架空輸電線路交叉跨越距離檢查及計算方法探討

李盛杰，王瓊晶

(國網瀘州供電公司，四川 瀘州 646000)

架空輸電線路交叉跨越距離檢查及計算方法探討

李盛杰，王瓊晶

(國網瀘州供電公司，四川 瀘州 646000)

氣溫的升降引起架空線的熱脹冷縮，使弧垂、應力發生相應的變化。采用狀態方程式進行在運輸電線路弧垂計算、判定運行最大弧垂，可使計算結果更為準確，且能計算出不同氣象條件下的架空線弧垂，對交叉跨越距離測量有著重要的意義。

弧垂檢查;最大弧垂計算;懸高測量

0 引 言

線路運行人員測量架空線路與交叉跨越物的距離常用方法是用測距桿測距或使用經緯儀、全站儀進行懸高測量，得出距離后結合運行經驗或查看架線弧垂表估算弧垂變化量判定架空線對交叉跨越物的距離是否滿足要求。此類方法簡單、易操作但卻缺乏準確度，且不能計算出架空線在不同氣象條件時對跨越物的距離，合理地選擇弧垂檢查方法和準確地計算線路運行最大弧垂對從事線路運行維護的人員至關重要。結合某供電企業110 kV林赤線的弧垂檢查實例對架空線與交叉跨越的距離測量方法進行一次探討。

1 案例簡介

2010年5月，110 kV林赤線77號塔至78號塔下修建高速公路，施工單位采取人工取土的方式平整場地，無安全隱患。但由于高速公路基面高度將增加3 m，高速公路修好后對地距離可能不滿足規程要求，需進行距離測量。110 kV林赤線77號至78號三相導線之中C相導線與高速公路基面的垂直距離最近，77號至78號處于75至80號這一耐張段之中，兩基鐵塔均為直線貓頭塔。通過查取設計圖紙查得77號呼稱高為19.5 m，78號呼稱高為21 m，絕緣子串長均為1.5 m，兩基鐵塔導線懸掛點高差為7 m，77至78檔距l為425 m，代表檔距ldb為378 m，最高溫為t2為40 ℃，最大覆冰厚度b為10 mm，溫度t3為-5 ℃，導線型號為LGJ-185。導線物理參數如表1。

表1 導線物理參數

2 弧垂測量

弧垂測量方法有等長法、異長法和檔端角度法3種，輸電線路弧垂測量應根據實際情況選擇合理、適當的方法進行弧垂測量。

1)等長法(如圖1)，又稱平行四邊形法。觀測人員在觀測檔兩側的桿塔上綁上弧垂板，利用三點一線的原理觀測弧垂。操作步驟如下：①計算觀測檔弧垂理論值f。②測點工作人員在距架空線懸掛點C垂直距離為理論弧垂值f的點B懸掛弧垂板，另一側桿塔上的視點觀測人員在距架空線懸掛點點D垂直距離為f的點A觀測對側的弧垂板懸掛點點B。視線與架空線相切，則該檔的弧垂即為理論弧垂值；視線與架空線交叉，則理論弧垂偏小；視線上無架空線，則理論弧垂值偏大。③根據觀測情況，同時調整觀測人員以及弧垂板與架空線懸掛點的垂直距離并保持大小一致，視線與架空線相切后記錄觀測人員與架空線懸掛點的垂直距離即為此時的弧垂。采用等長法檢查弧垂，架空線懸點高差應小于20%檔距，最大弧垂應比桿塔呼稱高小2 m以上。

圖1 等長法

圖2 異長法

3)檔端角度法(如圖3)，是一種適用、易操作的檢查弧垂方法，該方法是將儀器支于檔距距端點進行弧垂觀測，觀測人員使用全站儀、經緯儀等站在一檔線路兩側桿塔的下方觀測弧垂，視線與架空線相切便可記錄相關數據。

圖3 檔端角度法

檔端角度法的計算公式為

式中，h為觀測點與架空線懸掛點的垂直距離；θ為觀測點與視點架空線懸掛點的豎直夾角；η為觀測點與架空線弧垂切點的豎直夾角；L為觀測檔檔距。

該方法檢查架空線弧垂與異長法進行弧垂觀測計算原理相同，檔端角度法是一種特殊的異長法，其計算公式與異長法的經驗公式相同，推證過程如下。

根據110 kV林赤線的實際情況，3種方法都可進行弧垂檢查。對比以上3種方法不難發現，等長法和異長法進行弧垂檢查都存在以下2個缺點：①觀測人員需登上桿塔作業，線路帶電時需與帶電體保持相應的安全距離，存在一定的安全隱患;②采用目測或借助望遠鏡觀測，視距較小且準確度偏低。而選擇角度法進行弧垂檢查即可較少工作量，也能提高準確度，故選擇檔端角度法進行弧垂測量。

觀測人員用在77號塔下架鏡，用皮尺測得鏡高1.5 m，鐵塔基礎相對地面上升0.3 m，用經緯儀測得距離高速公路垂直距離最小的C相導線弧垂切點的豎直角η=1°2′10″，觀測點與視點架空線懸掛點的豎直夾角θ=2°3′50″，檢測時氣溫t1為26 ℃。

h=19.5-1.5+0.3-1.5=16.8 m

3 運行最大弧垂計算

準確地判斷架空線對跨越物的距離必須判定最大弧垂，架空線的最大弧垂只發生在兩種氣象情況下，即覆冰無風或最高氣溫。狀態方程式是線路設計階段弧垂計算的公式，在運輸電線路的弧垂計算采用該公式進行相對其他弧垂換算公式更為準確、可信。判定最大弧垂應先算出當前應力，然后計算出最大弧垂氣象條件下的應力(采用狀態方程式進行)，最后算出最大弧垂。

式中,q為單位長度質量；A為導線截面積；g為重力加速度。

2)最大弧垂判定。不同氣象條件下架空線的各參數存在一定的關系，揭示架空線從一種氣象條件下(第Ⅰ狀態)改變到另一種氣象條件(第Ⅱ狀態)下的各個參數之間的關系的方程稱為架空線的狀態方程式。同一耐張段同一氣象條件下，各檔導線的比載及弧垂最低點的應力相等，對于連續檔，應力換算應選用代表檔距ldb進行計算。

換算應力采用狀態方程式進行，計算公式如下。

式中,σ1為第Ⅰ狀態架空線弧垂最低的應力；γ1為第Ⅰ狀態架空線比載；t1為第Ⅰ狀態時的溫度；α為溫度線膨脹系數；E為架空線的彈性模量；ldb為代表檔距；σ2為第Ⅱ狀態架空線的應力；γ2為第Ⅱ狀態的導線比載；t2為第Ⅱ狀態時的溫度。

利用狀態方程式，可計算出林赤線77號至78號導線在各種氣象條件下的應力 。計算導線運行最大弧垂有兩種方法：一種方法是分別計算出導線在最高氣溫和覆冰無風時的應力后，根據應力、比載、檔距計算出兩種氣象條件下的弧垂，較大的即為最大弧垂；另一種是計算出一種氣象條件下的應力后采用臨界氣溫法，判定最大弧垂發生的氣象條件，從而計算出最大弧垂。林赤線77號至78號所處地區的最高氣溫為40 ℃，根據狀態方程式，帶入數據計算最高氣溫時的導線應力。

采用臨界氣溫法判定林赤線的最大弧垂發生的氣象條件，林赤線77號至78號段覆冰無風的氣象參數為覆冰厚度10 mm，氣溫-5 ℃，冰重比載為

式中,b為冰厚；d為導線直徑；A為導線總截面積。

覆冰綜合比載γ4=γ1+γ3=34.99×10-3+

37.12×10-3=72.11×10-3MPa/m

式中tj為臨界氣溫；tb為覆冰時的溫度;α為溫脹系數，E為彈性模量。

因為tj

3)運行最大弧垂值

4 任意點弧垂變化量計算

由前面的計算可知110 kV林赤線77號至78號弧垂變化量為

Δf=fmax-f=12.52-11.77=0.75 m

任意點弧垂的計算公式為

式中，fr為任意點弧垂；x為架空線上任意點至一側桿塔的水平距離。

測量人員使用全站儀測出跨越點與林赤線77號塔的水平距離為198 m，帶入數據算得跨越點的弧垂變化量為

5 懸高測量檢測架空線對跨越物的垂直距離

全站儀和經緯儀是最為常用的測距儀器，全站儀通過發射紅外線光測出觀測點與棱鏡之間的距離并通過夾角測量可計算出架空線以及被跨越物對地的距離，從而計算出兩者之間的垂直距離。經緯儀自身不具備距離測量的功能，但可準確地測出角度，借助標桿輔助可測出距離，經緯儀測量示意圖如圖4。

圖4 經緯儀測量示意圖

采用經緯儀檢查時在視點架設經緯儀，另一工作人員在架空線在跨越物的跨越點下方豎直放置一根有刻度的標桿，視點檢查人員測出視點與標桿上已知刻度點的夾角A和B后根據以下公式計算出標桿樹立點與視點的水平距離為

式中,S為視點架空線與跨越物下方的水平距離；H為標桿視點高度。

架空線對交叉跨越物的計算公式為

h1=S(tanD-tanC)

式中,h1為架空線對跨越物的距離；S為視點架空線與跨越物下方的水平距離。

110 kV林赤線測量采用全站儀進行測量，由于全站儀自帶計算程序，不需計算可直接測出導線對高速公路的垂直距離為13.5 m。考慮高速公路基面還將上升3 m，以及導線弧垂將下降0.746 m，高速公路修好后對導線最近的距離應為9.754 m，查取運行規程可知滿足要求。

6 結 語

隨著電力工業的發展，架空輸電線路對弧垂的要求越來越高，選擇合理的弧垂檢查方法、準確地計算線路弧垂對線路運行人員愈發重要。在運輸電線路的弧垂檢查若進行登桿塔作業存在一定的安全隱患，而采用全站儀、經緯儀進行檢查既可保證安全，也能提高檢查精度。利用狀態方程式進行弧垂推算，能有效地提高弧垂計算的準確度，為判定架空線路對跨越物的距離是否合格提供準確、可靠的依據。

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作者介紹：

李盛杰(1984)，工程師，從事輸電線路運行、檢修管理工作7年。

The rise and decrease of temperature cause the thermal expansion and contraction of overhead line, which makes the sag and stress have a corresponding change. Using the equation of state to calculate the sag of the running transmission line and to determine the maximum sag during operation can make the calculation result be more accurate, and can calculate the sag of overhead line under different meteorological conditions, which is of important significance for the crossed crossing distance measurement.

sag inspection; maximum sag calculation; unsupported distance measurement

TM726.3

A

1003-6954(2015)03-0023-04

2015-01-20)