基于放松弧垂法的架空地線帶電更換方案

杜志佳，宮衍平

(南京供電公司，江蘇南京210013)

導線懸垂曲線的解析方程為：

架空地線又稱為避雷線，其懸掛于桿塔頂部，并在每基桿塔上通過接地線與接地體相連接。其作用是減少雷擊導線的幾率，保護線路絕緣免受雷電過電壓的破壞，保護線路安全。在將電能由發電廠輸送到負荷中心的過程中，輸電線路需要翻山越嶺，對重要設施進行跨越，經受不同溫度、不同氣候條件的考驗，同時還有著受到外力破壞的危險。因此，架空地線會出現損傷。對受損傷的架空地線進行更換，有停電作業和帶電作業2種作業方法。采用帶電作業更換架空地線，避免了輸電線路停電，相應的時間耗費也少于停電更換。因此這一方法對于保證供電可靠性有著積極作用。

1帶電更換架空地線方法簡述

帶電更換架空地線主要采用翻轉滑車和領頭滑車。翻轉滑車具有上、下兩個滑輪；領頭滑車上部具有一個滑輪，下部有一個固定裝置。使用時，上輪放置在舊架空地線上，下輪放置新的架空地線，新線的頭部固定在領頭滑車上。

放線時，使用絕緣繩牽引領頭滑車。當新線到位后，掛線桿塔上利用雙鉤緊線器倒換新、舊架空地線耐張線夾。同時，調整雙鉤緊線器，使舊架空地線馳度較以前略大。緊線時，在緊線端利用雙鉤緊線器緊線，當新線馳度略小于舊線馳度時，翻轉滑車自動翻轉，新、舊架空地線位置實現對調。最后安裝好新架空地線的耐張線夾，回收舊線，更換工作即可完成。

2架空地線應力計算

2.1理論及公式準備

懸掛于兩基桿塔之間的一段導（地）線，在自重、冰重、風壓等荷載的作用下，任一橫截面上均有內力存在[1]。導（地）線應力是指導（地）線單位橫截面積上的內力。從安全角度考慮，應力越小，導（地）線的安全系數就越高。為了保證線路的安全運行，必須在帶電作業前對架空地線能夠承受的應力進行校驗，確保其滿足運行規程要求。由于線路經過地區的地形總是崎嶇不平的，使用桿塔的高度也不一定完全相同，因此一檔架空地線兩側懸點高度不同。對于高差不大于10%的線路檔，采用平拋物線近似方程進行校驗[2]。導（地）線懸重曲線示意如圖1所示。

圖1 導（地）線懸垂曲線示意圖

導線懸垂曲線的解析方程為：

因此：

高差為：

根據相似關系：

代入得：

因此：

式（7）中：f為所求的弧垂；g為對應線材的比載；l為檔距；σ0為確定臨界條件下的應力。

2.2帶電作業時架空地線應力計算

根據輸電線路電壓等級的不同，所采用架空地線的型號也有不同。不同電壓等級輸電線路與其采用的架空地線型號以及參數如表1所示[3]。

表1不同電壓等級輸電線路架空地線型號

以作業地點檔距為例，在保持原有弧垂的情況下，采用帶電更換架空地線工具作業，需要采用領頭滑車1個，翻轉滑車7個，工具總質量為10 kg。新架空地線規格與舊線相同，因此計算步驟如下。

舊導線承受的新、舊導線自重產生的應力：

最低點應力：

由工具重量產生的應力：

于是，能夠計算出在不同斷線股數的情況下，原有架空地線在上述帶電作業過程中承受的拉力。如表2所示。

由表2可以看到，保持原架空地線弧垂不變的情況下，鋼絞線在斷股為2股及以下的情況下，OPGW光纜在斷股為6股及以下的情況下是可以采取帶電作業方式更換原架空地線的。但當斷股數繼續增加時，這一作業方式存在隱患。

表2不同斷線股數情況下地線承受拉力

2.3放松舊架空地線后進行作業的安全性計算

在保持原有弧垂不變的情況下不能滿足安全性要求，則考慮通過調整弧垂，達到減小舊有架空地線應力的目的。通過設計對南京地區的桿塔設計圖紙查詢可以得到不同電壓等級的桿塔，架空地線懸掛點與上橫擔的距離如表3所示[3]，在不同電壓等級線路上更換架空地線時，地線與下方導線應保持的安全距離應按照臨近或交叉其他電力線工作的安全距離整定，如表4 所示[4]。

表3架空地線懸掛點與上橫擔的距離

表4臨近或交叉其他電力線工作的安全距離

再考慮到使用的帶電作業工具長度為0.2 m，那么弧垂放松的實際裕度如表5所示。此時弧垂=f0+Δf，相應的：

表5不同電壓等級線路弧垂放松裕度

則總的應力：σ'=σ'1+σ'2（14）

由此按照2.2節中的計算步驟計算弧垂不同放松程度下，舊有架空地線在帶電作業過程中承受的拉力，如表6—9所示。

表6 110 kV線路不同弧垂放松程度下地線承受拉力

表7 220 kV線路不同弧垂放松程度下地線承受拉力（GJ-50）

表8 220 kV線路不同弧垂放松程度下地線承受拉力（GJ-70）

表9 500 kV線路不同弧垂放松程度下地線承受拉力（OPGW光纜）

通過以上表格的數據可以看出，通過放松架空地線的弧垂，能夠達到進行帶電更換架空地線的目的。由于架空地線線型和絞制方式的不同，需要進行弧垂放松的程度也不盡相同。需要特別指出的是，500 kV線路的OPGW光纜采用鋁包鋼絞線中間嵌入光纖。在作業時除了滿足應力要求以外，還應當考慮作業工具對于光纖層的磨損。在作業中，應采用在滑輪處裝設橡膠護套的方式，增強對OPGW光纜的保護。

3結束語

在對上述帶電更換架空地線作業的分析與計算檢驗中，應用了導（地）線應力計算、弧垂計算、長度計算等相關知識。又考慮到架空地線損傷程度的不同，提出了通過放松架空地線弧垂進行帶電作業的方法。最后應用MATLAB編制程序，把計算流程標準化，為今后同類型的輸電線路檢修工作提供依據。對于不能停電檢修，或者跨越公路、鐵路等設施的線路檔，帶電進行架空地線的更換簡化了作業流程，節約了作業時間。特別值得注意的是，這一作業方式必須根據架空地線銹蝕、斷股情況等進行過牽引計算，校核其安全情況。在校核結果滿足安全性要求的前提下才能進行。總體來說，帶電更換架空地線這一作業方法對于提高供電可靠性、確保電網安全穩定運行是有益處的。

[1]陳景彥，白俊峰.輸電線路運行維護理論與技術[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]胡國榮.輸電線路基礎[M].北京：中國電力出版社，1997.

[3]張殿生.電力工程高壓送電線路設計手冊[M].北京：中國電力出版社，2002.

[4]DL/T 741—2010，架空輸電線路運行規程[S].