輸電線路竣工驗(yàn)收中弧垂檢查探討

鄭連勇，朱德祎，付以賢

（1.山東電力集團(tuán)公司檢修公司，山東 濟(jì)南 250021；2.山東送變電工程公司，山東 濟(jì)南 250022）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，電網(wǎng)承擔(dān)的社會責(zé)任越來越大。近年來，智能電網(wǎng)迅速發(fā)展，對電力設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行帶來了更高的挑戰(zhàn)，對運(yùn)檢單位設(shè)備管理、運(yùn)維水平提出了更高的要求。運(yùn)檢單位對設(shè)備進(jìn)行管理的第一步即是投運(yùn)前的驗(yàn)收，為保證輸電線路投運(yùn)后安全穩(wěn)定運(yùn)行，弧垂檢查是輸電線路工程驗(yàn)收中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一?；〈怪狄坏┏?，將會給輸電線路的長期安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來嚴(yán)重的安全隱患。

1 弧垂概念

線路工程中，通常將相鄰兩桿塔中心線之間的水平距離稱為檔距?；〈故侵笝n距中央架空導(dǎo)地線兩懸掛點(diǎn)連線至導(dǎo)地線之間的垂直距離。任意點(diǎn)的弧垂，是指導(dǎo)地線懸掛曲線在任意點(diǎn)處導(dǎo)地線兩懸掛點(diǎn)連線至導(dǎo)地線之間的垂直距離。工程上所說的弧垂，除了特別指明外，均指檔距中央的弧垂。一般用“f”表示。

在驗(yàn)收過程中為了能更好的分析弧垂誤差，得到更精確的弧垂觀測值，要弄清楚設(shè)計(jì)弧垂、施工記錄中的弧垂以及驗(yàn)收時(shí)測量弧垂間的聯(lián)系與區(qū)別。

設(shè)計(jì)弧垂。是指設(shè)計(jì)單位在輸電線路設(shè)計(jì)時(shí)為滿足其長期安全穩(wěn)定運(yùn)行而提供的“標(biāo)準(zhǔn)值”。

施工記錄中的弧垂。是指在該觀測檔內(nèi)，施工單位根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的導(dǎo)線安裝應(yīng)力曲線，在考慮“初伸長”，采用降溫法觀測以及考慮其他因素之后得出的一個(gè)“計(jì)算值”，這個(gè)計(jì)算值即是施工現(xiàn)場弧垂觀測、調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)。

所謂初伸長，是指導(dǎo)線初次受拉而應(yīng)力降低后，導(dǎo)線產(chǎn)生“塑形伸長及蠕變”，導(dǎo)線不可能恢復(fù)到原來狀態(tài)，所產(chǎn)生的永久性伸長。新架導(dǎo)線的施工，應(yīng)考慮線材的初伸長、補(bǔ)償線材的初伸長。常用的方法為降溫法，設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程推薦降低數(shù)值為：

鋼芯鋁絞線：5～20℃

輕型鋼芯鋁絞線：20～25℃

鋁絞線：20～25℃

加強(qiáng)型鋼芯鋁絞線：15℃

鋼絞線：10℃

驗(yàn)收過程中的弧垂。是指施工單位依據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的標(biāo)準(zhǔn)值，在考慮“初伸長”、“地形”、“溫度”等一系弧垂影響因素之后，經(jīng)過計(jì)算，調(diào)整后且距架線有一段時(shí)間間隔的“最終值”，這個(gè)最終值即是驗(yàn)收人員用儀器實(shí)際觀測的數(shù)值［1］。

設(shè)計(jì)弧垂似一把標(biāo)尺，為施工和運(yùn)行單位提供了一個(gè)嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，施工單位應(yīng)嚴(yán)格按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各種“補(bǔ)償”來控制弧垂符合設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)收人員也應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求認(rèn)真檢查校核施工過程的弧垂符合度。其三者數(shù)值關(guān)系為：f施工觀測值＜f設(shè)計(jì)值≈f驗(yàn)收觀測值。

2 弧垂變化原因及弧垂量對線路安全的影響

2.1 弧垂變化原因

導(dǎo)線架設(shè)至驗(yàn)收要經(jīng)歷一段時(shí)間，在這期間內(nèi)，溫差、天氣等不確定因素對導(dǎo)線應(yīng)力產(chǎn)生的影響是不確定的，并且初伸長在此過程中的釋放量也是一個(gè)未知量。

在輸電線路緊線施工中，從弧垂觀測到調(diào)整至設(shè)計(jì)值誤差范圍內(nèi)進(jìn)行劃印過程中，導(dǎo)線始終在滑輪中，且并未安裝間隔棒、防振錘等附屬設(shè)施。在把導(dǎo)線從滑輪中提出放入線夾后，由于滑輪與線夾結(jié)構(gòu)的不同必然給弧垂造成一定程度的影響。防振錘、間隔棒自身存在一定的質(zhì)量，它們對導(dǎo)線的垂直力負(fù)荷可能會引起導(dǎo)線的塑性變形。

2.2 弧垂量對線路安全的影響

導(dǎo)地線弧垂均過小。導(dǎo)線應(yīng)力增大，增加了導(dǎo)線本身、金具絕緣子等的機(jī)械負(fù)荷，使之易受損，縮短壽命；振動幾率增大；容易使桿塔本身因相鄰耐張段之間的不平衡張力產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)、傾斜。

導(dǎo)地線弧垂均過大。導(dǎo)線在陣風(fēng)的作用下，易發(fā)生鞭擊現(xiàn)象，在微氣候條件下更加大了發(fā)生舞動的可能；降低了桿塔的有效高度，加大了基建投資，跨越被跨越物時(shí)，在高溫、覆冰等重荷載情況下易導(dǎo)致安全距離不足；對狹窄地段和樹木，在風(fēng)力作用下難以保證風(fēng)偏水平距離符合要求。

導(dǎo)地線弧垂不一致。若地線弧垂過大，導(dǎo)線弧垂過小或符合設(shè)計(jì)要求，易發(fā)生導(dǎo)地線間安全距離不足，覆冰或特殊天氣狀態(tài)下，造成線路跳閘故障；若導(dǎo)線弧垂過大，地線弧垂過小或符合設(shè)計(jì)要求，易發(fā)生地線斷股和導(dǎo)線對地放電的故障；若線路的一側(cè)和另一側(cè)的弧垂不一致，使桿塔受力不均勻，易發(fā)生桿塔扭曲或倒塔的故障。

3 影響弧垂測量的因素

3.1 附件安裝影響

由于施工過程中，弧垂的觀測、調(diào)整均是在附件（間隔棒、防振錘等）安裝前完成的，且此時(shí)的導(dǎo)線還在滑車內(nèi)。因而，導(dǎo)線在完成附件安裝后，附件本身的質(zhì)量對導(dǎo)線產(chǎn)生垂直荷載，引起誤差。其次，把導(dǎo)線從滑車中提起，放入線夾的過程中，由于兩者結(jié)構(gòu)上的不同，必然造成導(dǎo)線懸掛點(diǎn)高度出現(xiàn)誤差。

防振錘、間隔棒雖存在一定質(zhì)量，然而與導(dǎo)線質(zhì)量相比，幾乎可以忽略。并且，間隔棒在導(dǎo)線上接近均勻分布，因而不會對導(dǎo)線局部產(chǎn)生較大荷載。另外，線夾和滑輪結(jié)構(gòu)上不同造成的懸掛點(diǎn)誤差相對絕緣子長度而言也很小，不會造成較大誤差。所以附件安裝造成的弧垂誤差相對較小，可以忽略。

3.2 初伸長影響

導(dǎo)線初伸長是施工過程中無法避免的問題，它對弧垂有著直接且較大的影響，導(dǎo)線初伸長大致分為三個(gè)過程。第一個(gè)過程是導(dǎo)線展放過程中的初伸長，放線過程中，由于導(dǎo)線受到了巨大的張力作用，導(dǎo)致其塑性伸長明顯，釋放量大，可以說此過程是導(dǎo)線第一次的“被迫性”伸長。第二個(gè)過程是在導(dǎo)線架設(shè)完畢后至投運(yùn)前，導(dǎo)線在鐵塔的“支撐”作用下，由張力引起的水平荷載及自身重力引起的垂直荷載而產(chǎn)生的“自主性”伸長，這是繼張力放線“被迫”伸長后，導(dǎo)線發(fā)生的第二次初伸長大釋放，釋放量已經(jīng)接近最大值。第三個(gè)過程是線路投運(yùn)后，承載電網(wǎng)負(fù)荷的導(dǎo)線在各種自然條件下發(fā)生的“自然性”伸長，此過程初伸長與第二過程類似，但是釋放量卻大大減小，它是導(dǎo)線的“最終性”伸長，第二過程的導(dǎo)線伸長在導(dǎo)線架設(shè)完畢一周內(nèi)基本釋放完畢，第三個(gè)過程需要幾個(gè)月甚至幾年才能完全釋放。通常線路驗(yàn)收在施工完畢2個(gè)月以后進(jìn)行，所以驗(yàn)收時(shí)進(jìn)行的弧垂檢查，實(shí)際上是第二階段與第三階段之間，此時(shí)的初伸長已基本釋放，加之設(shè)計(jì)、施工單位采取的降溫等各種“補(bǔ)償”，初伸長對弧垂觀測結(jié)果影響不明顯。因此，在弧垂觀測中，不再考慮初伸長對觀測結(jié)果的影響。

3.3 溫度的影響

氣溫不同，同一檔距導(dǎo)線的弧垂也不相同，不同溫度時(shí)，導(dǎo)線長度為l的換算公式為：

式中： ln、lm為狀態(tài) n、m 的導(dǎo)線長度，m；tn、tm為狀態(tài)n、m的導(dǎo)線溫度；a為導(dǎo)線的溫度線膨脹系數(shù)，1/℃。

導(dǎo)線長度l與弧垂的關(guān)系

式中：fn為狀態(tài)n的導(dǎo)線弧垂，m。

分別微分（1）（2）式［2］：

可見，溫度每變化1℃則影響弛度達(dá)0.034 m。

測量中溫度的變化對測量結(jié)果的影響較大，對溫度數(shù)據(jù)的采集往往通過溫度計(jì)現(xiàn)場測量，由于溫度計(jì)本身的誤差加之施工方與驗(yàn)收人員對溫度計(jì)的擺放各不相同，“溫差”自然形成，實(shí)際表明由于陽光的直接照射，很短時(shí)間內(nèi)，溫度就有3～5℃的變化，測量中會因溫度的不準(zhǔn)確而使弧垂大小超差。再者，在驗(yàn)收時(shí)往往以氣溫為參照數(shù)據(jù)，而依據(jù)線溫測量弧垂更為合理。可見，溫度對弧垂觀測的影響明顯且較大。

附件安裝、初伸長對弧垂觀測有著不可避免的影響，但是由于影響結(jié)果較小，可以忽略。而溫度帶來的影響卻來的很直接、明顯，因此要特別注意選擇氣溫穩(wěn)定的時(shí)段內(nèi)進(jìn)行，否則將會引起較大誤差。

4 弧垂的驗(yàn)收測量

4.1 測量段選擇

緊線段在5檔及以下時(shí)靠近中間選擇一檔；在6～12檔時(shí)靠近兩端各選擇一檔；在12檔以上時(shí)靠近兩端及中間選擇一檔；觀測檔宜選擇檔距較大和懸掛點(diǎn)高差較小及接近代表檔距的線檔；觀測檔的數(shù)量可以根據(jù)現(xiàn)場條件適當(dāng)增加，但不得減少；觀測檔位置應(yīng)分布比較均勻，相鄰觀測檔距間距不宜超過4個(gè)線檔；觀測檔應(yīng)具代表性，如連續(xù)傾斜檔的高處和低處，較高的懸掛點(diǎn)前后兩側(cè)，相鄰緊線段的接合處，重要跨越物附近的線檔如大跨越應(yīng)設(shè)觀測檔；宜選擇對鄰近檔檢測范圍較大的塔號作觀測點(diǎn)，不宜選臨近轉(zhuǎn)角塔的檔作觀測檔［3］。

4.2 驗(yàn)收測量方法

4.2.1 等長法弧垂檢查

適用范圍。懸點(diǎn)高差h≤10%l，觀測檔檔距小于500 m，地勢較為平坦，便于目測或借助于望遠(yuǎn)鏡觀測。

檢查原理。等長法弧垂檢查如圖1所示，觀測視線A1B1與弧垂相切后與對側(cè)桿塔相交，交點(diǎn)與對側(cè)桿塔懸掛點(diǎn)的垂直距離為b，則實(shí)測弧垂值

圖1 等長法弧垂檢查示意圖

檢查步驟。根據(jù)當(dāng)前的環(huán)境溫度和檢查檔的檔距，在弧垂曲線表上查出對應(yīng)的弧垂值fg，在檢查檔一側(cè)桿塔上從懸掛點(diǎn)向下垂直測量理論弧垂值fg，綁弧垂板。觀測人員透過弧垂板，視線A1B1與弧垂相切后，與對側(cè)桿塔相交，測量對側(cè)桿塔懸掛點(diǎn)至相交點(diǎn)的垂直距離b。按式（3）計(jì)算出實(shí)測弧垂值fs，就可以與理論弧垂值fg進(jìn)行誤差對比，判斷弧垂是否合格。

4.2.2 異長法弧垂檢查

適用范圍。懸點(diǎn)高差 10%l＜h≤20%l，弧垂較小，且弧垂最低點(diǎn)不低于兩側(cè)桿塔根部連線。

檢查原理。異長法弧垂檢查如圖2所示，一側(cè)桿塔懸掛點(diǎn)垂直向下距離為a，觀測視線A1B1與弧垂相切后與對側(cè)桿身相交，交點(diǎn)與懸掛點(diǎn)的垂直距離為b，則實(shí)測弧垂值

圖2 異長法弧垂檢查示意圖

檢查步驟。在觀測檔一側(cè)桿塔從懸掛點(diǎn)向下垂直測量a，綁弧垂板；觀測人員透過弧垂板，視線A1B1與弧垂相切，在與對側(cè)桿塔相交，測量交點(diǎn)與對側(cè)桿塔懸掛點(diǎn)的垂直距離b；按式（4）計(jì)算出實(shí)測弧垂值fs，與理論弧垂值fg進(jìn)行誤差對比，判斷弧垂是否合格。

4.2.3 檔端角度法弧垂檢查

適用范圍。當(dāng)檢查檔距較大，弧垂較大，架空線懸掛點(diǎn)高差較大時(shí)。

檢查原理。檔端角度法弧垂檢查如圖3所示，兩桿塔懸掛點(diǎn)間的高差為h，一側(cè)桿塔懸掛點(diǎn)至儀器中心距離為a，儀器與弧垂相切的垂直角為θ，與對側(cè)桿塔懸掛點(diǎn)的垂直角為θ1，則實(shí)測弧垂值

檢查步驟。將儀器架設(shè)在一側(cè)桿塔懸掛點(diǎn)的垂直正下方，量出儀器中心線與懸掛點(diǎn)的垂直距離a，實(shí)測檢查檔的檔距l(xiāng)；將望遠(yuǎn)鏡視線瞄準(zhǔn)對側(cè)桿塔的懸掛點(diǎn)，記錄此時(shí)垂直角為θ1，視線A1B1與架空線弧垂相切，記錄垂直角為θ；按式（5）計(jì)算出實(shí)測弧垂值fs，與理論弧垂值fg進(jìn)行誤差對比，判斷弧垂是否合格。

圖3 檔端角度法弧垂檢查示意

5 結(jié)語

弧垂檢查在輸電線路竣工驗(yàn)收中是重點(diǎn)檢查項(xiàng)目，然而由于其受諸多不確定因素影響，在驗(yàn)收檢查過程中要注意細(xì)節(jié)，注重?cái)?shù)據(jù)積累并積極進(jìn)行對比，將可以避免的誤差因素降低到最小，探討更加簡便、精確的弧垂檢查方法，得到精確數(shù)據(jù)，正確判定弧垂符合度。

［1］甘鳳林，李光輝.高壓架空輸電線路施工［M］.北京：中國電力出版社，2008.

［2］郭鐵雄.論架空送電線路弛度測量的精度［J］.電力勘測，1995（3）：25-26.

［3］ 許海濤.架空線弧垂優(yōu)選檢查方法［J］.湖北電力，2010，34（6）：18-24.