緊湊型耐張塔防雷分支地線的若干問(wèn)題

李健，胡守松，柏曉路，萬(wàn)志方，丁振

(中南電力設(shè)計(jì)院，武漢市 430071)

0 引言

緊湊型線路的直線塔由于三相導(dǎo)線均布置在塔窗內(nèi)，實(shí)現(xiàn)地線對(duì)導(dǎo)線的負(fù)保護(hù)角［1］，因此直線塔的防雷電繞擊性能較好。但對(duì)于耐張塔，由于需要借助遠(yuǎn)離塔身的繞引跳線實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線的引流接續(xù)，使得跳線部分沒(méi)有地線保護(hù)，是防雷的薄弱環(huán)節(jié)。

在我國(guó)早期建設(shè)的500 kV緊湊型線路中［2-4］，如昌平—房山500 kV線路、神木—忻州—石家莊500 kV線路，雖然耐張塔外角導(dǎo)線引流線均未采用特殊的防雷措施，但這些線路位于北方地區(qū)，雷害不嚴(yán)重，而且耐張塔普遍高度較低、地面傾斜角較小、跳線距離地面較近、地面的屏蔽作用較好，不容易造成繞擊跳線;但在南方地區(qū)建設(shè)的某條500 kV緊湊型線路中，由于線路沿線雷電活動(dòng)較頻繁，因此在耐張塔地線支架外側(cè)增加了跳線架并加掛分支地線，實(shí)現(xiàn)對(duì)其下方導(dǎo)線引流線的防雷保護(hù)。但在實(shí)際運(yùn)行中仍然連續(xù)出現(xiàn)2次分支地線從普通地線脫落，落在下方導(dǎo)線上造成永久性單相接地短路故障的發(fā)生。

緊湊型耐張塔分支地線作為一種近年來(lái)提出的新技術(shù)，國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究較少。本文對(duì)分支地線進(jìn)行了受力分析，研究了T接金具的選用，提出采用預(yù)絞式T接線夾，優(yōu)化分支地線安裝位置、線長(zhǎng)、弧垂等措施來(lái)提高線路運(yùn)行的安全性。

1 故障分析

1.1 故障原因

發(fā)生故障的原因，主要是由于分支地線弧垂較小、線長(zhǎng)較短，在大風(fēng)情況下由于普通地線水平偏移造成分支地線拉緊、張力迅速增大，超過(guò)T接金具握力，從而造成分支地線從T接金具中脫落。此外，即使T接金具有足夠的握力，確保分支地線不會(huì)脫落，分支地線的張力將作用在跳線支架上，可能超過(guò)跳線支架的縱向強(qiáng)度而破壞跳線支架，給線路安全運(yùn)行帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn);而分支地線安裝時(shí)線長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)，則導(dǎo)致其弧垂較大，可能造成與下方跳線間隙不夠。

1.2 分支地線受力模型

正常運(yùn)行情況下，分支地線應(yīng)保證松弛沒(méi)有張力;在大風(fēng)情況下，普通地線發(fā)生偏移可能將分支地線拉緊。拉緊狀態(tài)下分支地線的受力模型［5-7］如圖1所示。

圖1 分支地線受力模型Fig.1Force model of bypass shielding wire

圖1中:β1為內(nèi)角分支地線的和普通地線的夾角;β2為外角分支地線和普通地線夾角;θ1為內(nèi)角分支地線和地線支架的夾角;θ2為外角分支地線和地線支架的夾角;D1為內(nèi)角分支地線起點(diǎn)至普通地線耐張掛點(diǎn)的距離，簡(jiǎn)稱分支地線出口長(zhǎng)度;D2為外角分支地線起點(diǎn)至普通地線耐張掛點(diǎn)的距離;S為普通地線耐張掛點(diǎn)至分支地線橫擔(dān)掛點(diǎn)的水平距離;W為地線支架寬度;E為地線支架單側(cè)長(zhǎng)度;δ為轉(zhuǎn)角度數(shù);T0為普通地線檔中側(cè)張力;T1為普通地線桿塔側(cè)張力;T2為分支地線張力;Fh為普通地線水平荷載。分支地線和普通地線夾角為

根據(jù)圖1，在普通地線最大風(fēng)偏導(dǎo)致分支地線拉緊時(shí)有

1.3 分支地線受力計(jì)算分析

根據(jù)以上分析，計(jì)算得到分支地線拉緊時(shí)的張力如表1所示。

從表1可以看出，在普通地線風(fēng)偏導(dǎo)致分支地線拉緊的情況下，分支地線張力會(huì)迅速增大至2～9 kN。內(nèi)角分支地線張力比外角大，隨著轉(zhuǎn)角度數(shù)的增加，內(nèi)角側(cè)分支地線的張力也明顯增加，因此應(yīng)選用滿足強(qiáng)度要求的T接金具，并且在分支地線安裝時(shí)，應(yīng)盡量通過(guò)線長(zhǎng)補(bǔ)償普通地線偏移造成的分支地線檔距增加，盡量避免分支地線拉緊。

2 T接金具的選用

根據(jù)對(duì)分支地線脫落事故的分析，分支地線與普通地線采用并溝線夾連接，用螺栓固定。從以上受力分析中可以看出，分支地線上實(shí)際存在一定順線張力，并且溝線夾握力較小，應(yīng)采用耐張型式的T接金具。為避免分支地線從T接金具中脫落，可采用預(yù)絞式T型線夾，如圖2所示。

圖2 預(yù)絞式T接金具Fig.2Performed helical T-connection fittings

預(yù)絞式金具［8-9］沒(méi)有任何螺栓作用在導(dǎo)線上，減小了金具對(duì)導(dǎo)線的靜態(tài)壓應(yīng)力，同時(shí)預(yù)絞式線夾具有相對(duì)較長(zhǎng)的預(yù)成形螺旋線條，可將導(dǎo)線的靜態(tài)壓應(yīng)力均勻地分散到較大的區(qū)域內(nèi)。另外預(yù)絞式金具纏繞在導(dǎo)線上增強(qiáng)了導(dǎo)線與金具相接觸區(qū)域的彎曲剛度，削弱了在這些區(qū)域由微風(fēng)振動(dòng)引起的動(dòng)態(tài)彎曲應(yīng)力。

預(yù)絞式T型線夾在制造公差、安裝工藝都滿足要求的情況下，能夠保證普通地線和分支地線的可靠連接。為確保連接的可靠性，要求預(yù)絞式T型線夾握力不小于普通地線拉斷力的25%。此外，分支地線和普通地線之間的夾角為10°～70°，預(yù)絞式T型線夾應(yīng)能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，并適應(yīng)各種夾角，保證受力合理分配。

雖然預(yù)絞式T型線夾防止了分支地線從線夾中脫落，但并未減小普通地線最大風(fēng)偏時(shí)分支地線的張力，反而將其轉(zhuǎn)移到跳線架上，而跳線架的設(shè)計(jì)并未考慮縱向荷載，因此仍然存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

目前國(guó)內(nèi)金具廠家生產(chǎn)的T接金具不能從根本上解決風(fēng)偏后分支地線對(duì)跳線架的張力問(wèn)題，但可以研制新的T接金具，采用有彈性伸縮的T接金具連接分支地線與普通地線，卸載風(fēng)偏引起的張力。

3 分支地線的安裝

分支地線的安裝，主要是確定分支地線的線長(zhǎng)、弧垂及安裝位置。為避免風(fēng)偏時(shí)發(fā)生分支地線脫落，需要保證分支地線檔內(nèi)具有足夠的線長(zhǎng)，以補(bǔ)償普通地線最大風(fēng)偏產(chǎn)生的偏移量，從而確保普通地線最大風(fēng)偏情況下分支地線仍處于松弛狀態(tài)。為簡(jiǎn)化計(jì)算，可忽略分支地線應(yīng)力變化對(duì)線長(zhǎng)的影響［10］。

分支地線的弧垂主要受間隙控制，緊湊型耐張塔內(nèi)角上相導(dǎo)線引流線為向上繞跳，需要校驗(yàn)內(nèi)角分支地線對(duì)其下方導(dǎo)線引流線的相—地間隙［11］，如圖3所示。

圖3 分支地線與導(dǎo)線引流線Fig.3Bypass shielding wire and Wire drainage line

分支地線的安裝出口位置原則上以內(nèi)角上相跳線出口位置為準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)其下方跳線的雷電屏蔽作用，出口長(zhǎng)度與耐張串長(zhǎng)度相當(dāng)。分支地線的弧垂可以通過(guò)線長(zhǎng)和張力的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)無(wú)法用張力來(lái)控制弧垂，以滿足對(duì)導(dǎo)線引流線的間隙要求時(shí)，可減少分支地線出口長(zhǎng)度，從而縮短其檔距線長(zhǎng)，控制弧垂。出口長(zhǎng)度一般取為10 m，最小取為6 m，但減小出口長(zhǎng)度的調(diào)整效果有限，對(duì)于減小出口長(zhǎng)度仍不能滿足要求的情況，可采用避雷側(cè)針等特殊防雷措施取消分支地線。

4 工程實(shí)例

小灣—楚雄500 kV I回線路工程為緊湊型線路，設(shè)計(jì)施工圖時(shí)考慮了以上各因素，分支地線安裝情況見(jiàn)表2。該線路投運(yùn)至今已2年，未發(fā)生分支地線脫落事故。

表2 分支地線安裝Tab.2Installation of bypass shielding wires

5 結(jié)論

(1)500 kV緊湊型線路耐張塔內(nèi)角上相導(dǎo)線引流線是防雷的薄弱點(diǎn)，加裝跳線架及分支地線對(duì)于改善防雷性能具有一定作用。

(2)分支地線弧垂較小、線長(zhǎng)較短，在大風(fēng)情況下，由于普通地線水平偏移造成分支地線拉緊、張力迅速增大，超過(guò)T接金具握力時(shí)就容易造成分支地線脫落。

(3)選用預(yù)絞式T型線夾可以防止分支地線脫落，但不能從根本上解決分支地線的安裝問(wèn)題，需要研制新的T接金具。

(4)給出了分支地線安裝的計(jì)算方法和力學(xué)、電氣方面的邊界條件，對(duì)于間隙校核不滿足要求的，可通過(guò)調(diào)整分支地線出口長(zhǎng)度和采用避雷針等特殊防雷措施來(lái)保證間隙要求。

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(編輯:張磊)