直流特高壓線路耐張串對(duì)導(dǎo)線弧垂影響的分析

羅 詠，黃 震，王新橋

（湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，武漢 430040）

國(guó)內(nèi)超高壓線路在計(jì)算張力弧垂時(shí)為簡(jiǎn)化模型、提高效率通常對(duì)線路中耐張串等集中荷載進(jìn)行等效或不考慮其影響，因耐張串串重占比較小，因而可不考慮耐張串等集中荷載的影響。

特高壓耐張串因?yàn)閷?dǎo)線分裂數(shù)多、截面大、拉斷力大，導(dǎo)線耐張絕緣子串重達(dá)10～20t，如此大的集中荷載會(huì)導(dǎo)致耐張串出口或耐-直檔檔中弧垂較設(shè)計(jì)值有明顯增加。因此需對(duì)可能會(huì)有較大影響的孤立檔和連續(xù)檔中耐-直檔開展研究，推導(dǎo)出合理的架線弧垂計(jì)算方法。

1 耐張串對(duì)弧垂影響的理論計(jì)算

耐張串對(duì)弧垂影響從原理上是非常復(fù)雜的，精確計(jì)算應(yīng)考慮因懸垂串兩側(cè)導(dǎo)線水平應(yīng)力不相等造成的懸垂串順線位移對(duì)檔距高差弧垂的影響而進(jìn)行復(fù)雜的迭代計(jì)算，同時(shí)還應(yīng)耐張串串重對(duì)絕緣子串順線路偏移量的影響。在計(jì)算耐張串對(duì)弧垂影響時(shí)，不同計(jì)算方法的主要差異主要在絕緣子串水平及垂直投影長(zhǎng)度的計(jì)算方法上，根據(jù)計(jì)算精度的不同，可以把絕緣子串看成多邊形或近似為懸鏈線和直棒，計(jì)算其水平和垂直投影長(zhǎng)度。

1.1 精確計(jì)算法

耐張絕緣子串通常是由一些不易彎曲的金具零件和絕緣子絞接組裝而成。它受水平張力后，形成為弦多邊形形狀。精確計(jì)算時(shí)需要進(jìn)行反復(fù)迭代計(jì)算，最終得到相對(duì)準(zhǔn)確的水平投影長(zhǎng)度及垂直投影長(zhǎng)度。

1.2 懸鏈線計(jì)算法

懸鏈線計(jì)算法將絕緣子串近似視為沿串長(zhǎng)均勻分布且處處絞接的懸鏈線。其計(jì)算出的絕緣子串水平投影長(zhǎng)度比實(shí)際的要短一些，這是由于把弦多邊形假定為懸鏈形的緣故。

1.3 直棒計(jì)算法

直棒計(jì)算法將絕緣子串看作為均布荷載的剛體直棒，直棒計(jì)算法計(jì)算的絕緣子串水平要比實(shí)際的長(zhǎng)一些。

1.4 不同計(jì)算模型分析與比較

實(shí)際在工程計(jì)算時(shí)，上述三種方法在計(jì)算時(shí)誤差并不顯著。以±800kV酒湖線湖北段30mm重冰區(qū)用的六聯(lián)550kN絕緣子串為例，每聯(lián)絕緣子為58片鐘罩型盤式絕緣子，單片絕緣子結(jié)構(gòu)高度為240mm，重量為30kg，接地端金具長(zhǎng)度為2.74m，重量為1015.8kg，帶電端金具長(zhǎng)度為2.51m，重量為1939kg。計(jì)算檔代表檔距384m，檔距397m，耐張串掛點(diǎn)較相鄰直線塔導(dǎo)線掛點(diǎn)低16.2m。計(jì)算年均溫工況15℃時(shí)導(dǎo)線水平投影長(zhǎng)度。精確計(jì)算法結(jié)果為18.805m，懸鏈線計(jì)算法結(jié)果為18.796m，直棒計(jì)算法計(jì)算結(jié)果為18.876m。三種計(jì)算方法的結(jié)果差值在0.5%以內(nèi)，均可用于工程計(jì)算。

2 計(jì)算模型簡(jiǎn)化

本工程計(jì)算模型在弧立檔簡(jiǎn)支梁的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，假設(shè)導(dǎo)線水平張力不受耐張串的影響，采用簡(jiǎn)支梁彎矩及剪力表示的弧垂計(jì)算方法，耐張塔出口處弧垂計(jì)算公式如下：

3 連續(xù)檔模型分析計(jì)算

以耐-直檔代表檔距500m為例，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速30m/s，設(shè)計(jì)覆冰30mm，導(dǎo)線采用6×JLHA4/G2A-1250/100鋼芯中強(qiáng)度鋁合金絞線，絕緣子串為六聯(lián)550kN絕緣子串，每聯(lián)絕緣子為58片，每片絕緣子單重為30.0kg，耐張絕緣子金具串總重為13900kg，長(zhǎng)度為19.6m，按連續(xù)檔計(jì)算弧垂。40℃時(shí)，經(jīng)計(jì)算，當(dāng)導(dǎo)線安全系數(shù)取3.5，年平均運(yùn)行張力取25%時(shí)，500m檔距連續(xù)檔情況下直線塔較耐張塔掛點(diǎn)高程差值越大，最大弧垂差越大，弧垂差最大處位于耐張線夾出口處附近，耐張塔附近的導(dǎo)線弧垂影響顯著，偏差量約5.0m；在弧垂最低點(diǎn)處增量也隨高程差值增大而增大，影響在0.1m以內(nèi)。根據(jù)以上分析可知，當(dāng)耐張絕緣子金具串重量更大或在重覆冰時(shí)，耐張串出口處弧垂的影響更大。

4 孤立檔模型分析計(jì)算

以耐-耐檔代表檔距500m為例，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速27m/s，設(shè)計(jì)覆冰20mm，導(dǎo)線采用6×JL1/G2A-1250/100鋼芯鋁絞線，絕緣子串為四聯(lián)550kN絕緣子串，每聯(lián)絕緣子為69片，每片絕緣子單重為30.0kg，耐張絕緣子金具串總重為10520kg，長(zhǎng)度為22.6m，按孤立檔計(jì)算弧垂。40℃時(shí)，經(jīng)計(jì)算，當(dāng)導(dǎo)線安全系數(shù)取3.5，年平均運(yùn)行張力取25%時(shí)，檔距為500m的耐-耐檔，受耐張串重影響，按孤立檔計(jì)算弧垂較按連續(xù)檔計(jì)算弧垂大，耐張串出口處弧垂差值約1.86m，且掛點(diǎn)高差對(duì)弧垂差值影響較小。

5 理論計(jì)算與實(shí)測(cè)值對(duì)比

在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上，對(duì)±800kV酒湖線湖北段重冰區(qū)段導(dǎo)線弧垂進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，選取了耐-直-耐、耐-耐兩種情況進(jìn)行了對(duì)比。

設(shè)計(jì)號(hào)5707-5709段為耐-直-耐檔，代表檔距479m，5707-5708檔距265m，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速30m/s，設(shè)計(jì)覆冰30mm，耐張串每聯(lián)絕緣子為58片，耐張串總重為13900kg，長(zhǎng)度為19.6m，理論計(jì)算弧垂與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)弧垂對(duì)比如下。耐張線夾出口處理論計(jì)算弧垂較現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量弧垂差值小5.20%，弧垂最低點(diǎn)處理論計(jì)算弧垂較現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量弧垂差值低-3.23%。

5658-5659檔為耐-耐檔，檔距966m，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速27m/s，設(shè)計(jì)覆冰20mm，耐張串每聯(lián)絕緣子為69片，耐張絕緣子金具串總重為10520kg，長(zhǎng)度為22.6m，理論計(jì)算弧垂與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)弧垂對(duì)比如下。耐張線夾出口處理論計(jì)算弧垂較現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量弧垂差值大2.88%。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果看，實(shí)測(cè)值與理論值誤差均在0.5m以內(nèi)，從工程的角度看，理論計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)弧垂基本吻合。

表1 連續(xù)檔弧垂計(jì)算值與實(shí)測(cè)值比較

6 結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)簡(jiǎn)支梁基本原理，對(duì)比了精確計(jì)算法、懸鏈線計(jì)算法和直棒計(jì)算法，三種方法計(jì)算出的耐張串水平投影長(zhǎng)度差異較小，均能滿足工程計(jì)算的需要。在此基礎(chǔ)上，從理論上分別計(jì)算了連續(xù)檔和孤立檔中耐張串對(duì)弧垂的影響，并實(shí)測(cè)湖北境內(nèi)的±800kV酒湖線連續(xù)檔孤立檔的導(dǎo)線弧垂，驗(yàn)證了理論計(jì)算的正確性。

表2 孤立檔弧垂計(jì)算值與實(shí)測(cè)值比較