| 标题 | 单回直线塔与双回分歧塔相邻时悬垂串偏移情况计算 |
| 范文 | 赵冬辉++赵慧峰 摘 要：在输电线路中，目前最常用的双回路铁塔导线排列方式为垂直排列，单回路铁塔导线排列方式为水平排列或三角排列。当线路需要由双回路变成两条单回路时，通常双回分歧塔后的第一基单回铁塔为耐张塔。但当双回分歧塔后的第一基单回铁塔为直线塔时，由于导线排列方式由垂直排列变为水平排列或三角排列，第一基单回铁塔的个别导线悬垂串势必会发生较大程度的偏移。在施工中，一旦遇到这种情况，就须将悬垂串的偏移情况在基础施工前计算出来，并根据计算结果考虑是否需要采取一定措施，以确保施工完成后悬垂串偏移量及偏转角度符合规范要求。 关键词：导线排列方式；变化；悬垂串偏移；计算 中图分类号：TM726 文献标识码：A 当遇到双回路分歧塔后的第一基铁塔为单回直线塔时，通过对受力情况分析及相应的数学计算推导，即可得出悬垂串在不考虑风偏情况下的偏移量及偏转角度，以及计入导线角度合力后的悬垂串风偏角及偏移量等数据。经过上述验算，即可验证出架线施工后的悬垂串的偏转角度是否符合规范要求。 本文以导线排列方式发生变化时出现最大偏移量的一相导线为例，将导线悬垂串的偏移情况的计算推导方法进行论述。 一、不考虑风偏情况下的偏移量及偏转角度计算 1 分歧塔内角侧导线接单回直线塔时悬垂串偏移计算 如图1所示，假定双回分歧塔为1#塔，双回分歧塔后的第一、二基直线塔分别为2#、3#塔；1#、2#、3#塔中心分别为O、O1、O2；1#塔内角侧挂线点为A，1#塔横担摆向与线路方向夹角为α；从A点顺线路方向向3#塔横担做垂线，分别与2#、3#塔交于B、C点；从O点向AC做垂线，与AC交于D点，OA与OD夹角为β；2#塔悬垂串挂线点为Q，2#塔悬垂串偏移量为x，偏移后在横担上的投影为M，偏移后小号侧导线与2#塔横担的夹角为θ；从M点向3#塔横担做垂线，与3#塔横担交于N点，MN与大号侧导线夹角为δ；3#塔挂线点为P；1#～2#塔档距为L1，2#～3#塔档距为L2。 通过查阅设计图纸可查到以下数据：1#、2#、3#塔横担到中心点长度OA、O1Q、O2P（m）； 1#塔横担摆向与线路方向夹角α（°）；两档档距L1、L2（m）；2#塔水平档距Lh、垂直档距Lv（m）；导线应力σ（N/ mm2）；导线截面积S（ mm2）；导线自重比载g1（N/m·mm2）；绝缘子串自身重力Gj（N）；导线直径d（mm）；绝缘子串长度λ（mm）等。 1.1 θ、δ角度计算 由图2可知β=α/2，OD=OA×cosβ，AD=OA×sinβ， （1） 当2#、3#横担长度相同即O1Q=O2P时， （2-1）； 当2#横担长于3#横担即O1Q>O2P时， （2-2）； 当2#横担小于3#横担即O1Q （2-3）； 故无论何种情况， （2） 1.2悬垂串偏移后受到的导线角度合力计算 假定导线应力为σ（N/ mm2），导线截面积为S（mm2），则1#～2#导线对M点的角度合力T1（N）为： T1=n×σ×S×cosθ （3-1）； 式中：n为每相导线的子导线根数。 2#、3#档对M点的角度角度合力T（N）为： T2=n×σ×S×sinδ （3-2）； 则悬垂串偏移后受到的导线角度合力T（N）为： T=T1-T2（当O1Q≤O2P时） （3-3）； T=T1+T2（当O1Q>O2P时） （3-4）； 1.3悬垂串竖直方向受到的合力计算 悬垂串在竖直方向受到悬垂串自身重力Gj及悬垂串承担的导线的重力Gd。 则：G=Gj+Gd=Gj+n×g1×S×Lv （4） 式中：G为悬垂串竖直方向受到的合力（N）；g1为导线的自重比载（N/m·mm2）；S为导线截面面积（mm2）；Lv为导线在2#杆塔上的垂直档距（m）。 导线自重比载g1可通过查找设计文件或通过下式进行计算： 式中：W0为导线自重（N/m）；gz为重力加速度，取9.80665。 1.4悬垂串偏移角及偏移量计算 假定悬垂串的偏移角为ф，则 （5） 故悬垂串偏移量x为： （6） 式中：λ为悬垂串长度（mm）。 说明：当O1Q>O2P时，T=T1+T2；当O1Q≤O2P时，T=T1-T2。 2 分歧塔外角侧导线接单回直线塔时悬垂串偏移计算 （7） 其他如δ、T、G、ф、x求解方法同分歧塔内角侧导线接单回直线塔时计算，不再赘述。 二、考虑风偏情况下的偏移量及偏转角度计算 由于导线排列方式变化导致悬垂串偏移较大，因此计算悬垂串的风偏角时应计入导线角度合力T。 1 悬垂串的风偏角ф计算 《电力工程高压送电线路设计手册》（第二版）给出了未计算导线角度合力T的悬垂串风偏角计算公式2-6-44，结合最新的《110-750kV架空输电线路设计规范》（GB 50545-2010）10.1.18给出的导线及地线的水平风荷载标准值和基准风压标准值计算公式10.1.18-1、10.1.18-2，以及10.1.21给出的绝缘子串风荷载标准值计算公式10.1.21，可推得计入导线角度合力T的悬垂串风偏角计算公式： 式中：W1为绝缘子串风荷载标准值（N）；Wx为导线水平风荷载标准值（N）；V为基准高度为10m的风速（m/s）；B为覆冰时风荷载增大系数，5mm冰区取1.1，10mm冰区取1.2；μz为风压高度变化系数，基准高度为10m的风压高度变化系数按《110-750kV架空输电线路设计规范》表10.1.22的规定确定；A1为绝缘子串承受风压面积计算值（㎡）；α为风压不均匀系数，根据设计基本风速，α随水平档距变化取值按前述规范表10.1.18-2的规定取值；μsc导线体型系数，当导线直径小于17mm或覆冰时（不论线径大小）应取1.2；线径大于或等于17mm取1.1；d为导线外径或覆冰时的计算外径，分裂导线取所有子导线外径的总和（m）；Lh为水平档距（m）；θ1为风向与导线方向之间的夹角（°）； Lvx为风偏角计算用垂直档距（m）；g为导线的比载（N/m·mm2），按计算不同的工况取对应值。 其中，Lvx参照《新规程下直线塔头问隙尺寸的确定》给出的公式（1）进行计算： 式中：σm 、γvm分别为最大弧垂时应力（10MPa）、垂直比载（10MPa）、σx、γv分别为所求工况下应力（10MPa）、垂直比载（10MPa）；Kvm为最大弧垂时Kv值。 2 考虑风偏后的悬垂串偏移量计算 由上可得，考虑风偏情况下 x=λ×sinф （9） 三、导线的转角度数计算 假定导线的转角为∠A。 当O1Q>O2P时，∠A=90°-θ+δ （10-1） 当O1Q≤O2P时，∠A=90°-θ-δ （10-2） 结语 《110kV-750kV架空输电线路设计规范》（GB 50545-2010）9.0.3第5条规定：“对于悬垂直线杆塔，当需要兼小角度转角，且不增加杆塔头部尺寸时，其转角度数不宜大于3°。悬垂转角杆塔的转角度数，对330kV及以下线路杆塔不宜大于10°；对500kV及以上线路杆塔不宜大于20°”，该规定虽适用于整基杆塔，但对导线排列方式发生变化时单相导线的转角度数的控制仍有一定的借鉴意义。 通过上述计算，单回直线塔与双回分歧塔相邻时悬垂串的偏移量、偏移角以及导线转角度数等数据一目了然。上述计算必须于基础施工前完成，若发现导线转角度数大于3°，可将全部计算过程及结果以书面材料方式上报设计方，要求设计方进行更为详细的验算，包括导线排列方式变化后直线塔个别相导线转角度数过大是否合适，计算各工况条件下悬垂串风偏后绘制直线杆塔间隙圆图以最终确定直线塔塔头间隙尺寸是否满足要求等。如果经设计计算仍不能满足规程规范要求时，由设计及时通过调整杆塔位置或更换塔型等方法确定最终施工图纸，避免后期发现问题时被迫二次建设或线路投运后危及线路运行安全。 参考文献 [1]GB 50545-2010，110-750kV架空输电线路设计规范[S]. [2]国家电力公司东北电力设计院.电力工程高压送电线路设计手册（第二版）[M].北京：中国电力出版社，2002. [3]杨永宽.新规程下直线塔头问隙尺寸的确定[J].硅谷，2010（10）：181-182. 其中，Lvx参照《新规程下直线塔头问隙尺寸的确定》给出的公式（1）进行计算： 式中：σm 、γvm分别为最大弧垂时应力（10MPa）、垂直比载（10MPa）、σx、γv分别为所求工况下应力（10MPa）、垂直比载（10MPa）；Kvm为最大弧垂时Kv值。 2 考虑风偏后的悬垂串偏移量计算 由上可得，考虑风偏情况下 x=λ×sinф （9） 三、导线的转角度数计算 假定导线的转角为∠A。 当O1Q>O2P时，∠A=90°-θ+δ （10-1） 当O1Q≤O2P时，∠A=90°-θ-δ （10-2） 结语 《110kV-750kV架空输电线路设计规范》（GB 50545-2010）9.0.3第5条规定：“对于悬垂直线杆塔，当需要兼小角度转角，且不增加杆塔头部尺寸时，其转角度数不宜大于3°。悬垂转角杆塔的转角度数，对330kV及以下线路杆塔不宜大于10°；对500kV及以上线路杆塔不宜大于20°”，该规定虽适用于整基杆塔，但对导线排列方式发生变化时单相导线的转角度数的控制仍有一定的借鉴意义。 通过上述计算，单回直线塔与双回分歧塔相邻时悬垂串的偏移量、偏移角以及导线转角度数等数据一目了然。上述计算必须于基础施工前完成，若发现导线转角度数大于3°，可将全部计算过程及结果以书面材料方式上报设计方，要求设计方进行更为详细的验算，包括导线排列方式变化后直线塔个别相导线转角度数过大是否合适，计算各工况条件下悬垂串风偏后绘制直线杆塔间隙圆图以最终确定直线塔塔头间隙尺寸是否满足要求等。如果经设计计算仍不能满足规程规范要求时，由设计及时通过调整杆塔位置或更换塔型等方法确定最终施工图纸，避免后期发现问题时被迫二次建设或线路投运后危及线路运行安全。 参考文献 [1]GB 50545-2010，110-750kV架空输电线路设计规范[S]. [2]国家电力公司东北电力设计院.电力工程高压送电线路设计手册（第二版）[M].北京：中国电力出版社，2002. [3]杨永宽.新规程下直线塔头问隙尺寸的确定[J].硅谷，2010（10）：181-182. 其中，Lvx参照《新规程下直线塔头问隙尺寸的确定》给出的公式（1）进行计算： 式中：σm 、γvm分别为最大弧垂时应力（10MPa）、垂直比载（10MPa）、σx、γv分别为所求工况下应力（10MPa）、垂直比载（10MPa）；Kvm为最大弧垂时Kv值。 2 考虑风偏后的悬垂串偏移量计算 由上可得，考虑风偏情况下 x=λ×sinф （9） 三、导线的转角度数计算 假定导线的转角为∠A。 当O1Q>O2P时，∠A=90°-θ+δ （10-1） 当O1Q≤O2P时，∠A=90°-θ-δ （10-2） 结语 《110kV-750kV架空输电线路设计规范》（GB 50545-2010）9.0.3第5条规定：“对于悬垂直线杆塔，当需要兼小角度转角，且不增加杆塔头部尺寸时，其转角度数不宜大于3°。悬垂转角杆塔的转角度数，对330kV及以下线路杆塔不宜大于10°；对500kV及以上线路杆塔不宜大于20°”，该规定虽适用于整基杆塔，但对导线排列方式发生变化时单相导线的转角度数的控制仍有一定的借鉴意义。 通过上述计算，单回直线塔与双回分歧塔相邻时悬垂串的偏移量、偏移角以及导线转角度数等数据一目了然。上述计算必须于基础施工前完成，若发现导线转角度数大于3°，可将全部计算过程及结果以书面材料方式上报设计方，要求设计方进行更为详细的验算，包括导线排列方式变化后直线塔个别相导线转角度数过大是否合适，计算各工况条件下悬垂串风偏后绘制直线杆塔间隙圆图以最终确定直线塔塔头间隙尺寸是否满足要求等。如果经设计计算仍不能满足规程规范要求时，由设计及时通过调整杆塔位置或更换塔型等方法确定最终施工图纸，避免后期发现问题时被迫二次建设或线路投运后危及线路运行安全。 参考文献 [1]GB 50545-2010，110-750kV架空输电线路设计规范[S]. [2]国家电力公司东北电力设计院.电力工程高压送电线路设计手册（第二版）[M].北京：中国电力出版社，2002. [3]杨永宽.新规程下直线塔头问隙尺寸的确定[J].硅谷，2010（10）：181-182. |
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