高压送电线路耐张塔跳线三维建模及计算
2024-02-22张林枫刘培杰姜玉挺
张林枫,鲁 俊,刘培杰,姜玉挺
(国网经济技术研究院有限公司,北京)
引言
耐张塔跳线方式有软跳线和硬跳线(刚性跳线)2种[1-2]。根据目前我国输电铁塔设计的专业划分,送电电气专业负责铁塔荷载和导线间隙圆图的绘制,再将这些资料提供给线路结构专业,由结构专业进行塔头布置[3-4]。本文提出了一种计算三维跳线的方法,代替传统的二维的间隙圆来描述三维的跳线布置。
1 耐张串受力分析
图1 耐张串受力分析
LT- 力T 对铁塔挂点的力矩,Nm。
2 软跳线受力分析
假设风荷载垂直作用于跳线,坐标原点位于跳线线最低点,跳线的悬链线方程[6]为:
式中:T0s- 跳线最低点轴向张力,N;
P- 跳线荷载,N/m。
则挂点处跳线作用力为:
式中:La- 跳线最低点至悬挂点的跳线线长[8],m。
已知两侧悬挂点和跳线荷载及跳线线长的情况下,可以求出跳线曲线方程及最低点轴向张力。
已知两侧悬挂点和跳线荷载及最低点轴向张力的情况下,可以求出跳线曲线方程及跳线线长。
3 三维坐标变换
图2 跳线的全局坐标系及局部坐标系
绕x 轴三维旋转矩阵为:
绕y 轴三维旋转矩阵为:
绕z 轴三维旋转矩阵为:
跳线中的任一点在局部坐标系C(x、y、z)坐标和全局坐标系C(x、y、z)中坐标变换为[9-10]:
式中:θx—绕x 轴旋转角,θx=θ 风偏角;
θy—绕y 轴旋转角,旋转之后局部坐标系与全局坐标系平行;
θz—绕z 轴旋转角,旋转之后局部坐标系与全局坐标系平行;
跳线最低点张力和挂点处跳线作用力的坐标变换为:
4 耐张串悬挂点位置求解
4.1 软跳线耐张串悬挂点位置求解
对于具有跳线绝缘子串的跳线方式,其各绝缘子挂点位置的迭代方式基本相同。
4.2 硬跳线耐张串悬挂点位置求解
图3 迭代求解软跳线耐张串挂点位置
图4 迭代求解硬跳线耐张串挂点位置
5 耐张塔三维跳线设计实例
图5 为某500 kV 的紧凑型线路耐张塔,坐标系采用送电结构铁塔通用坐标(z 垂直向下、x 垂直横担方向),表1 为其中一相跳线在大风工况下的计算结果。
表1 500 kV 铁塔大风工况下跳线计算结果
表2 ±800 kV 大风工况下跳线计算结果
图5 软跳线耐张塔设计实例
图6 硬跳线耐张塔设计实例
6 结论
应用本文提出的三维跳线计算方法可以方便的得出跳线、绝缘子串的绝对位置。
(1) 对跳线进行精确设计,优化塔头布置,节约杆塔造价。
(2) 可将铁塔头部结构布置与电气间隙设计融为一体,实现电气与结构专业在铁塔设计上的无缝衔接。
(3) 实现二维粗略设计向三维精确设计的升级。