李 輝 梁盼望 侯長(zhǎng)健

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)湖南省電力設(shè)計(jì)院有限公司，湖南長(zhǎng)沙410007）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，輸電線路走廊日益緊張，在路徑走廊擁擠地區(qū)采用緊湊型輸電方案具有巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益[1]，因緊湊型線路通過(guò)壓縮導(dǎo)線相間距離來(lái)壓縮輸電線路走廊，因此存在相間距離小于常規(guī)輸電線路的固有缺陷，導(dǎo)線脫冰跳躍后相間距離尤為緊張。因此，本文針對(duì)500 kV垂直排列雙回緊湊型線路開(kāi)展舞動(dòng)不平衡張力計(jì)算，對(duì)鐵塔進(jìn)行安全校核，確保線路在舞動(dòng)區(qū)的安全運(yùn)行。

1 計(jì)算模型

1.1 邊界條件

本文研究以500 kV緊湊型線路為例，氣象條件為27 m/s，10 mm覆冰、15 mm覆冰、20 mm覆冰，導(dǎo)線采用等腰倒三角布置，如圖1所示，頂部邊長(zhǎng)取6.7 m，腰長(zhǎng)取7.2 m。

圖1 導(dǎo)線布置方式

1.2 導(dǎo)線參數(shù)

500 kV緊湊型線路導(dǎo)線采用6分裂導(dǎo)線型式，考慮的導(dǎo)線型號(hào)如表1所示。

表1 導(dǎo)線分裂數(shù)及型號(hào)

1.3 導(dǎo)線相間最小空氣間隙

根據(jù)《110 kV～750 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50545—2010）：海拔500 m以下，500 kV工頻電壓下，相對(duì)地的最小空氣間隙為1.20 m。

則500 kV輸電線路，導(dǎo)線相間最小空氣間隙為：1.2×≈2.079 m。

根據(jù)《500 kV緊湊型架空輸電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》[2]（Q/GDW 110—2003），500 kV操作過(guò)電壓下，檔距中央的相間最小間隙取為3.85 m。

2 架空線路導(dǎo)線力學(xué)計(jì)算模型

架空輸電導(dǎo)線的懸鏈線方程為（坐標(biāo)原點(diǎn)取為懸鏈線的最低點(diǎn)）：

式中：σ0為導(dǎo)線最低點(diǎn)應(yīng)力（MPa）；g為架空導(dǎo)線的比載（即單位長(zhǎng)度導(dǎo)線所承受的載荷與導(dǎo)線截面積的比值，MPa/m）；l為檔距（m）。

導(dǎo)線在不同氣象條件A和B下的應(yīng)力滿足如下的狀態(tài)方程式：

式中：E為架空導(dǎo)線的彈性模量（MPa）；l為檔距（m）；g為架空導(dǎo)線的比載（即單位長(zhǎng)度導(dǎo)線所承受的載荷與導(dǎo)線截面積的比值，MPa/m）；σ為導(dǎo)線應(yīng)力（MPa）；t為溫度（℃）。

3 導(dǎo)線脫冰動(dòng)力計(jì)算

3.1 導(dǎo)線脫冰運(yùn)動(dòng)過(guò)程

覆冰脫落條件下導(dǎo)線動(dòng)力計(jì)算，是模擬在設(shè)計(jì)覆冰的條件下（氣溫-5 ℃，風(fēng)速0 m/s，覆冰厚度15 mm），初始狀態(tài)三相導(dǎo)線均為100%覆冰，t=0時(shí)刻，下相導(dǎo)線（導(dǎo)線2）的全檔覆冰的50%（以全部覆冰的冰重計(jì)）脫落，引起下相導(dǎo)線（導(dǎo)線2）跳起的動(dòng)態(tài)過(guò)程。

3.2 脫冰時(shí)懸垂串?dāng)[動(dòng)

設(shè)計(jì)覆冰不均勻脫落條件下，絕緣子串沿Z（導(dǎo)線走向）方向擺動(dòng)。當(dāng)架空輸電線路的導(dǎo)線發(fā)生覆冰脫落時(shí)，除了覆冰脫落導(dǎo)線將向上垂直跳起外，由于覆冰量減小，導(dǎo)線張力將同時(shí)減小，將會(huì)導(dǎo)致懸垂絕緣子串兩側(cè)張力出現(xiàn)不平衡量，使懸掛點(diǎn)絕緣子串發(fā)生擺動(dòng)，另一方面絕緣子串的擺動(dòng)，將加大導(dǎo)線跳起的高度。

如圖2所示，懸垂絕緣子串兩側(cè)分別連接相鄰兩檔導(dǎo)線，在兩側(cè)導(dǎo)線張力的共同作用下達(dá)到平衡。當(dāng)兩側(cè)導(dǎo)線的覆冰狀況發(fā)生變化時(shí)，兩側(cè)導(dǎo)線的張力也發(fā)生變化，懸垂絕緣子串沿Z方向擺動(dòng)，直至達(dá)到新的平衡。

圖2 懸垂絕緣子串的受力及平衡

根據(jù)受力平衡原理，導(dǎo)線懸掛點(diǎn)處所受合力為0，即兩側(cè)導(dǎo)線張力及絕緣子串的拉力的總合力為0，可得：

式中：TIS為絕緣子串的拉力（N）；θ為絕緣子串與垂直方向的偏轉(zhuǎn)角。

3.3 連續(xù)檔導(dǎo)線脫冰計(jì)算模型

為了準(zhǔn)確分析覆冰脫落情況下的導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)規(guī)律，有必要建立多檔導(dǎo)線模型。如圖3所示，考慮2N+1檔的導(dǎo)線模型，2N+1檔導(dǎo)線為一個(gè)耐張段，兩側(cè)由耐張串懸掛，內(nèi)部檔間由懸垂串懸掛。

假定多檔導(dǎo)線模型中，各懸掛點(diǎn)間無(wú)高差，且假設(shè)串1～N及N+2～2N+1共2N檔的檔距均為400 m，第N+1檔為脫冰檔，檔距為300～1 000 m。

4 計(jì)算結(jié)果

導(dǎo)線不同脫冰率下脫冰跳躍計(jì)算結(jié)果如表2、表3所示。

由表2、表3計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)：

（1）導(dǎo)線發(fā)生覆冰脫落后，由于不平衡張力，導(dǎo)線及懸垂絕緣子串將會(huì)發(fā)生Z向偏移。

（2）3種型號(hào)導(dǎo)線LGJ-300/40、LGJ-240/40、LHBGJ-300/20，在相同的覆冰脫落條件下，大檔距時(shí)，就最大跳起高度而言，LGJ-300/40小于LGJ-240/40，LGJ-240/40小于LHBGJ-300/20，即LGJ-300/40抗脫冰跳動(dòng)性能最好。

（3）兩種脫冰工況，嚴(yán)重程度排序?yàn)椋?0%覆冰瞬時(shí)脫落＞25%覆冰瞬時(shí)脫落。

圖3 多檔導(dǎo)線模型

表2 50%覆冰瞬間脫落的動(dòng)力計(jì)算結(jié)果（5檔）

表3 25%覆冰瞬間脫落的動(dòng)力計(jì)算結(jié)果（5檔）

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)500 kV緊湊型線路開(kāi)展導(dǎo)線脫冰跳躍計(jì)算分析，結(jié)果表明，導(dǎo)線發(fā)生覆冰脫落后，由于不平衡張力，將會(huì)使導(dǎo)線及懸垂絕緣子串發(fā)生偏移，不同導(dǎo)線的脫冰跳躍特性存在一定差異，脫冰率越高，脫冰跳躍越嚴(yán)重。