重冰桿塔不平衡受力的原因分析

1、國網福建泉州供電公司 林旭鳴 2、福建電力職業技術學院 方欽藝

1 前言

桿塔的設計建設過程中其載荷控制與設定的重要指標就是桿塔的不平衡受力。重冰桿塔的不平衡受力就是說桿塔在覆冰嚴重的情況下，其不同方向上受力有一定差值的現象。形成桿塔不平衡受力的因素很多，對于重冰區域的桿塔來說影響因素有電線上覆冰不對稱性、電線斷裂、覆冰脫落而引起的電線晃動等等。其中電線上覆冰不對稱性是覆冰區域內影響范圍最廣的不平衡受力情況，它可以致使懸垂直線桿塔或懸垂耐張桿塔的不同位置的受力發生不平衡現象，使得桿塔自身因不平衡受力的作用產生了彎矩或扭矩，進而導致桿塔的傾斜或者斷裂等現象。

2 桿塔不平衡受力的研究現狀

對覆冰區桿塔的覆冰不對稱現象的研究是桿塔不平衡受力研究的主要內容，桿塔不平衡受力的取值參數、數學模型、不同工況的適用方程等都是桿塔不平衡受力研究的重點。廖宗高、陳海波、肖立群等人對重冰區域內的高壓電線進行了不平衡受力的研究，并取得了一定的研究成果，在其研究的報告中提出了重冰區域、山區等桿塔線路的不平衡受力取值參數的意見。中國電力部門在2006年所做的輸電線路不平衡張力與斷線張力取值分析報告中建立了典型的重冰區桿塔受力數學模型，并系統地介紹了不同等級高壓線路在不同覆冰厚度的情況下不同類型桿塔的不平衡受力情況，通過模型分析出了各種類型的受力大小及影響因素。張子引、劉學軍等人采用桿塔間等長線的計算方式，設計了連續桿塔的不平衡受力模型公式，研究了各種線路等級的桿塔不平衡受力情況和線路絕緣子偏移參數，就不同等級的線路中不平衡張力的取值參數提出了新的意見。程思勇、薛志方等人從不同的角度入手，分別探討了線路的設計安全參數、絕緣子參數、不同檔距、不同高差以及不同檔距差值等因素對于桿塔的不平衡受力影響的大小。

3 重冰桿塔不平衡受力的原因

3.1 檔距相差過大加重桿塔不平衡受力：桿塔通常都很難應對重冰情況下的不平衡受力作用，如果輸電線上沒有覆冰而且環境中沒有風作用時，盡管桿塔的檔距過大通常情況下桿塔是不會出現受力不平衡的現象，其完全可以承受輸電線所受到的重力作用，其受力情況見圖1。如果輸電線上有覆冰現象，由于桿塔兩側的檔距差別較大，導致桿塔兩側的受力情況差別也較大，就會使桿塔因受到較大的側拉力而發生傾斜或者斷裂，其受力情況見圖2。

圖1 桿塔無覆冰情況下的受力分析

圖2 桿塔覆冰且檔距不同情況下的受力分析

按照楊風利、楊靖波、張子富等人的研究成果，依據有限元理論，構建輸電線-絕緣子-覆冰的有限元數學分析模型，模型中的輸電線接觸點全部按照固定接點計算。先對分析輸電線沒有覆冰的受力情況，再對不同覆冰狀況下的輸電線受力情況分析，分析結果表明：當采用LGJ630/45導線，對不同覆冰厚度、不同桿塔檔距差情況下輸電線的受力情況進行數學計算，發現隨著覆冰厚度的增加以及桿塔檔距的加大，輸電線的不平衡受力情況越嚴重，其中輸電線所受的最大不平衡張力均超過了輸電線的正常使用受力，其受力情況見圖3。

圖3 不同覆冰厚度下桿塔的受力分析

其中：F為耐張桿塔所受到的側向拉力；I1為耐張桿塔左側的耐張長度；I2為耐張桿塔右側的耐張長度；θ為耐張桿塔兩側的輸電線轉彎角。

如果耐張桿塔的兩側拉力所形成的合力大于桿塔所能承受的最大應力時，其就會發生傾斜或者斷裂。

3.3 高差過大導致桿塔受力不平衡加劇：在一些山區或者地形起伏較大的區域，桿塔間不可避免的會出現一定的高差。如果桿塔之間的高差過大，在不同高度的桿塔受力大小就差別較大，在輸電線覆冰時，桿塔的受力就嚴重不平衡，桿塔就會發生傾斜，甚至出現倒塌或斷裂的現象。我們以垂直型桿塔模型為例，分析不同高差以及不同覆冰程度對桿塔不平衡受力情況的影響。當桿塔之間的高差在15%范圍內，同等覆冰厚度條件下，高差越大桿塔所受的不平衡張力就越大。當高差一定時，隨著輸電線覆冰厚度的增加，其所受的不平衡張力也越大。當桿塔之間的高差為15%，覆冰厚度分別為30mm和50mm時，桿塔所受到的不平衡張力比例為34.2%與40.1%，都大于標準所要求的33%與39%。當桿塔的兩側覆冰量不同時，其不平衡張力也不同。當桿塔的兩側覆冰量為別為1和0.3時，桿塔所受的不平衡張力隨著高差的擴大、覆冰厚度的增大而逐漸變大。

4 結語

輸電線桿塔的倒塌或者斷裂現象要在一定條件下才能發生，具有一定的偶然性與不可預測性，我們不應該因為部分地區的桿塔損害問題就盲目地加強對輸電設備的設計要求，防止不必要的資源浪費。我們要依據每個地區的特別情況以及整體與個性的思想，對于桿塔已損害地區，尤其是相對濕度較大的地區進行輸電線路的特別設計，以防止桿塔倒塌現象的發生。另外，可以依據科學的手段，合理地將我國一些容易出現重冰災害的地區進行區域劃分，在此區域內的輸電線路可以根據實際情況合理地增加輸電線路的設計要求。

[1]宴致濤，李正良.重冰區輸電塔一線體系導線斷線分析[J].中國電機工程學報，2010，30(7)：92-97.

[2]劉怡春，董鳳舉，孫翔等.覆冰導線設計中的三類復雜問題的探討[J].電力建設，2009，30(8)：60-62.