模型

外部边界条件： 导线为 8×JL1/G2A-1250/100，地线一根为JLB20A-150，另一根采用OPGW-150，二者机械性能差异不大，因此仅对JLB20A-150地线进行计算。极导线采用“V”串型式，V串垂直方向串长 10.5 m，串重为 1350 kg，地线串串长 0.5 m，串重18 kg。导线覆冰厚度15mm，不加冰地线冰厚15 mm，验算冰厚20mm。

结合“上山线”定位结果，选择3种不同连续档数典型平丘地形模型进行直线塔不平衡张力计算。

模型一。连续3档模型，档距分别为454m，449m和550m，导线挂点高差（大号塔-小号塔，下同）分别为-7.4m，-26.5m和5.6m，其断面如图 1所示。

图1 连续3档模型断面示意

模型二。连续6档模型，档距分别为445m，525 m，421 m，494 m，369 m 和 460 m，导线挂点高差分别为-18.8m，-5.1m，-10m，7.7m，-13.9m 和-23.2m，其断面如图2所示。

图2 连续6档模型断面示意

模型三。连续9档模型，档距分别为538m，330m，408m，330m，396m，540m，414m，487m 和 328m，导线挂点高差分别为 16.3m，-6.3m，8.7m，1.9m，-5.7m，-6.6m，4.9m，11.8m，和 5.7m，其断面如图 3所示。

图3 连续9档模型断面示意

3 直线塔不平衡张力计算分析

模型一。根据“重冰规程”，直线塔导地线不平衡张力计算覆冰率一侧取100%，另一侧取20%。模型一各档不平衡张力计算结果如表1所示。

模型二。根据上述直线塔导地线不平衡张力计算原则，模型二各档不平衡张力计算结果如表2所示。

表1 模型一各档不平衡张力计算值

表2 模型二各档不平衡张力计算值

模型三。根据上述直线塔导地线不平衡张力计算原则，模型三各档不平衡张力计算结果如表3所示。

由表1～3可以看出，导线不平衡张力最大计算值仅为最大使用张力的2.9%，远小于重冰规程要求的15%，也小于GB 50790—2013《±800 kV直流架空输电线路设计规范》（以下简称直流规程）轻冰区要求的10%［4］；地线不加冰不平衡张力最大计算值仅为最大使用张力的23.7%，小于“重冰规程”要求的25%，但大于“直流规程”轻冰区要求的 20%［5］；同时若地线出现冰过载情况，其不平衡张力可以达到最大使用张力的38.9%，超过了“重冰规程”要求的25%。

综上所述，平丘地区特高压直流线路15mm冰区直线塔导线绝缘子串较长，在不均匀冰工况下连续档内调节能力较强，可适当减小不平衡张力取值，使之不成为铁塔应力计算的控制条件；地线由于其串长较短，在不均匀冰工况下连续档内调节能力较弱，加之存在冰过载极端情况，因此不建议降低其不平衡张力取值。

表3 模型三各档不平衡张力计算值

4 结语

平丘地形15mm冰区直线塔导线不平衡张力最大计算值远小于重冰规程要求的15%。

平丘地形15mm冰区直线塔地线不加冰不平衡张力最大计算值小于重冰规程要求的25%，但部分塔大于直流规程轻冰区要求的20%，对此可通过采用加长地线串的方式来降低不平衡张力值。

平丘地区特高压直流线路15mm冰区直线塔导线可适当减小不平衡张力取值。地线由于可能出现冰过载的极端情况，因此不建议降低其不平衡张力取值。