重覆冰地区输电线路不平衡张力研究及应对措施

鲁修学，朱本玉，张建平

（中国电建集团江西省电力设计院有限公司，江西南昌330096）

0 引言

输电线路杆塔可以分为直线塔和耐张塔，耐张塔与导线采用刚性连接，不平衡张力计算简单，断线时可以认为一侧1 相导线全断，另一侧所承受的张力即为不平衡张力，文中重点分析了直线塔的不平衡张力及应对措施。文献[1]给出了不平衡张力计算的悬链线公式，文献[2]规定了不同电压等级和冰区的不平衡张力的计算的边界条件，文献[3]采用该悬链线公式进行了编程计算，计算结果与文献[2]基本吻合，验证了该计算方法的准确性。文献[4]分析了不平衡张力的影响因素，主要是进行了理论推导，未进行定量计算和总结。

工程设计时，往往需要合理规划杆塔的不平衡张力或者杆塔不平衡张力确定后，设计应合理规避产出较大不平衡张力的情况，需要设计人员对不平衡张力的影响因素有定量的认识。文中通过几种典型的输电线路断面模型，采用上述悬链线公式对直线塔的不平衡张力进行了分析计算，并与文献[2]进行对比分析，定量分析总结纵向不平衡张力的主要影响因素，并提出了一定的应对措施，对输电线路设计、选线及定位具有较好的指导意义。

1 计算模型确定

输电线路设计中断面型式多样，归纳起来主要有耐张段长、档距、悬垂串长、高差、档距差等参数。文中计算耐张段内按7 档（6 基直线塔）考虑，如图1 所示。

主要选取以下3种计算模型：

1）7档连续等档距等高，选取不同档断线和悬垂串长，按80%脱冰计算断线张力和不平衡张力；

2）7 档连续等高，档距自 200 m 起，以 100 m 递增，选取不同档断线，按80%脱冰计算断线张力和不平衡张力，且考虑7 档中连续两档存在档距差，且按同档距差递增，选取小档距侧80%脱冰计算不平衡张力；

3）7 档档距相等，高差与档距之比自10%起，以5%递增，选取不同档断线，按80%脱冰计算断线张力和不平衡张力。

图1 七档耐张段简化模型

2 不平衡张力计算

计算覆冰20 mm，计算导线JL/G1A-630/55，导线4 分裂，悬垂串重G=3.5 kN，串长 λ=5.6 m 或 6.0 m。不均匀覆冰率20%。断线工况取-5°，无风，覆冰率70%。不均匀覆冰取-5°，同时风速10 m/s，一侧覆冰率20%，另一侧100%覆冰。

2.1 断线张力计算

采用悬链线计算公式，通过VB 编程实现迭代计算，模型1 等档等高，档距均取300 m，依次逐档（第1档开始）断线情况下计算断线档两侧直线塔的断线张力，计算采用悬垂串长分别为5.6 m 和6 m，计算结果详见表1。

通过表1 可以看出，等档等高的情况下，直线塔的断线张力与该塔所处耐张段的位置有关，当某档断线时，断线档距离两侧耐张塔档数越多，断线处直线塔断线张力越大。可以认为，直线塔每增加1 基，断线张力按2%-3%增加。另外，断线张力值与悬垂串长也具有密切关系，根据表1 所示，悬垂串长每增加0.1 m，断线张力减小约0.2%~0.3%。

模型2 假定7 档连续等高，档距自200 m 开始以100 m 递增时，依次逐档（第1 档开始）断线情况下直线塔最大断线张力计算见表2。计算断线张力与档距的关系如图2所示。

模型3假定7档连续档距均为400 m，高差第1档40 m开始以20 m的高差递增，依次逐档（第1档开始）断线情况下计算直线塔最大断线张力见表3。

表1 模型1断线张力百分比

表2 模型2 断线张力百分比

表3 模型3 断线张力百分比

图2 模型2 断线张力百分比计算结果

2.2 不均匀张力计算

7 档等高，平均档距300 m 时，考虑其中3 号塔两档有档距差，档距差分别取1：1.5、1：2、1：2.5、1：3、1：3.5时，按如下两种情况计算该塔不均匀覆冰张力：1）3号塔小号侧覆冰按20%覆冰，3号塔大号侧覆冰按100%覆冰；2）3号塔小号侧100%覆冰，大号侧按20%覆冰。计算3号塔两侧不均匀覆冰张力差见表4。

表4 不同档距差不均匀覆冰张力百分比

通过表4 可以看出，当直线塔两侧档距不一致时，直线塔两侧将出现不均匀覆冰张力，且不均匀覆冰张力随着档距差增大而增大。文献[2]规定，直线塔不平衡张力取值25%，从表4 可以看出，当档距差比超过一定值，不均匀张力差将超过规程限值，需根据实际情况计算。

7 档等档距，直线塔一侧高差为0，另一侧自10%起，以5%的高差递增情况下，小号侧档按20%覆冰，大号侧档按100%覆冰率考虑，不均匀覆冰张力差计算见表5。计算不均匀张力值与档间高差关系如图3所示。

表5 不同高差比不均匀覆冰张力百分比

图3 不同高差比不平衡张力百分比计算结果

可以看出，直线塔两侧高差不一致时同样会造成一定的不均匀覆冰张力差，但相比档距差的影响，高差对于不平衡张力的影响较小，可不作为不平衡张力的主要控制因数。

3 不平衡张力分析及其应对措施

3.1 断线张力分析

根据上述分析，断线张力影响因素主要有：耐张段内直线塔数量、悬垂串长、档距、串长和高差5 个方面因素。断线发生处杆塔与最近耐张塔间直线塔数量越多，断线张力越大，实际工程中，紧靠耐张塔的直线塔断线张力较大，需根据规程进行校验。档距对断线张力的影响最为显著，根据文中分析情况，当档距超过500 m 时，断线张力计算值容易超过规程值，需根据实际情况进行校验。增加串长可有利于减小断线张力，但对于导线，将增大铁塔塔头间隙，造成大量的投资增加，因此导线悬垂串长可在塔头间隙允许的前提下适当增加，地线串长增加对于减小断线张力作用显著，也不会增加杆塔投资，可作为减小地线断线张力的一大措施。高差对于断线张力的影响较小，除精确计算外，可忽略其对断线张力的影响。

不均匀覆冰张力影响因素主要有：直线塔两侧档距差、高差及串长。档距差对于不均匀覆冰张力影响最为显著，当档距差超过1：3 时，不均匀覆冰张力差接近或突破规程允许值。高差对于不均匀覆冰张力的影响同样较大，但一般情况下不会造成不均匀覆冰张力差突破规程值，可以认为，在档距差小于1：2 的情况下，高差将不会起主导作用，当档距差超过1：2时，应充分考虑高差对不均匀覆冰的影响。串长对于不均匀张力的影响同断线张力，地线可通过调整串长减小不均匀张力，导线串长应在不调整塔头间隙的情况适当增加。

3.2 主要应对措施

工程设计过程中，杆塔往往需提前规划，选线定位之前往往杆塔设计条件已明确。为减小后续断线张力超出设计值而造成重复性的杆塔验算，往往需要在设计选线、定位过程中进行充分考虑。

1）设计选线过程中应合理避让重冰区地区，不增加工程投资的情况下应尽量避让重冰区地区。

2）重冰区段线路应充分利用最新的航拍技术和三维设计技术，指导后续定位定线。

3）重冰区段线路定位、定线时应控制耐张段长和档距，建议耐张段内直线塔数量不超过3 基，档距不宜超过500 m。

4）控制直线塔两侧档距差，尽量控制在1：2 之内，如确实无法避免，且档距差超过规定时需采取一定的措施，如采用耐张塔开断等。

4 结语

文中主要计算了几种典型断面情况的不平衡张力，定量分析并总结了不平衡张力的影响因素，并提出了一定的应对措施。文中主要以20 mm 重冰区为例进行了分析和总结，对中、轻冰区线路也有一定的参考意义。