110～1 000 kV 輸電線路地線耐張串設計

王茂成 ，趙 勇 ，張學凱 ，鄭 斌 ，朱小強

（1.國網山東省電力公司煙臺供電公司，山東 煙臺 264001；2.國網山東省電力公司，山東 濟南 250001；3.江蘇天南電力股份有限公司，江蘇 南通 226522）

0 引言

目前，110～1 000 kV地線耐張串的聯塔型式主要分為單聯單掛和雙聯單掛兩種。2016年9月22日，國家電網運檢［2016］777號文《國家電網公司關于印發(fā)架空輸電線路“三跨”運維管理補充規(guī)定的通知》的主要內容是加強國家電網公司架空輸電線路跨越高速鐵路、高速公路和重要輸電通道的技術規(guī)定，提高線路運維安全可靠性，其中第十六條規(guī)定：“三跨”地線應采用雙掛點。2018年11月9日國家電網設備[2018]979號文《國家電網公司十八項電網重大反事故措施修訂版》第6.8.1.8條規(guī)定：“三跨”地線懸垂應采用獨立雙串設計，耐張串連接金具應提高一個強度等級。

文獻［1-4］對地線耐張串的標準化設計和設計注意事項作出了規(guī)定，但仍停留在單聯單掛和雙聯單掛兩種方式，顯然不滿足“三跨”技術規(guī)定；文獻［5］為雙耐張單聯單固定方案，不足夠安全；文獻［6］提出了雙聯雙掛設計方案，但未涉及LV聯板在不同線路轉角下的受力分析。在線路轉角較大情況下，LV聯板的次掛孔受力將超出其額定機械載荷，聯塔金具串中常規(guī)調整板的有限、固定的調節(jié)長度不能與不同線路轉角所產生的兩聯聯塔金具串所需長度差值一一對應，這將造成分岔的兩根外絞絲受力不均，或進一步發(fā)生縱向滑移、脫絲最終發(fā)生與地線拉脫現象，因此，不適用于兩聯聯塔金具串水平布置。文獻［7］為地線懸垂串兩側均增設預絞絲備份串，但備份串與地線的分岔處，無內層預絞絲保護，在地線覆冰舞動或颶風情況下將磨損地線外層單絲。設計更安全可靠的地線耐張串，已成當務之急。

分析水平排列的“雙聯雙掛”地線耐張串在0°、60°和90°線路轉角情況下的受力情況，提出了LV型聯板中3個掛孔不同于以往的標稱破壞載荷設計標準，并提出了聯塔金具串的標稱破壞載荷設計標準；分析了地線耐張串雙聯垂直排列和水平排列的3掛點設計特點，提出了設計、安裝環(huán)節(jié)的注意事項，確保地線耐張串全壽命周期設計目標。

1 水平排列地線耐張串“雙聯雙掛”在不同線路轉角情況下的受力分析

“雙聯雙掛”地線（OPGW）耐張串一般由兩聯聯塔金具串、LV型聯板、U型掛環(huán)（或ZBD掛板）和耐張線夾等組成，聯塔金具串依次由U型掛環(huán)、延長環(huán)和U型掛環(huán)構成。

1.1 線路轉角為0°

LV型聯板上的掛孔①完全承擔地線最大使用張力F，掛孔②和掛孔③各自承擔地線最大使用張力F的1／2，如圖1所示。假定地線采用JLB20A-100型鋁包鋼絞線，其計算拉斷力為121.66 kN，拉斷力FP為計算拉斷力的95%，地線安全系數取KC=4.0，則最大使用張力 F=FP／KC=121.66×95%／4.0=28.894 （kN）。

通用金具LV-1020型聯板的標稱破壞載荷為FR=100 kN，3個掛孔的設計原則是：掛孔①的標稱破壞載荷F8=FR=100 kN，掛孔②和掛孔③均按承擔標稱破壞載荷 FR的 1／2 設計，即 F9=F10=FR／2=50 （kN）；LV-1020 型聯板的安全系數為：K1=FR／F=100／28.894≈3.46，滿足設計規(guī)范關于金具在最大使用荷載情況下的安全系數最小值為2.5的要求。

1.2 線路轉角為60°

LV型聯板上的掛孔①、掛孔②和地線在同一軸線上，完全張緊，各自承擔地線張力F，即F8=F9=28.894；掛孔③處于不緊不松狀態(tài)，不承擔地線張力F，即F10=0，如圖2所示。在這種情況下，掛孔②如果仍按標稱破壞載荷FR的1／2設計，即F9=FR／2=50 kN， 金具安全系數 K1=F9／F=50／28.894≈1.73，不滿足設計規(guī)范安全系數最小值為2.5的技術要求。

圖1 線路轉角為0°時鐵塔地線耐張串

1.3 線路轉角為90°

LV型聯板上的掛孔①、掛孔②和地線在同一軸線上，各自承擔地線張力F，即F8=F9=28.894 kN；與掛孔③相連的聯塔金具串處于松弛狀態(tài)，不承擔地線張力F，即F10=0，如圖3所示。在這種情況下，掛孔②如果仍按標稱破壞載荷FR的1／2設計，即F9=FR／2=50 （kN），金具安全系數 K1=F9／F=50／28.894≈1.73，不滿足設計規(guī)范安全系數最小值為2.5的技術要求。

通過線路轉角為60°和90°情況下LV型聯板的受力分析，并考慮安裝方便，掛孔②和掛孔③均應按標稱破壞載荷FR設計，掛孔②和掛孔③應如同掛孔①一樣，滿焊短套管，金具型號LV-1020型應重新命名。

當線路轉角為60°～90°時，兩聯聯塔金具串中的一聯完全承受地線張力F，那么，兩聯聯塔金具串中U型掛環(huán)和延長環(huán)應與LV型聯板的標稱破壞載荷相同，且聯塔U型掛環(huán)還應提高一個強度等級，且地線掛線板的強度應按單掛點考慮。比如，適于JLB20A-100型地線的BN2Y-BG-10金具串模塊中，與NY-100BG-20型耐張線夾匹配的U型掛環(huán)為UK-1085型，則LV-1020型聯板中3個掛孔均應按相同的標稱破壞載荷設計，可標記為LV-1020-B型；每個聯塔金具串應依次由U-1290型掛環(huán)（聯塔金具）、PH-10100型延長環(huán)和U-1085型掛環(huán)組成，而非由U-1085型掛環(huán) （聯塔金具）、PH-0780型延長環(huán)和U-0770型掛環(huán)組成。

圖2 線路轉角為60°時鐵塔地線耐張串

圖3 線路轉角為90°時鐵塔地線耐張串

2 地線耐張串的三掛點設計

2.1 雙聯垂直排列

為解決LV型聯板和兩聯聯塔金具串受線路轉角的影響，嘗試將兩聯聯塔金具串垂直布置，兩聯聯塔金具串隨著線路轉角的增大而始終張緊，均分地線張力，如圖4所示。該方案的優(yōu)點為：LV型聯板不須像雙聯水平排列時3個掛孔在標稱破壞載荷方面等同設計，兩聯聯塔金具串中的一聯可按單聯單掛點標稱破壞載荷的一半設計。比如，適于JLB20A-100型地線的BN2Y-BG-10金具串模塊中，每個聯塔金具串由U-1085型掛環(huán) （聯塔金具）、PH-0780型延長環(huán)和U-0770型掛環(huán)組成。

2.2 雙聯水平排列

聯塔金具在長期運行過程中存在掉銷子情況，可能發(fā)生掉串現象。為了杜絕發(fā)生掉線事故，文獻［6］在地線耐張串的地線側增設了預絞絲備份串，但備份串與地線的分岔處在地線覆冰舞動或颶風情況下可能發(fā)生外層單絲磨損現象，應在備份串與地線之間設內層預絞絲。如果兩聯聯塔金具串水平排列，松弛狀態(tài)的一聯聯塔金具串將與地線耐張串的金具發(fā)生摩擦、碰撞，因此備份串應設在地線耐張串的轉角外側，如圖5所示。而兩聯聯塔金具串垂直排列則不存在這個問題。備份串安裝后，不應改變地線耐張串的自由度，因此宜按松弛設計。

圖4 雙聯垂直排列

圖5 雙聯水平排列

以往，鐵塔地線橫擔的地線掛線板均為水平布置，兩聯聯塔金具串只能水平排列。為此，需要設計一種垂直排列的地線掛線機構。由圖4可知，槽鋼和加勁板焊接，然后與地線掛線板通過若干副螺栓連接；槽鋼外側、上下預留3個掛孔，中間位置為地線耐張串掛孔，兩邊側位置分別為備份串掛孔和施工掛孔。

3 現場應用

2019年5月和10月，地線耐張串按雙聯水平雙掛點兼?zhèn)浞荽脑O計方案已分別應用于220 kV陽古雙回線路和220 kV古西單回“三跨”遷改工程，線路實際轉角為0°，首次實現地線耐張雙保險。現場情況如圖6所示；順利通過竣工驗收，經過了2020年1月份的線路覆冰舞動季節(jié)，至今運行良好；地線耐張串雙聯垂直排列方式有待在后續(xù)的其他“三跨”遷改工程中應用。

圖6 雙聯水平雙掛點兼?zhèn)浞荽?/p>

4 結語

地線耐張串按雙聯水平雙固定設計時，考慮到線路轉角的影響，LV型聯板的三個掛孔和兩聯聯塔金具串中的一聯均應按單聯單掛點的標稱破壞載荷設計；若兩聯聯塔金具串垂直布置，LV型聯板和兩聯聯塔金具串中的一聯可按常規(guī)設計；若安裝備份串，則備份串與地線之間應設內層預絞絲，避免磨損地線。