重冰杆塔不平衡受力的原因分析

1、国网福建泉州供电公司 林旭鸣 2、福建电力职业技术学院 方钦艺

1 前言

杆塔的设计建设过程中其载荷控制与设定的重要指标就是杆塔的不平衡受力。重冰杆塔的不平衡受力就是说杆塔在覆冰严重的情况下，其不同方向上受力有一定差值的现象。形成杆塔不平衡受力的因素很多，对于重冰区域的杆塔来说影响因素有电线上覆冰不对称性、电线断裂、覆冰脱落而引起的电线晃动等等。其中电线上覆冰不对称性是覆冰区域内影响范围最广的不平衡受力情况，它可以致使悬垂直线杆塔或悬垂耐张杆塔的不同位置的受力发生不平衡现象，使得杆塔自身因不平衡受力的作用产生了弯矩或扭矩，进而导致杆塔的倾斜或者断裂等现象。

2 杆塔不平衡受力的研究现状

对覆冰区杆塔的覆冰不对称现象的研究是杆塔不平衡受力研究的主要内容，杆塔不平衡受力的取值参数、数学模型、不同工况的适用方程等都是杆塔不平衡受力研究的重点。廖宗高、陈海波、肖立群等人对重冰区域内的高压电线进行了不平衡受力的研究，并取得了一定的研究成果，在其研究的报告中提出了重冰区域、山区等杆塔线路的不平衡受力取值参数的意见。中国电力部门在2006年所做的输电线路不平衡张力与断线张力取值分析报告中建立了典型的重冰区杆塔受力数学模型，并系统地介绍了不同等级高压线路在不同覆冰厚度的情况下不同类型杆塔的不平衡受力情况，通过模型分析出了各种类型的受力大小及影响因素。张子引、刘学军等人采用杆塔间等长线的计算方式，设计了连续杆塔的不平衡受力模型公式，研究了各种线路等级的杆塔不平衡受力情况和线路绝缘子偏移参数，就不同等级的线路中不平衡张力的取值参数提出了新的意见。程思勇、薛志方等人从不同的角度入手，分别探讨了线路的设计安全参数、绝缘子参数、不同档距、不同高差以及不同档距差值等因素对于杆塔的不平衡受力影响的大小。

3 重冰杆塔不平衡受力的原因

3.1 档距相差过大加重杆塔不平衡受力：杆塔通常都很难应对重冰情况下的不平衡受力作用，如果输电线上没有覆冰而且环境中没有风作用时，尽管杆塔的档距过大通常情况下杆塔是不会出现受力不平衡的现象，其完全可以承受输电线所受到的重力作用，其受力情况见图1。如果输电线上有覆冰现象，由于杆塔两侧的档距差别较大，导致杆塔两侧的受力情况差别也较大，就会使杆塔因受到较大的侧拉力而发生倾斜或者断裂，其受力情况见图2。

图1 杆塔无覆冰情况下的受力分析

图2 杆塔覆冰且档距不同情况下的受力分析

按照杨风利、杨靖波、张子富等人的研究成果，依据有限元理论，构建输电线-绝缘子-覆冰的有限元数学分析模型，模型中的输电线接触点全部按照固定接点计算。先对分析输电线没有覆冰的受力情况，再对不同覆冰状况下的输电线受力情况分析，分析结果表明：当采用LGJ630/45导线，对不同覆冰厚度、不同杆塔档距差情况下输电线的受力情况进行数学计算，发现随着覆冰厚度的增加以及杆塔档距的加大，输电线的不平衡受力情况越严重，其中输电线所受的最大不平衡张力均超过了输电线的正常使用受力，其受力情况见图3。

图3 不同覆冰厚度下杆塔的受力分析

其中：F为耐张杆塔所受到的侧向拉力；I1为耐张杆塔左侧的耐张长度；I2为耐张杆塔右侧的耐张长度；θ为耐张杆塔两侧的输电线转弯角。

如果耐张杆塔的两侧拉力所形成的合力大于杆塔所能承受的最大应力时，其就会发生倾斜或者断裂。

3.3 高差过大导致杆塔受力不平衡加剧：在一些山区或者地形起伏较大的区域，杆塔间不可避免的会出现一定的高差。如果杆塔之间的高差过大，在不同高度的杆塔受力大小就差别较大，在输电线覆冰时，杆塔的受力就严重不平衡，杆塔就会发生倾斜，甚至出现倒塌或断裂的现象。我们以垂直型杆塔模型为例，分析不同高差以及不同覆冰程度对杆塔不平衡受力情况的影响。当杆塔之间的高差在15%范围内，同等覆冰厚度条件下，高差越大杆塔所受的不平衡张力就越大。当高差一定时，随着输电线覆冰厚度的增加，其所受的不平衡张力也越大。当杆塔之间的高差为15%，覆冰厚度分别为30mm和50mm时，杆塔所受到的不平衡张力比例为34.2%与40.1%，都大于标准所要求的33%与39%。当杆塔的两侧覆冰量不同时，其不平衡张力也不同。当杆塔的两侧覆冰量为别为1和0.3时，杆塔所受的不平衡张力随着高差的扩大、覆冰厚度的增大而逐渐变大。

4 结语

输电线杆塔的倒塌或者断裂现象要在一定条件下才能发生，具有一定的偶然性与不可预测性，我们不应该因为部分地区的杆塔损害问题就盲目地加强对输电设备的设计要求，防止不必要的资源浪费。我们要依据每个地区的特别情况以及整体与个性的思想，对于杆塔已损害地区，尤其是相对湿度较大的地区进行输电线路的特别设计，以防止杆塔倒塌现象的发生。另外，可以依据科学的手段，合理地将我国一些容易出现重冰灾害的地区进行区域划分，在此区域内的输电线路可以根据实际情况合理地增加输电线路的设计要求。

[1]宴致涛，李正良.重冰区输电塔一线体系导线断线分析[J].中国电机工程学报，2010，30(7)：92-97.

[2]刘怡春，董凤举，孙翔等.覆冰导线设计中的三类复杂问题的探讨[J].电力建设，2009，30(8)：60-62.