微地形对输电线路不平衡张力的影响

刘庆丰

(湖南省电力勘测设计院，长沙市，410007)

0 引言

2008年初，我国南方大部分地区相继出现了持续的大范围、灾害性冰雪天气，此次雨雪冰冻天气过程影响范围大、持续时间长、涉及面广、危害程度大，给这些地区的交通、电力、通信和人民生活带来了严重影响。由于输电线路覆冰严重，导致湖北、浙江、湖南、江西、贵州、安徽、广西境内多条输电线路铁塔、导线、绝缘子、金具等遭到不同程度的损坏。据统计，全国500 kV输电线路损坏59条，共计倒塔957基、杆塔局部受损189基。其中15 mm及以下冰区占93.8%，20 mm 及以上冰区占 6.2%［1-3］。

新设计标准在微地形方面只有定性的规定，没有量的细化，这就给具体的线路设计带来了困难。为了寻求微地形对杆塔不平衡张力的影响，本文在对湖南省境内几条线路倒塔事故段的微地形进行归纳总结的基础上，选定几种典型的微地形断面，分别对这些情况下杆塔所受的不平衡张力进行计算分析，从中找出能指导线路改造设计的原则性意见。

1 典型微地形的特征

湖南以丘陵、山地地形为主，根据对2005—2008年湖南省500 kV线路发生倒塔变形的位置进行分析，得出微地形有如下特征:(1)线路路径走向多数与冬季主导风向夹角大于45°;(2)北坡线路覆冰较南坡严重，靠近河流、湖泊、风口的电力线路覆冰相对严重;(3)相对高耸的山顶覆冰相对严重;(4)连续上下山，高程集中在200～650 m，高程越高覆冰越严重;(5)杆塔两侧档距相差较大;(6)杆塔一侧为大档距，一般超过500 m［4-6］。前2条主要与线路路径的走向有关系，对线路的安全影响也最大，这要求在路径的选择上应特别注意这些问题。后面几条可以归纳为大高差、大小档和大档距。对于已建线路的改造而言，在路径无法做大调整的情况下，主要是对后3种微地形情况下的局部地段进行分析改造。

2 典型微地形下线路的不平衡张力计算

假定500 kV线路耐张段共6档7基杆塔，其中耐张塔2基，直线塔5基。导线为4×LGJ-400/50，导线最大使用应力103.8 MPa，设计覆冰15 mm，设计大风30 m/s，分别计算几种典型与极端情况下的各塔不平衡张力［7-10］。

2.1 大高差

假定档距相同的情况下，4号塔地面高程最高，其余塔的地面高程相同，高差50 m。3、4号杆塔档覆冰为35 mm，其余档覆冰为30 mm。计算此情况下的不平衡张力，结果如表1所示。

表1 大高差下不平衡张力的计算结果Tab.1 The computational results of the unbalanced tensile force under large altitude difference

从表1可看出，最大不平衡张力发生在4号杆塔上，数值为4608.5 N，方向向小号侧，相当于最大使用应力下张力的2.5%。

2.2 大小档

假定杆塔地面高程相同、6档冰厚均为30 mm的情况下，4号塔小号侧档距500 m，大号侧档距200 m。计算此情况下的不平衡张力，结果如表2所示。

表2 大小档下不平衡张力的计算结果Tab.2 The computational results of the unbalanced tensile force calculated under large distance difference

从表2可看出，最大不平衡张力发生在4号杆塔上，数值为5168.4 N，方向向大号侧，相当于最大使用应力下张力的2.8%。

2.3 不均匀覆冰

假定地面高程、档距相同的情况下，冰厚从15 mm开始每档5 mm递增。计算此情况下的不平衡张力，结果如表3所示。

从表3可看出，最大不平衡张力发生在5号杆塔上，数值为14782.4 N，方向向大号侧，相当于最大使用应力下张力的7.9%。

表3 不均匀覆冰下不平衡张力的计算结果Tab.3 The computational results of the unbalanced tensile force under asymmetry icing

2.4 连续上下山

假定档距相同，冰厚从15 mm开始每档5mm递增，地面高程按每基30 m递增。计算此情况下的不平衡张力，结果如表4所示。

表4 连续上下山情况下不平衡张力的计算结果Tab.4 The computational results of the unbalanced tensile force under steep slope

从表4可看出，最大不平衡张力发生在5号杆塔上，数值为14521.1 N，方向向大号侧，相当于最大使用应力下张力的7.7%。

2.5 大小档和不均匀覆冰

假定地面高程相同，冰厚从10 mm开始每档5 mm递增，5号塔小号侧档距为200 m，大号侧档距为500 m。计算此情况下的不平衡张力，结果如表5所示。

从表5可看出，最大不平衡张力发生在5号杆塔上，数值为26270.4N，方向向大号侧，相当于最大使用应力下张力的14.0%。

表5 大小档和不均匀覆冰情况下不平衡张力的计算结果Tab.5 The computational results of the unbalanced tensile force under the distance difference and asymmetry icing

2.6 大小档和大高差

假定档距相同，高差每基30～50 m递增的情况下，高差往往同时存在不均匀覆冰的情况，假设冰厚从10 mm开始每档5 mm递增。计算此情况下的不平衡张力，结果如表6所示。

表6 大小档和大高差情况下不平衡张力的计算结果Tab.6 The computational results of the unbalanced tensile force under the distance and altitude difference

从表6可看出，最大不平衡张力发生在5号杆塔上，数值为36794.3 N，方向向大号侧，相当于最大使用应力下张力的19.6%。

2.7 大小档与高差

在控制档距小于500 m，相邻两档覆冰差不超过5 mm的情况下，变化大小档倍数，计算张力差小于15%最大使用张力时大小档与高差的对应关系，结果如表7所示。

表7 大小档与高差的对应关系Tab.7 The relation between distance and altitude difference under given unbalanced tensile force

3 结论

(1)当某种微地形单独影响时，张力差较小，一般都小于10%。当多种微地形组合(主要是大小档和大高差组合)影响时，张力差较大，有可能大于10%。

(2)为保证主干电网的安全稳定性，对于已建500 kV线路要进行微地形情况下的改造，建议按如下改造原则处理:①地面高差大于50 m，优先采取增加杆塔方式，若有困难，可将承受不均匀覆冰张力差较大的杆塔更换为加强型杆塔;②当两侧档距相差2.5倍以上时，优先采取增加杆塔方式，若有困难时，可将该杆塔更换为加强型杆塔;③当实际档距大于500 m，抗冰能力较弱时，优先采取增加杆塔方式，若有困难时，可采取加强杆塔等措施;④对于220 kV及以下线路微地形情况下的改造，可以参照500 kV线路的改造方式适当放宽条件执行。

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