架空送电线路设计上定位排杆的探讨

架空送电线路设计上定位排杆的探讨

[摘要]介绍了电网建设过程中架空送电线路设计上定位排杆的原则和方法，如何从设计上合理选择杆塔、优化线路，从而控制送电线路经济投资。

[关键词] 线路定位 机械计算 电气条件 代表档距 状态方程

1前言

电力作为重要能源，以其环保、廉价和输送便捷等的特性，已经和正在为国家的经济建设发挥着重要的作用。架空送电线路是指由发电厂向电力用户中心输送电能的架空电力线路。定位排杆又是线路设计中的重中之重，杆塔的选择是否适当，对于送电线路建设速度和经济投资影响很大。因此，合理选择杆塔，正确定位和排杆，是线路设计和电力技术管理工作中首要的一环，探讨它就显得尤为重要。

首先，先弄清与架空线路结构有关的几个基本术语[1]，说明如下：

①档距l ②水平档距lsh ③垂直档距 lch ④代表档距lD。如下：

式（1-1）

⑤弧垂（弧度）f⑥导线的综合瞬时破坏应力σP=式（1-2）中TP为导线的综合瞬时破坏拉断力，S为导线综合截面积。⑦导线弹性系数E。

2架空送电线路的定位

在已经选好的线路路径上，进行定线、断面测绘，在纵断面上配置杆塔的位置，称为定位。定位的好坏关系到线路的造价和运营。

2.1 定位准备工作

事先将线路主要的有关技术资料和要求及注意事项汇成“线路工程定位手册”，并准备好必要的工具，如弧垂模板及有关计算工具，空白的明细表。应包括以下内容。

⑴线路概要。

⑵送线路两端资料。

⑶导、地线型号及力学特性曲线图。

⑷绝缘子串型式。

⑸不同气象区分段要求。

(6)线路交叉垂直距离的规定，（见表一）[2] [3]。

(7)导线对地及各种交叉物的距离及交叉跨越方式的要求，（表http:///
一、六）[2] [3]。

(8)各种杆塔使用原则，（见表二）[1]。

(9)线路纵断面的比例，图幅及边线测量的有关要求。

(10)定位使用的模板K值曲线，摇摆角等各种校验曲线及图表。

(11)线路边导线与建物之间距离的有关规定。以及其它特殊要求等。

(表一)送电线路与电力线路跨越时最小垂直水平距离(m) [2] [3]

(表二) 杆塔使用原则 [1]

2.2定位方法

①院内定位法

②现场定位法 在测完一两个耐张段，应在室内进行仔细校核，验算，并反复进行定位方案比较。

③现场室内定位法 在测完一定位段的断面图后，定位人员在断面图上试排塔位，进行方案比较及验算，最后定出一个技术经济比较合理的方案。

2.3定位原则

2.3.1杆（塔）位的选定原则

①减少占用耕地和好地。②尽可能避开洼地。③应具有较好的施工条件。

2.3.2 档距的配置

①最大限度地利用杆塔强度。

②相邻档距的大小应不十分悬殊。

③当不同的杆塔型式或不同的导线排列方式相邻时，要适当减小档距。

④当杆塔的摇摆角不足时，在不增加杆高的情况下调整塔位和档距。

⑤避免出现孤立档。

2.3.3 杆塔的选用

确定线路杆塔的外形尺寸，须满足电气条件：导线型号，线间距离，导线对地、限距和带电检修条件等，以及线路通过地区的气象条件和地形条件。

2.4 定位结果的检查 [4]

确定杆塔位置、型式、高度后，应对线路设计进行以下验算：

⑴各种设计条件的检查；

⑵用档距中央导线与地线的距离校验；

⑶通过允许档距来校验；

⑷通过安全系数来校验；

⑸通过导线的线间距离来校验；

⑹通过计算上拔力来校验；

⑺直线杆塔摇摆角的校验；

⑻悬垂串垂直荷载的校验；

⑼对耐张绝缘子串强度的验算；

⑽悬垂角的校验；

⑾耐张绝缘子倒挂的验算；

⑿杆塔基础倾复校验；

⒀边线风偏后对地距离的检查等。

3架空送电线路机械计算的程序[5]

先对其机械部分进行计算，包括架空送电线路的导线和地线的机械计算、杆塔及其基础的计算、线路选线与杆塔定位以及施工计算等。计算程序如下：①计算导线比载g1～g6 ；②计算导线最大使用应力，即为许用应力[σ]。③计算临界档距lL。在Ⅰ类气象区中，架空线的最大应力可能在下列两种气象情况下出现：⑴最低气温⑵最大荷载。在档距很大时，架空线应力的变化只与比载有关，而与温度无关；在档距很小时，架空应力只与温度有关，而与架空线上的荷载无关。在由气温控制到由荷载控制这个变化过程中，必然存在一个临界档距lL ，式（3-2）若l＞lL时，说明架空线的最大应力在最大荷载时出现；若l＜lL时，最大应力必在最低气温时出现。④将出现最大应力时的导线比载，气温和许用应力作为已知状态的数据，将待求导线应力的另一种气象情况下的数据代入状态方程式，即可解得各种待求状态下的导线应力。

先按式（3-1）求得σm=[σ]，通过状态方程式 式（3-3）便可求出待求气象条件下的导线应力。式中 ； ；其中α为温度线膨胀系数；β为弹性伸长系数（均查表可得）。这是架空线路设计计算原则之一。

3.5用解出的应力σ代入弧垂和线长公式（3-4），即可求出各种计算条件下的导线弧垂和线长。

或 式（3-4）

4杆塔的各种设计条件的检查 [5]

杆塔的机械荷重条件，包括水平档距，垂直档距，最大档距，转角度数等应不超过设计允许值。

⑴由定位图上直接量得的垂直档距，应换算至杆塔设计气象条件下的数值：

式（4-1）

式中：l1、l2 ——杆塔两侧的档距；σ1＇、σ2＇ ——杆塔两侧待求情况下的导线应力；

g、 g＇——最大弧垂和待求情况下的导线比载；h1 、 h2 ——杆塔悬点与两侧相邻杆塔的高差，高者为正，低者为负。

⑵最大档距常受线间距离和断线张力等控制。按水平线距考虑，最大档距可先用式（4-2）求出fmax，然后用式（4-3）求出最大档距。

式（4-2）式（4-3）

定位的档距均应小于此lmax 。若杆塔的转角度数超过设计值时，应调整塔位或校核杆塔的强度。

5用档距中央导线与地线的距离校验

导线与地线间的距离应按下式校验（计算条件为：气温+15℃，无风）：

S≥0.012L+1 式中S为导线与地线间的距离(m)，L为档距（m）， 式 （5-1)

通过它与上式右侧的值比较，便可校验出该档的档距是否偏大，不失为最优排标杆方案。

6通过允许档距来校验

设计中以架空线最低点出现最大使用应力考虑的，因而高悬点应力必超过最大使用应力。《规程》规定 悬点应力允许为最低点应力的1.1倍。这限制了档距和高差的范围，其最大允许值，为“允许档距”。

6.1小高差档距

凡档距小于1000米的悬点等高档距或高差与档距之比 的不等高档距，为”小高差档距”，此时φ＜10°其允许档距ly为： 式中g7 为架空线最大复冰比载，式（6-1）

6.2大高差档距

当悬点高差△h与档距l之比为0.1＜ ≤0.25时的档距为大高差档距。其允许档距为：

式中φ为斜档距l＇与实际档距l的夹角（高差角） 式（6-2）

通过比较实际档距l与允许档距ly间的大小，可知道排杆时所选定的杆位是

否经济、安全、可靠，如果l＞ly，则通过调节杆位，减少l ，进而达到符合要求的最佳排杆方案 。

7通过安全系数来校验

导线和地线的设计安全系数不应小于2.5，在弧垂最低点的最大张力，按下式计算：

式中Tmax导、地线最大张力；TP导、地线的拉断力（N）；KC 设计安全系数，式（7-1）。

金具强度的安全系数不应小于下列数值：最大使用荷载情况2.5 ；断线、断联情况1.5 。

7.1架空线等高悬点的应力σA，等于其最低点应力加上中点弧垂与比载的乘积即：σA=σ+f g式（7-2）

而且Tmax=σA×S和 式（7-3）式中：θ为导线与水平面之间的夹角取25.8°，通过上式计算得出悬挂点导地线的最大张力Tmax，看其强度是否满足规程要求。

7.2小高差档距中的不等高悬点，可以用悬点等高档距等值地计算弧垂和应力，K值校验同上。

7.3大高差档距中或悬点有高差的特大跨越档距，导线悬点的应力比最低点处的应力将大得很多。

8通过导线的线间距离来校验

使用悬垂绝缘了串杆塔的最小垂直线间距离应不小于下表要求[2]：

(表三) 悬垂绝缘子串杆塔的最小垂直线间距离

架空电力线路导线的线间距离，应结合运行经验，按下列要求确定：

式(8-1)

h≥0.75D

式中：D——导线水平线间距离（m）；Dx——导线三角排列的等效水平线间距离（m）；DP——导线间水平投影距离（m）；Dz——导线间垂直投影距离（m）；lk——悬垂绝缘子串长度（m）；U——线路电压（kV）；

(表四)不同回路不同相导线间的水平或垂直最小距离

9通过计算上拔力来校验

水平档距lsh=式（9-1）垂直档距式（9-2）式h1 h2挂线点的高差；

式（9-2）中的正负号，对高悬点取（+），对低悬点取（-） 。

两相邻档距在杆塔上是否存在上拔力，取决于该杆塔的垂直档距是否为负值。若为负值，即说明有上拔力存在。其上拔力（记T＂B）大小与此负的垂直档距成正比，即

式（9-3）

上拔力可使绝缘子串吊起，横担受力，甚至电杆被拔起。为了消除上拔现象，可以重新排定杆塔位置。若仍不能避开上拔时，则必须采用适当措施。如导线轻度上拔时，可在悬垂串下加挂重锺；上拔严重时，应将直线杆塔改为轻型耐张杆塔。

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