提高架空线路的抗覆冰能力
2008-06-04 09:53:32 来源：
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电力18讯：
贵州电网公司凯里供电局 潘殿祥
2005年2月，贵州东南部的黔东南州和铜仁地区遭遇了持续低温的覆冰灾害天气。覆冰比较严重的220 kV铜黎#216塔实测导线上冰重达11.36 kg/m，相当于54.47 mm的覆冰厚度。覆冰导致了凯里电网的220 kV、110 kV等输电线路发生多起倒塔断线事故，农网10 kV及以下架空电力线路倒杆1884基、断线7369处，21万用户受停电影响。这场冰灾造成的损失是巨大的，同时也反映出农网配电线路抗自然灾害的能力比较薄弱。本文针对山区地形、微气候条件下覆冰对农网配电线路的影响进行了分析计算，提出了提高农网配电线路抗覆冰能力的技术改造方案。
1 配电线路覆冰断线的分析计算
为保证架空电力线路的正常运行，在设计阶段就要考虑到架空线路所要遇到的各种气象条件，并要求设计出足够的强度，以保证架空电力线路在各种气象条件下能安全运行，但从技术经济合理性考虑，一般只选择几种合理的气象组合作为设计的控制气象条件。贵州东南部地区农网架空配电线路一般按10 mm冰区的典型设计直接套用，设计选用的气象组合条件选择如表1所示。
表1 气象组合条件选择表
贵州东南部山区冬季的气象变化比较复杂，对架空电力线路的影响主要表现为同一耐张段内不同地形、不同海拔高度的各种气象数据的急聚变化，往往山上冰天雪地，山下没有覆冰。以下计算均以导线型号为LGJ-50/8、平均档距为100 m的10 kV架空线路为典型案例，对农网配电线路覆冰断线的原因进行分析计算。
导线覆冰时的应力超过其破坏应力而断线。这是引起线路断线、倒杆的主要原因。架空线路在设计施工阶段时按10 mm冰区、安全系数K = 2.5的条件放线，当运行中遇到覆冰厚度为30 mm的气象条件时，导线应力计算如图1所示。
从计算图中可以看出，30 mm覆冰应力曲线与导线瞬时破坏应力曲线的交点处，代表档距为133.4 m。其物理意义为：导线为LGJ-50的10 kV架空线路按10 mm冰区、安全系数为2.5的条件进行架设；在运行过程中，当导线的覆冰厚度达到30 mm时，代表档距大于133.4 m的耐张段将发生断线事故。
同样，通过计算，档距为100 m时，当覆冰厚度达到34.21 mm时，将发生断线事故。导线应力计算如图2所示。
同一耐张段内的相邻档间不均匀覆冰，直线杆因承受不平衡张力而倾覆，导致倒杆断线事故发生。
架空配电线路架线施工时，导线弧垂观测合格后，须将直线杆塔上的导线与支撑的瓷绝缘子绑紧，形成类似于相对独立的孤立档距。当线路在山区微地形、微气候条件的影响下，相邻档距覆冰厚度不相等时，将产生不平衡张力。直线杆倾斜后仍不能平衡张力差或超过允许倾覆弯矩时，将发生倒杆事故。假设直线杆的前后相邻档不均匀覆冰，前一档距平均覆冰10 mm，后一档距平均覆冰厚15 mm，直线杆将承受的不平衡应力，单根导线水平不平衡张力的计算公式为
Td = (σ15 -σ10)×A
式中σ15――15 mm覆冰档距的应力值（MPa），档距100 m时计算值为149.7137 MPa；
σ10――10 mm覆冰档距的应力值（MPa）， 档距100 m时为计算值为119.8792 MPa；
A――导线截面（mm2）。
若10 kV直线杆前后相邻档均为100 m，则产生的不衡张力为
T = 3×Td = 3×(149.7137 - 119.8792)×56.29 = 5038.15 N
不平衡张力作用在稍径为150 mm、标准埋深（埋深1.7 m，呼称高为7.7 m）的10 m水泥电杆上，产生的弯矩为38793.77 Nm，大大超过电杆的允许倾覆弯矩值4462 Nm，造成线路倒杆。
直线杆塔横担承受垂直荷载超过其设计强度而遭受破坏。导线覆冰时杆塔承受的垂直荷载主要是导线的冰重、导线的自重，按以下公式计算（忽略横担的自重和瓷绝缘子的重量）。
T = (Gd+ Gb)×Lh
式中Gd――单位长度导线自重（N/m）；
Lh――杆塔的水平档距（m）；
Gb――单位长度导线冰重（N/m）。
Gb = 9.8πb(b + d)×0.9×10-3
式中b――覆冰厚度（mm）；
d――导线直径（mm）。
前后档距为100 m的杆塔在导线覆冰30 mm时，挂线点承受的垂直荷载为
T = [9.8×0.1951 +
9.8×3.14×30×(9.6 + 30)×0.9×10-3] ×100 =
3481.34 N
当线路采用L63×6×1800角钢（A3钢）双横担时，允许垂直荷载为2445 N，不能满足强度要求，必须采用更大尺寸的角钢或增加吊杆，提高横担抗弯强度。
其他外力破坏，如树木因覆冰倒下压断电力线路等。应通过加强线路巡视和线路通道清理砍伐的工作来解决。
施工中使用材料问题，一方面是材料本身的质量问题，如采用劣质钢材的拉线棒被直接拉断；另一方面属于施工工艺问题，如在断线事故现场发现，拉线抱箍选配的螺栓规格不<
贵州电网公司凯里供电局 潘殿祥
2005年2月，贵州东南部的黔东南州和铜仁地区遭遇了持续低温的覆冰灾害天气。覆冰比较严重的220 kV铜黎#216塔实测导线上冰重达11.36 kg/m，相当于54.47 mm的覆冰厚度。覆冰导致了凯里电网的220 kV、110 kV等输电线路发生多起倒塔断线事故，农网10 kV及以下架空电力线路倒杆1884基、断线7369处，21万用户受停电影响。这场冰灾造成的损失是巨大的，同时也反映出农网配电线路抗自然灾害的能力比较薄弱。本文针对山区地形、微气候条件下覆冰对农网配电线路的影响进行了分析计算，提出了提高农网配电线路抗覆冰能力的技术改造方案。
1 配电线路覆冰断线的分析计算
为保证架空电力线路的正常运行，在设计阶段就要考虑到架空线路所要遇到的各种气象条件，并要求设计出足够的强度，以保证架空电力线路在各种气象条件下能安全运行，但从技术经济合理性考虑，一般只选择几种合理的气象组合作为设计的控制气象条件。贵州东南部地区农网架空配电线路一般按10 mm冰区的典型设计直接套用，设计选用的气象组合条件选择如表1所示。
表1 气象组合条件选择表
贵州东南部山区冬季的气象变化比较复杂，对架空电力线路的影响主要表现为同一耐张段内不同地形、不同海拔高度的各种气象数据的急聚变化，往往山上冰天雪地，山下没有覆冰。以下计算均以导线型号为LGJ-50/8、平均档距为100 m的10 kV架空线路为典型案例，对农网配电线路覆冰断线的原因进行分析计算。
导线覆冰时的应力超过其破坏应力而断线。这是引起线路断线、倒杆的主要原因。架空线路在设计施工阶段时按10 mm冰区、安全系数K = 2.5的条件放线，当运行中遇到覆冰厚度为30 mm的气象条件时，导线应力计算如图1所示。
从计算图中可以看出，30 mm覆冰应力曲线与导线瞬时破坏应力曲线的交点处，代表档距为133.4 m。其物理意义为：导线为LGJ-50的10 kV架空线路按10 mm冰区、安全系数为2.5的条件进行架设；在运行过程中，当导线的覆冰厚度达到30 mm时，代表档距大于133.4 m的耐张段将发生断线事故。
同样，通过计算，档距为100 m时，当覆冰厚度达到34.21 mm时，将发生断线事故。导线应力计算如图2所示。
同一耐张段内的相邻档间不均匀覆冰，直线杆因承受不平衡张力而倾覆，导致倒杆断线事故发生。
架空配电线路架线施工时，导线弧垂观测合格后，须将直线杆塔上的导线与支撑的瓷绝缘子绑紧，形成类似于相对独立的孤立档距。当线路在山区微地形、微气候条件的影响下，相邻档距覆冰厚度不相等时，将产生不平衡张力。直线杆倾斜后仍不能平衡张力差或超过允许倾覆弯矩时，将发生倒杆事故。假设直线杆的前后相邻档不均匀覆冰，前一档距平均覆冰10 mm，后一档距平均覆冰厚15 mm，直线杆将承受的不平衡应力，单根导线水平不平衡张力的计算公式为
Td = (σ15 -σ10)×A
式中σ15――15 mm覆冰档距的应力值（MPa），档距100 m时计算值为149.7137 MPa；
σ10――10 mm覆冰档距的应力值（MPa）， 档距100 m时为计算值为119.8792 MPa；
A――导线截面（mm2）。
若10 kV直线杆前后相邻档均为100 m，则产生的不衡张力为
T = 3×Td = 3×(149.7137 - 119.8792)×56.29 = 5038.15 N
不平衡张力作用在稍径为150 mm、标准埋深（埋深1.7 m，呼称高为7.7 m）的10 m水泥电杆上，产生的弯矩为38793.77 Nm，大大超过电杆的允许倾覆弯矩值4462 Nm，造成线路倒杆。
直线杆塔横担承受垂直荷载超过其设计强度而遭受破坏。导线覆冰时杆塔承受的垂直荷载主要是导线的冰重、导线的自重，按以下公式计算（忽略横担的自重和瓷绝缘子的重量）。
T = (Gd+ Gb)×Lh
式中Gd――单位长度导线自重（N/m）；
Lh――杆塔的水平档距（m）；
Gb――单位长度导线冰重（N/m）。
Gb = 9.8πb(b + d)×0.9×10-3
式中b――覆冰厚度（mm）；
d――导线直径（mm）。
前后档距为100 m的杆塔在导线覆冰30 mm时，挂线点承受的垂直荷载为
T = [9.8×0.1951 +
9.8×3.14×30×(9.6 + 30)×0.9×10-3] ×100 =
3481.34 N
当线路采用L63×6×1800角钢（A3钢）双横担时，允许垂直荷载为2445 N，不能满足强度要求，必须采用更大尺寸的角钢或增加吊杆，提高横担抗弯强度。
其他外力破坏，如树木因覆冰倒下压断电力线路等。应通过加强线路巡视和线路通道清理砍伐的工作来解决。
施工中使用材料问题，一方面是材料本身的质量问题，如采用劣质钢材的拉线棒被直接拉断；另一方面属于施工工艺问题，如在断线事故现场发现，拉线抱箍选配的螺栓规格不<
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