架空線重冰運行的應力特性分析

方欽藝 林旭鳴

（1.福建電力職業技術學院，福建 泉州362000；2.國網福建泉州供電公司，福建 泉州362000）

0 引言

所謂重冰運行是指冰厚超過設計值，比載發生變化，應力特性不變的運行方式。在此運行方式下，架空線的應力隨冰厚的增加而增加，到一定程度可造成斷線倒塔的事故。架空線重冰運行的應力特性分析，就是探索架空線重冰運行的應力計算方法，使線路的運檢部門在覆冰達到危險程度時，提前采取應急措施，預防事故的發生。

1 重冰運行的比載

架空線的比載定義為每米長度、每平方毫米截面所受的內力，比載的符號用g表示，單位為N／（m·mm2）。重冰運行的比載為自重比載、冰重比載和覆冰風壓比載的綜合體。重冰地區設計冰厚為20 mm，風速15 m／s，采用LGJ－120導線，重冰運行比載計算結果如表1所示。

表1 重冰運行比載計算結果

2 重冰運行的應力特性分析

架空線的應力特性是由設計選定氣象條件的控制應力所決定的，也和安裝時弧垂相關。可見，重冰運行時架空線應力特性不變。

2.1 架空線最大使用應力

架空線的最大使用應力亦稱強度設計應力，是指架空線在最不利的氣象條件下的強度設計應力。最不利的氣象條件通常指設計時采用的最低溫度、最大風速和最大覆冰厚度值。架空線最大使用應力計算公式可寫成：

式中，K為架空線的強度安全系數；A為計算截面（mm2）；σP為瞬時破壞應力（N／mm2）；TP為瞬時破壞拉力（N）。

相關設計規程規定：線路導線的設計安全系數不應小于2.5，架空安裝時不應小于2.0；避雷線的設計安全系數宜大于導線的設計安全系數（因為避雷線采用鋼絞線，能承受更大的拉力）。當K＝2.5時，導線按正常應力架設；當K＞2.5時，導線按松弛應力架設。配電線路因電壓等級低、負荷小、檔距短，通常采用鋁線或鋼芯鋁線，按松弛應力架設，因此，導線截面小、強度低，安全系數大于2.5，最大使用應力較小，這是配電線路容易覆冰斷線的主要原因。送電線路因電壓等級高、負荷大、檔距長，通常采用鋼芯鋁線或鋁合金線，按正常應力架設，因此，導線截面大、強度高，安全系數在2.5左右，最大使用應力較大，不容易斷線。

2.2 架空線應力特性分析

在懸空狀態下，架空線的應力可分為水平應力和垂直應力2個分量。水平分量應力是指作用在架空線上的水平拉應力。架空線在設計的強度條件下水平應力應等于架空線最大使用應力，最大使用應力取決于架空線的型號、截面和所選安全系數，與覆冰厚度無關，且檔距內各處水平應力均相等。

重冰運行架空線的水平應力可用狀態方程求解：

式中，gm、gn分別為已知氣象條件和待求氣象條件下的比載［N／（m·mm2）］；tm、tn分別為已知氣象條件和待求氣象條件下的氣溫（℃）；σm、σn分別為已知氣象條件和待求氣象條件下的導線應力（MPa）；α、β分別為架空線溫度膨脹系數和彈性伸長系數；l為檔距（m）。

重冰運行架空線水平應力計算結果如表2所示。

表2 重冰運行架空線水平應力計算結果

架空線重冰運行的應力可用下式求解：

式中，σ。為架空線最低點的水平應力（N／mm2）；g為架空線的比載［N／（m·mm2）］；yx為任意點P 的縱坐標（m），下標x為任意點P到導線最低點的水平距離。

懸掛點等高時，導線最低點在檔距中央。

因此有：

式中，σA、σB均為導線懸掛點應力（N／mm2）；f。為檔距中點弧垂（m）。

重冰運行架空線應力計算結果如表3所示。

3 結語

重冰條件下，架空線應力特性不變，這一結論使繼續用狀態方程求解覆冰厚度超出設計值的架空線應力成為可能。覆冰厚度不同的架空線應力的計算，使冰災預報有了技術數據支撐，對提高架空線抗冰能力具有重大現實意義。

表3 重冰運行架空線應力計算結果

［1］能源部東北電力設計院.電力工程高壓送電線路設計手冊［M］.北京：水利電力出版社，1991

［2］周振山.高壓架空送電線路機械計算［M］.北京：水利電力出版社，1987