10 kV带电导线紧线安全性研究

廖志华，蔡俊宇，蔡晓军，陈宇宏，潘小山，李 迎

(国网福建省电力有限公司厦门供电公司，福建 厦门 361000)

0 引言

近年来，随着配网带电作业技术研究的不断深入，配网带电作业得到大力发展及推广应用。在配网带电作业项目中，经常涉及架空线路的紧线施工作业，例如带负荷直线杆改耐张杆、带电更换耐张绝缘子等作业项目，均需对架空导线进行预先收紧作业。

在架空导线收紧施工过程中，线路的参数会发生变化，从而导致线路的应力和弧垂发生变化。过大的拉伸力，会使导线产生过牵引，从而导致倒杆、带电导线断线落地的事故发生，特别是导线带电的情况，带电导线紧线过程除了要考虑应力变化外，还需考虑导线线间距离的变化等多方面因素对作业安全的影响，因此，研究带电导线的紧线过程应力变化，对提升带电紧线作业安全具有重要的意义[1]。

1 带电紧线过程导线位移分析

架空配电线路的架设通常采用耐张杆和直线杆组合架设的方式，即一个耐张段内包含多根直线杆。架空线路施工过程中，档距内导线位移的方式可以分为高差位移(整体拔高)、纵向位移(沿线路方向)、横向位移(垂直线路方向)、多向位移(同时向两个以上方向进行)。对于单个档距，纵向位移和多向位移档距内弧垂变化较大，对线路参数影响较大，而高差位移和横向位移档距内弧垂变化较小，对线路参数的影响也较小。在带电紧线施工过程中，通常只在一个档距或多个档距内进行，导线的收紧过程，通常只发生纵向位移，因此研究带电紧线过程位移变化，只需研究架空线路纵向位移情况下的参数变化[2]。

2 带电紧线过程导线受力计算模型

2.1 带电紧线过程安全性分析

配网架空线路通常采用等高和不等高两种架设方式，无论采用哪种架设方式，架空导线都存在一定的张力，带电紧线过程，使得原来有张力的导线被进一步收紧，势必在导线上产生过牵引力，收紧的长度即为过牵引长度。为保证带电导线收紧的作业过程安全，即考虑在作业过程中不出现断线风险作为判断依据[4-8]，必须满足以下两个条件：

(1) 带电紧线过程中不出现断线风险，即控制导线的过牵引力不超过导线的许用应力[σ]。

(2) 紧线后，在中档开断导线后加装的“连接器”所受的拉力，不会超过“连接器”的拉断力T。

2.2 导线的强度系数计算

根据紧线后的线长l'求紧线后导线的应力σ'与强度系数K。

导线的应力σ求解可按下式测算：

式中，L——施工段导线档距(孤立档为孤立档档距，连续档为代表档距)，g——导线的综合比载，f——导线弧垂。

如果已知档距和弧垂，可进一步推算档距内导线的线长，计算如下：

反过来知道线长和档距，可以计算出弧垂：

因此，带电收紧导线施工作业后的线长l'，就等于施工前线长减去收紧的长度，即：

根据带电紧线过程，l即为紧线器的收紧长度，根据紧线长度计算出紧线后的线长l'，再进一步计算出过牵引后的弧垂f'和应力σ'，最后算出紧线后强度系数K'。根据强度系数K'与导线设计最小允许安全系数K的比较，即可判断是否满足作业安全，即：

式中，[σD]——导线的瞬时破坏应力。

2.3 导线允许过牵引量计算

根据紧线长度来计算过牵引量，适用与观测弧垂较小，导线较松弛情况下的测算。当导线档距较小、弧垂较大时，可以利用最大许用应力法来测算导线的过牵引量，从而判断导线是否能够带电收紧。具体计算方法如下：

(1) 根据导线的瞬时破坏应力[σD]和安全系数K，计算出施工档导线的最大许用应力σ，即：

(2) 根据式(2)，计算施工档导线的线长l。

(3)根据式(1)，计算最大许用应力下的导线弧垂f。

(4)根据式(2)，计算最大许用应力下的导线的线长l'。

(5)计算可以带电收紧的导线最大长度，即最大过牵引量lmax：

因此，当紧线器收紧长度小于最大过牵引量时，可以认为作业是安全的。

3 带电收紧导线安全性计算机辅助分析

根据上述计算模型，导线的应力计算是一个三元一次方程，计算过于复杂，因此利用计算机辅助分析不同线径导线的施工安全性。下面以JKLYJ型架空导线为例介绍计算及辅助分析办法。按照行业规范，常用架空JKLYJ型导线的参数如表1所示。

表1 JKLYJ导线参数

根据上述线路参数，以及式(1)，可以计算不同线径JKLYJ导线在不同范围档距和弧垂下的应力值。

首先计算各线径导线的自重比载g1，具体计算如下。

根据表2给出的参数条件，以JKLYJ-240系列架空导线进行验证，按照《10 kV架空线路典型设计规范》要求，JKLYJ-240系列配电线路设计档距范围在20～120 m，弧垂为0.1～2.9 m，σD为144.5 N/mm2，设 计 安 全 系 数 为2.5。利 用Origin软件进行编程计算[9-10]，通过设定相应参数条件，得到对应的应力、弧垂、档距关系曲线以及计算数值。

根据计算机分析结果，可以参照计算条件下档距、弧垂、应力的对应值进行对比分析，因此为了保证作业安全，带电紧线后导线的强度系数应大于2.5，即收紧后导线应力：

查找Origin计算结果，便可以得出最大许用应力σ=57.8 N/mm2范围内的档距和弧垂组合，并以此判断紧线安全性。根据以上计算结果，得出JKLYJ系列导线自重此载计算表(表2)，JKLYJ-240架空绝缘导线的设计档距范围和弧垂组合(表3)。

表2 JKLYJ系列导线自重比载计算

表3 JKLYJ-240架空绝缘导线设计档距范围内允许收紧最小弧垂 m

4 工程应用案例

某市供电公司10 kV某线路工程需要在两段孤立挡分别为50 m和70 m的范围内进行“桥接法”旁路施工检修架空线路作业，现需对两档导线中段进行开断，后加装“桥接器”连接。架空线路为JKLYJ-240导线，查作业温度时导线的弧垂分别为0.4 m和0.8 m，导线设计安全系数K=2.5。作业时无风，拟采用N-1500R型绝缘紧线器进行收紧施工作业，开断后采用耐张绝缘子收紧恢复导线，现需判断带电收紧导线过牵引长度安全性是否满足要求。

工程安全性评估步骤如下。

(1) Origin计算机辅助分析。已知架空线路施工档档距L1=50 m和L2=70 m，对应弧垂f1=0.4 m，f2=0.8 m。由 表2知，JKLYJ-240导线的0.4 m弧垂和0.8 m对应的弧垂的设计档距范围为：L0.4≤66 m，L0.8≤93 m。

因此，根据现场施工档档距，该工程可以实施带电收紧作业。

(2) 精确计算收紧高度范围。根据式(1)，计算50 m和70 m两个档距最大许用应力下的弧垂：

最大应力下可提升导线的最大高度范围：

即两个档距，收紧高度在17.3 cm，35.5 cm范围内，作业是安全的。

(3) 判断中档开断导线连接器受力安全性分析。根据“桥接法”旁路作业施工方法，需对紧线后导线在紧线位置开断后用连接器连接，因此，此工程为了确保工程安全，还需考虑连接器的受力安全，所选用连接器额定拉伸负荷应大于导线最大拉断力，不会出现导线断线和落地风险，确保该工程作业安全性。

(4) 现场施工。根据分析结果，按照配电带电作业技术规范要求进行现场施工。

收紧后开断连接，本工程利用FXBW4-10/70型复合耐张绝缘子作为连接器，其额定拉伸负荷为70 kN，远远大于JKJYL-240导线的最大拉断力。两档距范围内紧线收紧长度及高度如表4。

表4 现场施工导线方案 cm

作业过程符合配网不停电作业规范要求，作业后导线运行稳定，工程顺利实施。

5 结论

10 kV配网带电作业经常遇到紧线施工作业，配网架空线路结构复杂多变，带电紧线作业往往按照作业人员实际工作经验来进行判断，缺乏科学性和安全性。建立相应的带电紧线受力计算模型和安全性辅助分析方法，为实际作业提供有力的理论指导依据，能大大提高带电紧线作业的安全性。