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提高架空线路的抗覆冰能力

北极星电力网技术频道    作者:3   2007/12/21 14:03:57   

 关键词:  线路 架空线路 架空线

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220kV铜黎#216塔实测导线上冰重达11.36kg/m,相当于54.47mm的覆冰厚度。覆冰导致了凯里电网的220kV、110kV等输电线路发生多起倒塔断线事故,农网10kV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10mm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100m的10kV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10mm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30mm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,30mm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133.4m。其物理意义为:导线为LGJ-50的10kV架空线路按10mm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30mm时,代表档距大于133.4m的耐张段将发生断线事故。同样,通过计算,档距为100m时,当覆冰厚度达到34.21mm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10mm,后一档距平均覆冰厚15mm,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——15mm覆冰档距的应力值(MPa),档距100m时计算值为149.7137MPa;σ10——10mm覆冰档距的应力值(MPa),档距100m时为计算值为119.8792MPa;A——导线截面(mm2)。若10kV直线杆前后相邻档均为100m,则产生的不衡张力为T=3×Td=3×(149.7137-119.8792)×56.29=5038.15N不平衡张力作用在稍径为150mm、标准埋深(埋深1.7m,呼称高为7.7m)的10m水泥电杆上,产生的弯矩为38793.77Nm,大大超过电杆的允许倾覆弯矩值4462Nm,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100m的杆塔在导线覆冰30mm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=3481.34N当线路采用L63×6×1800角钢(A3钢)双横担时,允许垂直荷载为2445N,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符合规定。2改造方案根据以上的分析计算,提出以下技术改造方案。改变线路走向,避开覆冰严重的地段,可根据已有的气象资料和已有的运行经验实施改造。更换导线型号,增加导线的钢芯截面积。如将重冰区的LGJ-50/8钢芯铝绞线更换为LGJ-50/30钢芯铝绞线,提高导线的抗拉强度。增加横担强度,建议采用增加吊杆的方式,改变横担的受力结构。档间增加电杆,缩短档距,通过重冰区和超重冰区的线路平均档距应控制在50m以内。缩短耐张段的长度,应根据已有的气象资料,以冰线为分界点,分设耐张段。将直线承力杆改造耐张杆,控制覆冰断线事故范围。对直线杆增加防倾覆拉线,提高直线杆抗倾覆能力。放松导线安全系数,实施中根据具体情况进行计算确定。加强工程质量管理,杜绝使用不合格的产品。3结束语贵州山区覆冰灾害气候对电力线路的破坏是巨大的,应引起运行维护部门的高度重视,通过进行技术经济比较并结合已有的运行经验,综合采用以上的技术改造方案对重冰区、超重冰区的农网架空配电线路进行改造,可提高农网架空配电线路抗覆冰灾害天气能力,从而提高农网的安全稳定运行水平。图1 覆冰厚度30mm导线应力计算图2 覆冰厚度34.21mm导线应力计算

来源:贵州电网公司凯里供电局?潘殿祥?2006-12-2015:41:07
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