“耐—直—耐”跨越方式下導線弛度控制及地面劃印割線計算

孫德新

(湖北省輸變電工程公司,武漢市,430063)

0 引言

傳統的輸電線路大跨越多采用“耐—直—直—耐”跨越方式,而進行弛度控制時多采用在“直—直”檔內掃平的觀測方式。由于檔距大、高差比較小,間隔棒安裝完成后不會出現左傾或右傾的情況。三峽地下電站—荊門換流站500 kV線路工程中的黑巖子長江大跨越,采用了“耐(耐張跨越塔)—直(直線跨越塔)—耐(錨塔)”的跨越方式,弛度觀測只能在“耐(耐張跨越塔)—直”檔內進行,易造成子導線弛度差超標及間隔棒傾斜現象。施工過程中,分別對 1、4號及 2、3號子導線采用角度法觀測弛度,割線時在線長上予以考慮弛度調整的方法,確保了各項數據滿足設計及驗收規范的要求。

1 間隔棒傾斜原因

跟據山區大高差、大檔距施工的經驗,即使弛度觀測時四分裂子導線線間誤差滿足 GB 50233—2005《110～550 kV架空送電線路施工及驗收規范》[1]的要求,也會出現間隔棒傾斜。究其原因,該傾斜是由大高差引起的1-2號、4-3號子導線間隔棒安裝處導線的法向距離小于分裂導線間距所致。500 kV輸電線路子導線分裂間距一般為450 mm,在理想情況下,任意一個垂直于線路方向的豎直向下的斷面上(見圖 1)的 1-2號、4-3號子導線間距恒為450mm,而間隔棒垂直于分裂子導線[1-2],間隔棒安裝處導線法向間距為450cosθmm。根據文獻[1]的許可范圍,子導線弛度線間誤差為50mm,即間隔棒安裝處導線法向間距最小可達(450-50)cosθmm。當高差及檔距較大時,間隔棒承受 1-2號、4-3號的壓力,呈現 2號及 3號子導線“馱”1號及 4號子導線的狀況,出現間隔棒左傾或右傾的現象。線夾沿垂直方向應能承受拉(壓)力重冰區為6 kN、非重冰區為 4 kN[3],但間隔棒傾斜較為嚴重時,驗收人員走線過程中可能出現四分裂導線翻轉,因此應最大限度地消除或減緩間隔棒傾斜程度。

對于普通線路中“直—直”弛度觀測方式下大高差、大檔距弛度控制而言,可將 2、3號子導線控制在設計弛度,1、4號子導線弛度比設計值高 30～50 mm,以達到1、4號子導線“吊”2、3號子導線的目的,使間隔棒承受1-2號間、4-3號間的拉力,即可避免間隔棒傾斜或減緩間隔棒傾斜程度。間隔棒線夾因風致振動和應力集中產生的疲勞是引起間隔棒機械破壞的最主要因素,是最易發生故障的部位[4]。因此,對于大高差、大檔距檔的間隔棒而言,不能因一味追求安裝工藝而致使線夾間應力過大、導致線夾過早破壞。

圖1 分裂導線間距大于間隔棒安裝處法向距離Fig.1 Intrabundle spacinggreater than normal distance between installation positions of spacers

2 “耐—直”觀測檔弛度控制

2.1 分裂子導線觀測角度

跨越檔長1 600m,在進行弛度觀測時,觀測角計算不計及半橫擔寬度[5]。受跨越點的地形限制,僅能采取檔內角度法進行觀測。已知條件為:

(1)導線型號AACSR/EST-400/180,單位長度質量2.544 2 kg/m,15℃對應的導線弛度105.73 m (已考慮降溫補償蠕變伸長,對應的水平張力為75.92 kN)。

(2)觀測點儀器鏡頭高程214.65mm。

(3)耐張跨越塔側 1、4號子導線掛點高程309.27 m,2、3號子導線掛點高程308.73m。

(4)直線跨越塔滑車口高程 341.8 m,附件安裝后,1、4號子導線掛點高程 342.46 m,2、3號子導線掛點高程341.92m。

(5)錨塔側 1、4號子導線掛點高程 333.27m,2、3號子導線掛點高程 332.73m。

(6)分裂子導線間距為0.54m。

(7)1號子導線的錨塔掛點的投影點高程為304.12 m,2號子導線的錨塔掛點的投影點高程為304.02 m,3號子導線的錨塔掛點的投影點高程為304.15 m,4號子導線的錨塔掛點的投影點的高程為304.15 m。

(8)1、4號子導線瓷瓶串長11.14 m;2、3號子導線瓷瓶串長11.69m。

在觀測弛度時,可忽略耐張塔側聯板傾斜。經計算,1、4號子導線掛點高程為 309.27m,2、3號子導線掛點高程為308.73m。因各分裂子導線的水平張力相等,根據文獻[5-6]提供的檔內角度法觀測角計算公式,得出:1、4號子導線的觀測角度為 0°25′47″, 2、3號子導線的觀測角度為 0°24′7″。

2.2 微線長對導線弛度的影響

根據線長與弛度的公式,可得

式中:L為2懸掛點間的架空線長度,m;l為檔距,m; f為弛度;φ為高差角[6]。

利用微分方程,左右對弛度求導,可推出

帶入已知數據,得到df=2.84dL。即:線長發生1 cm的微變化,跨越檔內便產生2.84 cm的弛度誤差,在割線時綜合考慮子導線間的誤差可以此為參照。

3 耐張段內線長計算及割線劃印

地面劃印割線所關心的是從緊線狀態到掛線完成后2種狀態下(圖2)導線參照點間的差值,而非實際意義上耐張跨越塔耐張線夾至錨塔耐張線夾間導線的實際長度,因而在精度及誤差允許的范圍內,某些使計算復雜化的因素可以忽略,如橫擔寬度[7]。

圖2 緊線狀態及掛線完成后狀態Fig.2 Stringing and suspension

3.1 耐張塔掛點位置轉換

為簡化計算,在精度及誤差允許范圍內,可將子導線掛點轉移至橫擔中心處(見圖3)及掛點處(見圖4)。由于瓷瓶串傾斜角度較小(耐張跨越塔約 10°,錨塔瓷瓶倒掛約-4°),上、下子導線的高程差可視為子導線間距0.54 m。

3.2 割線長度計算

3.2.1 耐張塔橫擔偏撓數值

進行放線準備工作時,利用 2臺經緯儀同時操作將耐張跨越塔及錨塔各掛點投影至地面,完成左右兩相弛度觀測后,再次將耐張跨越塔的對應掛點引致地面,測量其位移值作為錨塔橫擔偏撓的參考值,取10 cm,每根子導線割線時考慮多割,L偏=+100mm。

3.2.2 耐張串聯板傾斜對子導線割線長度影響

參照文獻[6-7]的計算方法,錨塔耐張串聯板的傾斜角度為-4.16°,上面2根子導線少割(540/2)× tan4.16°=20 mm,下面2根子導線多割20mm,L聯上= -20 mm,L聯下=+20 mm。

3.2.3 錨塔耐張串重對線長影響

參照文獻[6-7]的計算方法,掛線完成后,錨塔聯有耐張串將對弛度造成影響,使弛度變小,需要考慮增加線長予以抵消,4根子導線皆少割 60mm, L補=-60mm。

3.2.4 考慮子導線預留誤差

考慮間隔棒安裝后不發生傾斜,將上面 2根子導線弛度提高40mm,1、4號子導線多割除15 mm,2、3號子導線此項割線值為0mm,則L預上=15mm,L預下= 0mm。

3.2.5 耐張串長

1、4號子導線耐張串長 11.14 m,2、3號子導線耐張串長11.69m。

3.2.6 子導線割線長度計算

根據懸鏈線方程,2懸掛點之間的架空線長度為

式中:H為導線水平張力,kN;w為導線單位長度自重力,N/m;h為2懸掛點的高差,m[6]。

(1)緊線狀態線長。緊線狀態線長指 4根子導線皆到觀測弛度時,自耐張跨越塔掛點(轉換后)至直線塔滑車至錨塔掛點(轉換后)導線投影點間的線長。由式(3)得:1號子導線緊線狀態線長 Lj1= 1 618.798 m+226.211 m=1 845.009m;2號子導線緊線狀態線長Lj2=1 618.809 m+226.226 m= 1 845.035m;3號子導線緊線狀態線長Lj3=1618.809m+ 226.206m=1 845.015m;4號子導線緊線狀態線長Lj4=1 618.798 m+226.206 m=1 845.004 m。

(2)掛線狀態線長。掛線狀態線長指 4根子導線皆到觀測弛度,且直線跨越塔附件已安裝完成,自耐張跨越塔掛點(轉換后)至直線塔線夾至錨塔掛點(轉換后)導線的線長。由式(3)可得:1號子導線掛線狀態線長Lg1=1 618.811m+223.239m=1 842.050m; 2號子導線掛線狀態線長 Lg2=1 618.812 m+ 223.240 m=1 842.052 m;3號子導線掛線狀態線長Lg3=1 618.809m+223.240m=1 842.052 m;4號子導線掛線狀態線長Lg4=1 618.811m+223.239 m= 1 842.050 m。

(3)子導線割線長度。第 i號子導線割線長度為

由式(4)得:1,2,3,4號子導線割線長度為14.133,14.733,14.713,14.128m。

3.2.7 直線塔附件印記位移

附件安裝完成后,直線跨越塔各子導線的高程將發生變化,因割線計算是以整個耐張段內總線長差值進行控制,故需要根據高程變化對線長變化的影響,對上下子導線分別進行位移,以確保弛度值符合要求、間隔棒不發生傾斜以及懸垂線夾不發生邁步。

(1)1、4號子導線移印。附件安裝前,耐張跨越塔至直線跨越塔間線長為 1 618.798m,附件安裝后,變為 1 618.811 m,說明需將印記向錨塔側位移13mm,根據預留子導線弛度差的多割線長,印記需向耐張跨越塔側位移15 mm。綜上因素,忽略2 mm位移,吊線砣處直接劃印安裝預絞絲及懸垂線夾即可。若割線時不考慮子導線預留誤差因素,可將印記向錨塔側位移13mm安裝預絞絲及懸垂線夾。

(2)2、3號子導線移印。附件安裝前,耐張跨越塔至直線跨越塔間線長為 1 618.809m,附件安裝后,變為1 618.812m,忽略3mm的位移,吊線砣處直接劃印安裝預絞絲及懸垂線夾即可。

4 弛度復測及誤差原因分析

對掛線完成的導線進行弛度復測,實測值大于設計值,誤差滿足設計及驗收規范要求,其規律主要表現為:上相誤差較大,下相誤差為小;轉角內側三相弛度最低點恒低于轉角外側三相弛度最低點;間隔棒未發生傾斜現象;個別相需要調節調整板眼孔以確保子導線間誤差。

對施工方法、自然環境、天氣的進行對比分析,弛度誤差可能由以下因素造成:

(1)天氣原因。因三峽地區小氣候現象明顯,常出現薄霧天氣,時間段不同,霧氣程度各異,光線折射率對弛度觀測及復測帶來誤差。架線期間,江面起風頻繁,風力影響弛度觀測的準確性。

(2)桿塔偏撓變形。上、中、下橫擔處塔身結構剛度不同,受力相等時偏撓變形不同,剛度大者,偏撓變形便小些,反之亦然。根據橫擔主材及斜材規格判斷,以上導線橫擔剛度最小,下導線橫擔剛度最大,中橫擔剛度介乎兩者之間,弛度復測的結果與此是具有一致性的。

(3)導線單位長度質量。鋼絲直徑誤差幾乎都為正誤差,達到最大值,且鋁單線在拉絲過程中模徑逐漸變大,使得鋁單線直徑變大,雖然滿足國家標準要求,但單位長度重量實際值大于理論值[8],在計算水平張力相同的情況下,弛度將大于設計值。

(4)簡化計算模型忽略的因素。因簡化模型將掛點位置轉換,且忽略了半橫擔寬度的影響,將計算誤差引入割線值,引起弛度誤差。

(5)觀測誤差。各時間段的溫度變化較大,根據緊線時間考慮,溫度變化1℃,導線弛度便出現 8 cm差異,若外界溫度發生變化,而觀測角度不能與之同步調整,弛度誤差同樣會出現。

5 結語

通過對四分裂導線上 2根子導線及下 2根子導線分別觀測弛度及地面劃印控制割線線長度的方法,有效地確保了“耐—直”大跨越檔內弛度符合設計及驗收規范要求,并通過人為調節子導線誤差的方法確保了間隔棒安裝完成后不發生傾斜,確保了安裝工藝。

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